О питании для умных! Пищеварение и ферменты

Пищеварение - цепь важнейших процессов, происходящих в нашем организме, благодаря которой органы и ткани получают необходимые питательные вещества. Заметьте, никаким другим способом в организм не могут поступить ценные белки, жиры, углеводы, минералы и витамины. Пища поступает в ротовую полость, проходит пищевод, попадает в желудок, оттуда отправляется в тонкий, затем в толстый кишечник. Это схематичное описание того, как проходит пищеварение. На самом деле всё гораздо сложнее. Пища проходит определённую обработку в том или ином отделе желудочно-кишечного тракта. Каждый этап - отдельный процесс.

Нужно сказать, что огромную роль в пищеварении играют ферменты, которые сопровождают пищевой комок на всех этапах. Ферменты представлены в нескольких видах: ферменты, отвечающие за переработку жиров; ферменты, отвечающие за переработку белков и, соответственно, углеводов. Что же представляют собой эти вещества? Ферменты (энзимы) являются белковыми молекулами, ускоряющими химические реакции. Их наличие/отсутствие определяет скорость и качество обменных процессов. Многим людям для нормализации метаболизма приходится принимать препараты, содержащие ферменты, так как их пищеварительная система не справляется с поступаемой пищей.

Ферменты для углеводов

Пищеварительный процесс, ориентированный на углеводы, начинается ещё в ротовой полости. Пища измельчается с помощью зубов, параллельно подвергаясь воздействию слюны. В слюне и кроется секрет в виде фермента птиалина, который превращает крахмал в декстрин, а после в дисахарид мальтозу. Мальтозу же расщепляет фермент мальтаза, разбивая её на 2 молекулы глюкозы. Итак, первый этап ферментативной обработки пищевого комка пройден. Расщепление крахмалистых соединений, начавшееся во рту, продолжается в желудочном пространстве. Пища, поступив в желудок, испытывает на себе действие соляной кислоты, которая блокирует ферменты слюны. Завершающая стадия расщепления углеводов проходит внутри кишечника с участием высокоактивных ферментных веществ. Эти вещества (мальтаза, лактаза, инвертаза), перерабатывающие моносахариды и дисахариды, содержатся в секреторной жидкости поджелудочной железы.

Ферменты для белков

Расщепление белков проходит в 3 этапа. Первый этап осуществляется в желудке, второй - в тонком кишечнике, а третий - в полости толстого кишечника (этим занимаются клетки слизистой оболочки). В желудке и тонком кишечнике под действием ферментов протеазов полипептидные белковые цепи распадаются на более короткие олигопептидные, которые после попадают в клеточные образования слизистой оболочки толстого кишечника. С помощью пептидазов олигопептиды расщепляются до конечных белковых элементов - аминокислот.

Слизистая желудка вырабатывает неактивный фермент пепсиноген. В катализатор он превращается лишь под влиянием кислой среды, становясь пепсином. Именно пепсин нарушает целостность белков. В кишечнике на белковую пищу воздействуют ферментные вещества поджелудочной железы (трипсин, а также химотрипсин), переваривая длинные белковые цепи в нейтральной среде. Олигопептиды подвергаются расщеплению до аминокислот с участием некоторых пептидазовых элементов.

Ферменты для жиров

Жиры, как и другие пищевые элементы, перевариваются в желудочно-кишечном тракте в несколько этапов. Начинается этот процесс в желудке, в котором липазы расщепляют жиры на жирные кислоты и глицерин. Составляющие жиров отправляются в двенадцатиперстную кишку, где смешиваются с желчью и соком поджелудочной железы. Желчные соли подвергают жиры эмульгации, чтобы ускорить их обработку ферментом панкреатического сока липазой.

Путь расщеплённых белков, жиров, углеводов

Как уже выяснилось, под действием ферментов белки, жиры и углеводы распадаются на отдельные составляющие. Жирные кислоты, аминокислоты, моносахариды попадают в кровь посредством эпителия тонкого кишечника, а «отходы» отправляются в полость толстого кишечника. Здесь всё, что не смогло перевариться, становится объектом внимания микроорганизмов. Они перерабатывают эти вещества собственными ферментами, образуя шлаки и токсины. Опасным для организма является попадание продуктов распада в кровь. Гнилостную микрофлору кишечника можно подавить кисломолочными бактериями, содержащимися в кисломолочных продуктах: твороге, кефире, сметане, ряженке, простокваше, йогурте, кумысе. Вот почему рекомендуется ежедневное их употребление. Однако перебарщивать с кисломолочными продуктами нельзя.

Все непереваренные элементы составляют каловые массы, которые накапливаются в сигмовидном отрезке кишечника. А покидают они толстый кишечник через прямую кишку.

Полезные микроэлементы, образовавшиеся в ходе расщепления белков, жиров и углеводов, всасываются в кровь. Их назначение - участие в большом числе химических реакций, обусловливающих протекание метаболизма (обмена веществ). Важную функцию выполняет печень: она осуществляет конвертацию аминокислот, жирных кислот, глицерина, молочной кислоты в глюкозу, таким образом обеспечивая организм энергией. Также печень представляет собой своеобразный фильтр, очищающий кровь от токсинов, ядов.

Вот так протекают в нашем организме пищеварительные процессы с участием важнейших веществ - ферментов. Без них переваривание пищи невозможно, а, значит, невозможна нормальная работы пищеварительной системы.

Пищеварение в желудке – процесс, в результате которого пища, которую мы поглощаем, меняет свою форму на такую, которую наш организм способен усвоить. После определенных физических явлений и процессов, а также химических реакций, которым способствуют пищеварительные соки, питательные вещества изменяются так, чтоб организм смог беспрепятственно всасывать их и далее использовать при обмене веществ. Переваривание пищи может происходить в то время, как она перемещается по органам желудочно-кишечного тракта.

Основными компонентами правильного и здорового рациона питания ученые считают всего три основных класса химических соединений: белки, углеводы (также сахар) и жиры, а именно липиды. Рассмотрим их подробнее.

Углеводы

Эти вещества присутствуют в виде крахмала в растительной пище. Пищеварение в желудке и кишечнике способствует процессу превращения углеводов в глюкозу, а она, в свою очередь, запасается в виде гликогена, то есть полимера, и далее используется организмом. Отдельная молекула крахмала считается очень крупным полимером, который образуется из множества молекул глюкозы. Стоит отметить, что крахмал в сыром виде сформирован в гранулах. Они должны быть разрушены для того, чтобы предоставить возможность данному веществу превратиться в глюкозу. Именно приготовление пищи и способствует разрушению гранул содержащегося в ней крахмала.

Необходимо также знать о том, что часть пищевых продуктов содержит углеводы в особой форме дисахаридов. Это простые сахара, лактоза, а также сахароза, тростниковый сахар. Пищеварение в желудке превращает эти вещества в еще более простые соединения – моносахариды, которые не особо нуждаются в переваривании.

Белки

Они представлены различными полимерами, которые образовываются из двадцати разных видов аминокислот. После переваривания , формируются свободные аминокислоты как конечные продукты. Промежуточными продуктами переваривания белковой пищи являются полипептиды, пептоны и дипептиды.

Жиры

Это достаточно простые соединения, которые в результате процессов пищеварения и переваривания превращаются в жирные кислоты и глицерин.

Физические процессы

Где находится желудок, мы все знаем, а вот какие физические процессы протекают в нашем организме – не всегда. Основой пищеварения считается измельчение пищи, которое происходит при ее пережевывании и при ритмических сокращениях кишечника и желудка. Такие воздействия помогают пище измельчиться и тщательно перемешать все ее частицы с пищеварительными соками, которые выделяются в кишечнике, в желудке и во рту. Более того, сокращения стенок пищеварительного тракта обеспечивают постоянное продвижение пищи по его отделам. Все эти движения постоянно регулируются и контролируются нервной системой.

Химические реакции

Пищеварение в желудке невозможно вообразить без химических реакций внутри нашего организма. Их основой является распад углеводов, жиров и белков, а именно – гидролиз, который осуществляется определенным набором ферментов. Питательные вещества расщепляются во время гидролиза на мелкие частицы, которые усваиваются в организме. Данный процесс осуществляется достаточно быстро из-за воздействия ферментов, которые содержатся в желудочном, а также других пищеварительных соках.

10.3.1. Основным местом переваривания липидов является верхний отдел тонкого кишечника. Для переваривания липидов необходимы следующие условия:

• наличие липолитических ферментов;
• условия для эмульгирования липидов;
• оптимальные значения рН среды (в пределах 5,5 - 7,5).

10.3.2. В расщеплении липидов участвуют различные ферменты. Пищевые жиры у взрослого человека расщепляются в основном панкреатической липазой; обнаруживается также липаза в кишечном соке, в слюне, у грудных детей активна липаза в желудке. Липазы относятся к классу гидролаз, они гидролизуют сложноэфирные связи -О-СО- с образованием свободных жирных кислот, диацилглицеролов, моноацилглицеролов, глицерола (рисунок 10.3).

Рисунок 10.3. Схема гидролиза жиров.

Поступающие с пищей глицерофосфолипиды подвергаются воздействию специфических гидролаз - фосфолипаз, расщепляющих сложноэфирные связи между компонентами фосфолипидов. Специфичность действия фосфолипаз показана на рисунке 10.4.

Рисунок 10.4. Специфичность действия ферментов, расщепляющих фосфолипиды.

Продуктами гидролиза фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерол, неорганический фосфат, азотистые основания (холин, этаноламин, серин).

Пищевые эфиры холестерола гидролизуются панкреатической холестеролэстеразой с образованием холестерола и жирных кислот.

10.3.3. Уясните особенности структуры желчных кислот и их роль в переваривании жиров. Желчные кислоты - конечный продукт обмена холестерола, образуются в печени. К ним относятся: холевая (3,7,12-триоксихолановая), хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая)и дезоксихолевая (3, 12-диоксихолановая) кислоты (рисунок 10.5, а). Две первые являются первичными желчными кислотами (образуются непосредственно в гепатоцитах), дезоксихолевая - вторичной (так как образуется из первичных желчных кислот под влиянием микрофлоры кишечника).

В желчи эти кислоты присутствуют в конъюгированной форме, т.е. в виде соединений с глицином Н2 N -СН2 -СООН или таурином Н2 N -СН2 -СН2 - SO3 H (рисунок 10.5, б).

Рисунок 10.5. Строение неконъюгированных (а) и конъюгированных (б) желчных кислот.

15.1.4. Желчные кислоты обладают амфифильными свойствами: гидроксильные группы и боковая цепь гидрофильны, циклическая структура гидрофобна. Эти свойства обусловливают участие желчных кислот в переваривании липидов:

1) желчные кислоты способны эмульгировать жиры, их молекулы своей неполярной частью адсорбируются на поверхности жировых капель, в то же время гидрофильные группы вступают во взаимодействие с окружающей водной средой. В результате снижается поверхностное натяжение на границе раздела липидной и водной фаз, вследствие чего крупные жировые капли разбиваются на более мелкие;

2) желчные кислоты наряду с колипазой желчи участвуют в активировании панкреатической липазы , сдвигая её оптимум рН в кислую сторону;

3) желчные кислоты образуют с гидрофобными продуктами переваривания жиров водорастворимые комплексы, что способствует их всасыванию в стенку тонкого кишечника.

Желчные кислоты, проникающие в процессе всасывания вместе с продуктами гидролиза в энтероциты, через портальную систему поступают в печень. Эти кислоты могут повторно секретироваться с желчью в кишечник и участвовать в процессах переваривания и всасывания. Такая энтеро-гепатическая циркуляция желчных кислот может осуществляться до 10 и более раз в сутки.

15.1.5. Особенности всасывания продуктов гидролиза жиров в кишечнике представлены на рисунке 10.6. В процессе переваривания пищевых триацилглицеролов около 1/3 их расщепляется полностью до глицерола и свободных жирных кислот, приблизительно 2/3 гидролизуется частично с образованием моно- и диацилглицеролов, небольшая часть совсем не расщепляется. Глицерол и свободные жирные кислоты с длиной цепи до 12 углеродных атомов растворимы в воде и проникают в энтероциты, а оттуда через воротную вену в печень. Более длинные жирные кислоты и моноацилглицеролы всасываются при участии конъюгированных желчных кислот, формирующих мицеллы. Нерасщеплённые жиры, по-видимому, могут поглощаться клетками слизистой кишечника путём пиноцитоза. Нерастворимый в воде холестерол, подобно жирным кислотам, всасывается в кишечнике в присутствии желчных кислот.

Рисунок 10.6. Переваривание и всасывание ацилглицеролов и жирных кислот.

В пищевом рационе человека встречаются только три основных источника углеводов: (1) сахароза, которая является дисахаридом и широко известна как тростниковый сахар; (2) лактоза, являющаяся дисахаридом молока; (3) крахмал - полисахарид, представленный практически во всей растительной пище, в особенности в картофеле и различных видах зерновых. Другими углеводами, усваиваемыми в небольшом количестве, являются амилоза, гликоген, алкоголь, молочная кислота, пиро-виноградная кислота, пектины, декстрины и в наименьшем количестве - производные углеводов в мясе.

Пища также содержит большое количество целлюлозы, которая является углеводом. Однако в пищеварительном тракте человека не существует фермента, способного расщепить целлюлозу, поэтому целлюлоза не рассматривается как пищевой продукт, пригодный для человека.

Переваривание углеводов в ротовой полости и желудке. Когда пища пережевывается, она смешивается со слюной, которая содержит пищеварительный фермент птиалин (амилазу), секретирующийся в основном околоушными железами. Этот фермент гидролизует крахмал на дисахарид мальтозу и другие небольшие глюкозные полимеры, содержащие от 3 до 9 молекул глюкозы. Однако в ротовой полости пища находится короткое время, и, вероятно, до акта глотания гидролизуется не более 5% крахмала.

Тем не менее, переваривание крахмала иногда продолжается в теле и дне желудка еще в течение 1 ч до тех пор, пока пища не начнет перемешиваться с желудочным секретом. Затем активность амилазы слюны блокируется соляной кислотой желудочного секрета, т.к. амилаза как фермент в принципе не активна при снижении рН среды ниже 4,0. Несмотря на это, в среднем до 30-40% крахмала гидролизуется в мальтозу прежде, чем пища и сопутствующая ей слюна полностью перемешаются с желудочными секретами.

Переваривание углеводов в тонком кишечнике . Переваривание панкреатической амилазой. Секрет поджелудочной железы, как и слюна, содержит большое количество амилазы, т.е. он почти полностью схож в своих функциях с ос-амилазой слюны, но в несколько раз эффективнее. Таким образом, не более чем через 15-30 мин после того, как химус из желудка попадет в двенадцатиперстную кишку и смешается с соком поджелудочной железы, фактически все углеводы оказываются переваренными.

В результате прежде чем углеводы выйдут за пределы двенадцатиперстной кишки или верхнего отдела тощей кишки, они почти полностью превращаются в мальтозу и/или в другие очень небольшие полимеры глюкозы.

Гидролиз дисахаридов и небольших полимеров глюкозы в моносахариды ферментами кишечного эпителия. Энтероциты, выстилающие ворсинки тонкого кишечника, содержат четыре фермента (лактазу, сахаразу, мальтазуи декстриназу), способных расщеплять дисахариды лактозу, сахарозу и мальтозу, а также другие небольшие глюкозные полимеры на их конечные моносахариды. Эти ферменты локализованы в микроворсинках щеточной каемки, покрывающей энтероциты, поэтому дисахариды перевариваются сразу, как только соприкасаются с этими энтероцитами.

Лактоза расщепляется на молекулу галактозы и молекулу глюкозы. Сахароза расщепляется на молекулу фруктозы и молекулу глюкозы. Мальтоза и другие небольшие глюкозные полимеры расщепляются на многочисленные молекулы глюкозы. Таким образом, конечными продуктами переваривания углеводов являются моносахариды. Все они растворяются в воде и мгновенно всасываются в портальный кровоток.

В обычной пище , в которой из всех углеводов больше всего крахмала, более 80% конечного продукта переваривания углеводов составляет глюкоза, а галактоза и фруктоза - редко более 10%.

Переваривание и всасывание белков

Переваривание белков начинается в желудке. Пепсин гидролизует 10 - 15% белков пищи. Эндопептидазы (трипсин, химотрипсин) расщепляют белки до полипептидов; экзопептидазы отщепляют аминокислоты. Под влиянием эндо- и экзопептидаз панкреатического сока и ферментов щеточной каемки эритроцитов полипептиды и олиго- пептиды расщепляются до аминокислот, которые транспортируются через мембрану в цитозоль клеток эпителий. Часть олиго- пептидов подвергается внутримембранному перевариванию, расщепляясь до аминокислот, часть поступает в цитозоль и расщепляется пептидазами цитозоля.

Около 50 - 60% расщепленных белков пищи всасываются слизистой оболочкой двенадцатиперстной кишки, около 30% - остальными участками тонкой кишки. У новорожденного ребенка многие неизмененные белки всасываются путем эндоцитоза. Между микроворсинками цитолемма ин- вагинируется, образуя удлиненные канальцы, куда поступают белки, затем от этих канальцев отшнуровываются микровезикулы. Некоторые из этих белков перерабатываются лизосомными ферментами, другие выделяются из клетки в неизмененном виде, например, иммуноглобулины.

Переваривание и всасывание жиров

Под влиянием панкреатических липаз эмульгированные жиры расщепляются до желчных кислот, холестерина, лизолецитина, глицерола и жирных кислот с длинными, средними и короткими цепями. Последние два вида соединений всасываются клетками в неизменном виде. Остальные образуют с желчными кислотами смешанные мицеллы (микрочастицы, в которых находятся в кишечнике жирные кислоты и моноглицериды), которые контактируют с цитолем- мой энтероцита в промежутках между микроворсинками, после чего содержимое мицелл переносится через мембрану. В гладком эндоплазматическом ретикулуме энтероцитов происходит ресинтез жиров, которые в комплексе Гольджи, соединяясь с липопротеинами, образуют липопротеины очень низкой плотности и хиломикроны, выделяющиеся из клетки в расширенные межклеточные пространства и поступающие через базальную мембрану в соединительную ткань, откуда они проникают в лимфатические капилляры ворсинок.

Переваривание и всасывание углеводов

Под влиянием a-ами- лазы слюнных желез, панкреатической амилазы, ферментов щеточной каемки, связанных с мембраной (амилаза, глюкозидаза, дисахаридазы, сахараза, мальтаза, изомальтаза, лактаза), полисахариды расщепляются в конечном итоге на глюкозу, галактозу и фруктозу. Около 60% углеводов пищи составляет растительный крахмал. Всасываются лишь моносахариды. В двенадцатиперстной кишке происходит очень быстрый гидролиз крахмала под действием панкреатической амилазы. Расщепление до моносахаридов осуществляют олигосахаразы, локализованные на поверхности микроворсинок щеточной каемки.

Различные участки тонкой кишки по-разному участвуют во всасывании: жиры всасываются преимущественно в верхней половине тонкой кишки, белки - в средней трети, вода - в подвздошной кишке. Окончательное переваривание пищи и всасывание продуктов происходит по мере продвижения пищевых масс в направлении от двенадцатиперстной кишки в подвздошную кишку и далее, в слепую кишку. Движение пищевых масс осуществляется благодаря сокращению циркулярного и продольного мышечных слоев и стенок тонкой кишки. Выделяют два вида движений тонкой кишки: перистальтические и маятнико- образные. Перистальтика в виде сократительных волн возникает в начальных отделах тонкой кишки, затем эти волны пробегают до слепой кишки. При этом пищевые массы перемешиваются с кишечным соком (это ускоряет процесс переваривания) и продвигаются в сторону толстой кишки. При маятникообраз- ных движениях мышечные слои тонкой кишки то сокращаются на коротком участке, то расслабляются. При этом пищевые массы передвигаются в просвете кишки то в одном, то в другом направлениях. В результате происходит интенсивное перемешивание пищевых масс.