Każdy wie, że dla najważniejszego procesu trawienia, jakim jest jeden z systemów podtrzymywania życia ludzkiego organizmu. Za ten proces odpowiedzialne są cząsteczki białka lub cząsteczki RNA, mówiąc prościej, enzymy.

Głównym celem tych cząsteczek jest przyspieszenie reakcji chemicznych w organizmie człowieka, a tym samym zapewnienie trawienia. Jeśli nie zajmujesz się biologią, enzymami, po prostu przetwarzaj substancje, dzieląc je na przydatne i niezbędne dla organizmu oraz te, których pilnie trzeba się pozbyć.

Lipazy znajdują się w jamie ustnej; żołądek; i trzustki. Ponieważ lipaza językowa została inaktywowana przez kwas żołądkowy, uważa się, że została wprowadzona głównie do higieny jamy ustnej i jej działania przeciwbakteryjnego w jamie ustnej, jednak może nadal działać na żywność przechowywaną w dnie żołądka i ta lipaza może być strawione do 30% tłuszczu. Lipaza żołądkowa ma niewielkie znaczenie dla ludzi.

Poniższa tabela przedstawia enzymy trawiące tłuszcze. Sole kwasów żółciowych są wydzielane przez wątrobę i mają stronę hydrofobową i hydrofilową. Przyczepią się do kuleczek tłuszczu, zemulgują je i spowodują utworzenie miceli. Anatomia miceli jest pokazana na poniższej ilustracji wraz z biochemiczną strukturą soli kwasów żółciowych.

Ogólnie rzecz biorąc, ludzki układ pokarmowy zaczyna się w jamie ustnej, a kończy w odbycie. Z jakiegoś powodu ogólnie przyjmuje się, że wszystkie procesy trawienne zachodzą tylko w żołądku i jelitach. W rzeczywistości jest to dalekie od przypadku. Najważniejszy proces trawienia rozpoczyna się w jamie ustnej i gardle człowieka i, co dziwne, są tam również enzymy.

Micele są małe, a ponieważ mają hydrofilową stronę na zewnątrz, skutecznie pozwalają tłuszczom działać jako cząsteczki rozpuszczalne w wodzie. Dzięki temu przenikają do niezidentyfikowanej warstwy przylegającej do nabłonka jelita cienkiego i ulegają wchłonięciu. W przypadku braku soli żółciowych przez tę warstwę przechodzi bardzo niewiele kwasów tłuszczowych, a większość tłuszczu przechodzi przez niedrożność jelit i nie jest wchłaniana, powodując biegunkę tłuszczową.

Micele pozwalają kwasom tłuszczowym i cholesterolowi przejść przez niestabilną warstwę i wejść w kontakt z krawędzią szczoteczki, gdzie z łatwością przenikają przez błonę komórkową rozpuszczalną w tłuszczach. Kilka mniejszych wolnych kwasów tłuszczowych przelewa się przez komórkę i wychodzi na granicy podstawno-bocznej, przechodząc do naczyń włosowatych. Jednak większość kwasów tłuszczowych dostaje się do gładkiej retikulum endoplazmatycznego, gdzie surowica jest przepakowywana do cholemikronów. Są one wyprowadzane z komórki na drodze egzocytozy.

Trawienie w gardle i jamie ustnej

Fakt, że proces przetwarzania żywności rozpoczyna się w jamie ustnej i gardle, od dawna został udowodniony eksperymentalnie. Przede wszystkim ludzka ślina zaczyna oddziaływać na pokarm w procesie żucia.

W jamie ustnej i gardle znajduje się wiele małych gruczołów ślinowych i trzy pary dużych, których przewody uchodzą bezpośrednio do jamy ustnej. Wszystkie zaczynają aktywnie wytwarzać ślinę, gdy tylko pokarm dostanie się do ust.

Cholemikrony nie dostają się do naczyń włosowatych, lecz przechodzą do układu limfatycznego, skąd są przenoszone do przewodu piersiowego. Kanał piersiowy uchodzi do żyły głównej górnej. Zasady nukleinowe są wychwytywane przez transport aktywny, pentozy są wychwytywane przez inne cukry.

Czynniki powodujące złe wchłanianie tłuszczu mogą również wpływać na wchłanianie tych witamin. Witamina B12 jest wchłaniana w biodrze i musi być związana z czynnikiem wewnętrznym, białkiem wydzielanym w żołądku, aby mogła zostać wchłonięta. Od 30 do 80% przyjmowanego wapnia w organizmie jest wchłaniane. Szybkość wchłaniania zależy od organizmu człowieka. Prawie całe wchłanianie żelaza zachodzi w postaci gruczołowej w dwunastnicy. Forma żelazowa jest przekształcana w żelazostopy przez reduktazę ferrytyczną.

Dla ciekawości możesz zlokalizować położenie gruczołów ślinowych i przy pomocy lusterka prześledzić proces trawienia w jamie ustnej i gardle. Odbywa się to w następujący sposób:

• Najpierw znajdźmy ślinianki przyuszne. Naciśnij policzki tuż poniżej i przed uszami po obu stronach. Gdy tylko poczujesz aktywne wydzielanie śliny, odkryłeś gruczoły. W tym momencie w lustrze można również zaobserwować aktywne tworzenie się śliny w jamie ustnej.
• Podżuchwowe gruczoły ślinowe można znaleźć, naciskając dwa punkty w odległości 2-3 centymetrów od krawędzi szczęki. Jeśli zrobisz to poprawnie, natychmiast poczujesz, jak usta wypełniają się śliną.
• Gruczoł podjęzykowy. Znajduje się dość daleko i bardzo trudno go wyczuć. Jeśli jednak ostro podniesiesz język do nieba, z pewnością zobaczysz małą fontannę - to gruczoł podjęzykowy w akcji.

W podstawno-bocznej części enterocytu jony żelaza są transportowane do płynu międzygwiazdowego przez transporter zwany ferroportyną. W osoczu forma żelaza powraca do formy żelazowej i jest związana z nośnikiem białka przenoszącego żelazo. Jelito cienkie jest reprezentowane przez 9 litrów, 2 zewnętrzne i 7 wewnętrznych, płynu dziennie do resorpcji. W zdrowiu wszystko oprócz 200 cm3 jest ponownie wchłaniane.

Połączenia między komórkami nabłonka w jelicie grubym są znacznie gęstsze niż w jelicie cienkim, co zapobiega przedostawaniu się sodu do światła. Większość płynu i elektrolitów jest wchłaniana w okrężnicy wstępującej. Chociaż białka i cukry są na ogół wchłaniane, gdy płyn dociera do okrężnicy, okrężnica jest w stanie wchłonąć te substraty. Niektóre niestrawne substancje, takie jak fasola, mogą być trawione przez bakterie okrężnicy, a te bakterie mogą nawet trawić niewielkie ilości celulozy.

Ogólnie początek procesu trawienia w jamie ustnej i gardle można wyczuć jeszcze przed rozpoczęciem jedzenia. Pamiętaj, jak usta szybko wypełniają się śliną od pysznego zapachu, albo dojrzała cytryna pokrojona w plasterek powoduje jej aktywne tworzenie.

Te procesy wskazują, że enzymy w jamie ustnej i gardle są już gotowe do rozpoczęcia procesu trawienia i pozostaje tylko włożyć kawałek jedzenia do ust i zacząć go aktywnie żuć. Nawiasem mówiąc, gdy tylko zaczniesz żuć, zaczynają działać również enzymy żołądkowe.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak pokarm jest trawiony w naszym organizmie po jego spożyciu? Wewnętrzna struktura naszego organizmu jest niezwykle wydajna w wykonywaniu wielu funkcji, wśród których trawienie jest najważniejszym ze wszystkich zachodzących procesów.

Metabolizm naszego organizmu kontrolowany jest przez grupę enzymów trawiennych wydzielanych przez różne narządy układu pokarmowego. Enzymy te pomagają w prawidłowym trawieniu pokarmu. Rozkład enzymatyczny zaczyna się w jamie ustnej i rozprzestrzenia się do jelit, gdzie jest przekształcany w prostsze cząsteczki, a następnie wydalany przez nasze ciała. Te enzymy trawienne działają jak katalizatory rozkładu węglowodanów, tłuszczów i białek.

Gdy tylko szczęki zaczną się poruszać, aktywnie tworzy się sok żołądkowy. Dlatego wielu lekarzy zaleca żucie gumy na około pół godziny przed posiłkiem, aby poprawić trawienie.

Nawiasem mówiąc, nawet teraz, dla wiedzy o układzie pokarmowym, trwają badania ludzkiej śliny. Biomateriał jest pobierany za pomocą specjalnej kapsułki z przyssawką, która jest przyczepiana do błony śluzowej. W ten sposób płyn ślinowy wydostaje się przez probówkę, gdzie jest zbierany i wysyłany do badań.

Źródło enzymów trawiennych. Enzymy te są również obecne w ślinie, gdzie pomagają w pierwszym etapie trawienia. Enzymy są klasyfikowane zgodnie z charakterem substratów, w których działają. Enzymy trawienne można ogólnie podzielić na cztery grupy.

• Enzym proteolityczny: rozkłada białka na aminokwasy.
• Enzym lipolityczny: rozkłada tłuszcze na kwasy tłuszczowe i glicerol.
• Enzym amylolityczny: rozkłada węglowodany i skrobię na cukry proste.
• Enzym nukleolityczny: rozkłada kwasy nukleinowe na nukleotydy.

Jama ustna lub usta zawierają gruczoły ślinowe.

Funkcje śliny

Ogólnie ślina pełni w organizmie najważniejsze funkcje ochronne, a mianowicie:

• Ślina chroni błonę śluzową jamy ustnej i gardła przed wysychaniem.
• Enzymy nukleazy, które są zawarte w ślinie, w jak największym stopniu zwalczają wirusy i bakterie chorobotwórcze, będąc częścią naszej odporności.
• Ślina zawiera również enzymy niezbędne do krzepnięcia krwi, które zapobiegają stanom zapalnym w jamie ustnej i gardle.

Jednak podstawową funkcją śliny jest - trawienie. Bez udziału śliny w tym ważnym procesie człowiek po prostu nie byłby w stanie strawić niektórych rodzajów żywności. A niektóre znajome potrawy byłyby dla nas zabójcze.

Gruczoł ślinowy wydziela enzym lizozym, który ma działanie przeciwbakteryjne. Enzymy wydzielane przez jamę ustną zapewniają głównie ochronę przed bakteriami. Betaina pomaga utrzymać równowagę płynów w jamie ustnej. Amylaza - przekształca skrobię w rozpuszczalne cukry. Betaina. Utrzymuje równowagę płynu komórkowego jako osmolity. Bromelaina jest środkiem przeciwzapalnym, który zmiękcza mięso.

Enzymy wydzielane przez żołądek są znane jako enzymy żołądkowe. Żołądek wydziela kwas solny, który zabija bakterie i zarazki oraz zapewnia kwaśne środowisko dla prawidłowej aktywności enzymatycznej enzymów proteazy. Amylaza żołądkowa - Degradacja skrobi Żelatynaza - Degradacja żelatyny i kolagenu. Rennin. Przekształcanie płynnego mleka w cząstki stałe. Lipaza żołądkowa - Degradacja tłuszczów oleistych.

Skład i enzymy śliny

W rzeczywistości ślina jest jedynym biomateriałem, dzięki któremu enzymy są obecne w jamie ustnej i gardle człowieka. To, z czego składa się płyn ślinowy, zależy bezpośrednio od wieku i stanu zdrowia pacjenta. Przede wszystkim badane jest wydzielanie płynów, które zwykle waha się od 1 do 200 mililitrów na godzinę. Maksymalne stężenie występuje w czasie przetwarzania żywności.

Trzustka jest głównym gruczołem trawiennym w naszym organizmie. Enzymy trawienne rozkład węglowodanów w trzustce i cząsteczki skrobi do cukrów prostych. Podkreślają również grupę enzymów, które promują degradację kwasów nukleinowych. Działa jako gruczoł dokrewny i zewnątrzwydzielniczy.

Fosfolipaza - Hydroliza fosfolipidów do kwasów tłuszczowych. Trypsyna - przekształca białka w aminokwasy zasadowe. Wkracza. Rozkład trójglicerydów na glicerol i kwasy tłuszczowe. Karboksypeptydaza - degradacja białek do aminokwasów. amylaza trzustkowa. rozkład węglowodanów do cukrów prostych.

Zewnętrznie ślina jest lepką, bezbarwną, lekko mętną cieczą. Niewielkie zmętnienie wynika z faktu, że ciecz zawiera różne substancje organiczne i nieorganiczne.

Teraz o enzymach. W ślinie występują w trzech głównych typach:

• Te, które są utworzone przez komórki miąższowe.
• Produkty przemiany materii mikroflory organizmu, czyli prościej bakterie.
• Te, które pojawiają się w wyniku zniszczenia białych krwinek w jamie ustnej.

Amylaza jest najważniejszym enzymem w ślinie. To ona jest zaangażowana w tak złożony proces, jak rozkład skrobi, która znajduje się w prawie wszystkich rodzajach żywności, od roślin po zwierzęta. Amylaza rozkłada skrobię na sacharydy i niewielką ilość glukozy, które są dobrze wchłaniane przez organizm.

Elastaza - rozkładają białka elastyny ​​nukleazy - przemiana kwasów nukleinowych w nukleotydy i nukleozydy. Na końcu tej sekcji będziesz w stanie. Wyjaśnij wyspecjalizowane funkcje narządów zaangażowanych w przetwarzanie żywności w organizmie. Opisz, w jaki sposób narządy współpracują ze sobą w celu trawienia pokarmu i wchłaniania składników odżywczych. Wyjaśnij procesy trawienia i wchłaniania. . Wszystkie żywe organizmy potrzebują składników odżywczych, aby przetrwać. Podczas gdy rośliny mogą pozyskiwać składniki odżywcze ze swoich korzeni i cząsteczki energii potrzebne do funkcjonowania komórek poprzez fotosyntezę, zwierzęta uzyskują składniki odżywcze poprzez spożywanie innych organizmów.

Amylaza jest wytwarzana przez komórki gruczołowe, enzym gromadzi się w nich w postaci nieaktywnej. Aktywacja tego enzymu następuje po spożyciu pokarmu zawierającego białko. Idealnym środowiskiem do działania amylazy jest temperatura nie wyższa niż 36,6 stopni oraz normalne środowisko kwasowo-zasadowe w organizmie.

Nie sposób też nie wspomnieć o takim enzymie jak maltaza. Enzym ten aktywnie uczestniczy w rozkładzie sacharydu maltozy i przekształca go w bezpieczną dla organizmu glukozę.

Na poziomie komórkowym molekułami biologicznymi niezbędnymi do funkcjonowania zwierząt są aminokwasy, cząsteczki lipidów, nukleotydy i cukry proste. Jednak spożywana żywność składa się z białek, tłuszczów i węglowodanów złożonych. Zwierzęta muszą przekształcić te makrocząsteczki w proste cząsteczki potrzebne do utrzymania funkcji komórkowych. Przekształcenie spożywanej żywności w wymagane składniki odżywcze jest procesem wieloetapowym obejmującym trawienie i wchłanianie. Podczas trawienia cząsteczki pokarmu są rozkładane na mniejsze składniki, które są później wchłaniane przez organizm.

Aktywna praca enzymów śliny nie rozpoczyna się w jamie ustnej, ale właśnie w momencie, gdy bryła pokarmu zaczyna przemieszczać się do gardła, a następnie do przełyku i żołądka. Wszyscy wiedzą, że kwas żołądkowy jest niesamowicie kwaśny. Gdy tylko pokarm dostanie się do żołądka, rozpoczyna się reakcja hydrolizy węglowodanów, które zaczynają być trawione. Stopniowo bryła pokarmu jest mieszana, a enzymy śliny zaczynają działać.

Dzieje się tak zarówno za pomocą środków fizycznych, takich jak żucie, jak i środków chemicznych. Jednym z wyzwań w żywieniu człowieka jest utrzymanie równowagi między przyjmowaniem pokarmu, jego przechowywaniem i wydatkami energetycznymi. Przyjmowanie większej ilości energii z pożywienia niż jest zużywane podczas aktywności prowadzi do gromadzenia jej nadmiaru w postaci tkanki tłuszczowej. Wzrost otyłości i związanych z nią chorób, takich jak cukrzyca typu 2, sprawia, że ​​zrozumienie roli diety i żywienia w utrzymaniu dobrego stanu zdrowia staje się jeszcze ważniejsze.

Proces trawienia rozpoczyna się w jamie ustnej wraz ze spożyciem pokarmu. Zęby odgrywają ważną rolę w rozdrabnianiu lub fizycznym rozbijaniu żywności na mniejsze cząstki. Enzymy obecne w ślinie również zaczynają rozkładać chemicznie żywność. Pokarm jest następnie połykany i wchodzi do przełyku, długiej rurki łączącej usta z żołądkiem. Wykorzystując perystaltykę lub falowe skurcze mięśni gładkich, mięśnie przełyku popychają pokarm w kierunku żołądka. Zawartość żołądka jest wyjątkowo kwaśna, o pH między 5, a ta kwasowość zabija mikroorganizmy, rozkłada tkanki pokarmowe i aktywuje enzymy trawienne.

Nawiasem mówiąc, ciekawym faktem, z działaniem enzymów, jest to, że kiedy żujesz chleb lub ziemniaki, nabierają one lekko słodkiego smaku. Wynika to z faktu, że sacharydy i monosacharydy zaczynają się aktywnie rozkładać w wyniku pojawienia się słodkawego i dość bezpiecznego smaku.

A dzięki enzymom śliny można również powiedzieć, że znacznie przyspieszają czas przetwarzania owoców. Ślina faktycznie ułatwia pracę jelit. Wraz z nim węglowodany docierają do jelit już w częściowo strawionej formie.

Dalszy rozkład pokarmu zachodzi w jelicie cienkim, gdzie żółć wytwarzana przez wątrobę oraz enzymy wytwarzane przez jelito cienkie i trzustkę kontynuują proces trawienia. Mniejsze cząsteczki są wchłaniane do krwioobiegu przez komórki nabłonkowe wyściełające ściany jelita cienkiego. Odpady przemieszczają się do jelita grubego, gdzie wchłaniana jest woda, a suchy materiał skrapla się w kał; utrzymuje się, dopóki nie zostanie wydalony przez odbyt.

Rysunek 4 przedstawia elementy układu pokarmowego człowieka. Zarówno fizyczne, jak i chemiczne trawienie rozpoczyna się w jamie ustnej lub jamie ustnej, która jest punktem wejścia pokarmu do układu pokarmowego. Pokarm jest rozkładany na mniejsze cząstki przez żucie, działanie zębów. Wszystkie ssaki mają zęby i mogą żuć pokarm, aby rozpocząć proces fizycznego rozkładania go na mniejsze cząstki.

Przyczyny zmniejszenia liczby enzymów w jamie ustnej i gardle

Zdarza się, że w organizmie człowieka brakuje enzymów i zaczynają się problemy z trawieniem. Najczęściej przyczyną tego są przewlekłe choroby układu pokarmowego lub hormonalnego. Na przykład cukrzyca, procesy zapalne w organizmie i bardzo rzadko naruszenie składu śliny mogą prowadzić nawet do silnego stresu.

Ślina zawiera również lizozym, który ma działanie antybakteryjne. Zawiera również enzym zwany amylazą ślinową, który rozpoczyna proces przekształcania skrobi w żywności w disacharyd zwany maltozą. Inny enzym zwany lipazą jest wytwarzany przez komórki języka w celu rozkładu tłuszczów. Działania żucia i zwilżania zapewniane przez zęby i ślinę przygotowują pokarm w masę zwaną bolusem do połykania. Język pomaga w połykaniu – przesuwa bolus z ust do gardła. Gardło otwiera się na dwa przejścia: przełyk i tchawicę.

Nawet niewielki spadek enzymów śliny może prowadzić do następujących objawów:

• Niestrawność, czasem nawet biegunka. Tylko enzymy śliny są zdolne do trawienia skrobi i sacharydów - dzieje się to w jamie ustnej i gardle.
• Ból brzucha.
• zatrucie organizmu.

Tylko lekarz może postawić dokładną diagnozę, a także przepisać odpowiednie leczenie. Nie powinieneś angażować się w samodiagnozę, stosować preparaty enzymatyczne w dużych ilościach - może to tylko pogorszyć sytuację.

Lepiej jak najszybciej skontaktować się z wykwalifikowanym specjalistą, a także rozpocząć leczenie w odpowiednim czasie - pomoże to uniknąć wielu komplikacji w przyszłości.

Trawienie w jamie ustnej i żołądku to złożony proces, w który zaangażowanych jest wiele narządów. W wyniku takiego działania tkanki i komórki są odżywione, a także dostarczana jest energia.

Trawienie jest wzajemnie powiązanym procesem, który zapewnia mechaniczne mielenie bolusa pokarmu i dalszy rozkład chemiczny. Jedzenie jest niezbędne człowiekowi do budowy tkanek i komórek w organizmie oraz jako źródło energii.

Przyswajanie soli mineralnych, wody i witamin zachodzi w pierwotnej postaci, ale bardziej złożone związki wielkocząsteczkowe w postaci białek, tłuszczów i węglowodanów wymagają rozbicia na prostsze elementy. Aby zrozumieć, jak przebiega taki proces, przeanalizujmy trawienie w jamie ustnej i żołądku.

Zanim „zanurzysz się” w proces poznawania układu pokarmowego, musisz poznać jego funkcje:

• następuje produkcja i uwalnianie soków trawiennych zawierających substancje biologiczne i enzymy;
• przenosi produkty rozpadu, wodę, witaminy, minerały itp. przez błony śluzowe przewodu pokarmowego bezpośrednio do krwi;
• wydziela hormony;
• zapewnia mielenie i promocję masy spożywczej;
• wydala z organizmu powstałe końcowe produkty przemiany materii;
• pełni funkcję ochronną.

Uwaga: aby poprawić funkcje trawienne, należy monitorować jakość stosowanych produktów, cenę za nie, choć czasami wyższą, ale korzyści są znacznie większe. Warto również zwrócić uwagę na bilans żywienia. Jeśli masz problemy z trawieniem, najlepiej skonsultuj się z lekarzem w tej sprawie.

Znaczenie enzymów w układzie pokarmowym

Gruczoły trawienne jamy ustnej i przewodu pokarmowego wytwarzają enzymy, które odgrywają jedną z głównych ról w procesie trawienia.

Jeśli uogólnimy ich znaczenie, możemy wyróżnić niektóre właściwości:

1. Każdy z enzymów jest wysoce specyficzny, katalizuje tylko jedną reakcję i działa na jeden typ wiązania. Na przykład enzymy proteolityczne lub proteazy są w stanie rozkładać białka na aminokwasy, lipazy rozkładają tłuszcze na kwasy tłuszczowe i glicerol, amylazy rozkładają węglowodany na monosacharydy.
2. Są w stanie działać tylko w określonych temperaturach w zakresie 36-37C. Wszystko, co znajduje się poza tymi granicami, prowadzi do spadku ich aktywności i zakłócenia procesu trawienia.
3. Wysoką „wydajność” uzyskuje się tylko przy określonej wartości pH. Na przykład pepsyna w żołądku jest aktywowana tylko w kwaśnym środowisku.
4. Mogą rozkładać dużą ilość substancji organicznych, ponieważ są bardzo aktywne.

Enzymy jamy ustnej i żołądka:

Nazwa enzymu	Funkcjonować
W jamie ustnej (znajduje się w ślinie)
Ptyalina (amylaza)	Rozkłada skrobię do maltozy (disacharydy)
maltaza	Rozkłada disacharydy do glukozy
w żołądku
pepsyna	Ten enzym jest głównym i rozkłada zdenaturowane białka na peptydy. Jego początkowa postać jest prezentowana w postaci nieaktywnego pepsynogenu, który znajduje się w tym stanie dzięki obecności dodatkowej części. Pod wpływem kwasu solnego następuje oddzielenie tej części, co prowadzi do powstania pepsyny. Ponadto enzym ten łatwo rozpuszcza białka, po czym przetworzone masy trafiają do strefy jelitowej.
Lipaza	Enzym ten jest w stanie rozkładać tłuszcz. U dorosłych proces ten nie ma większego znaczenia, jak u dzieci. Wysoka temperatura i perystaltyka prowadzą do rozpadu związków na mniejsze, w wyniku czego zwiększa się efektywny wskaźnik efektu enzymatycznego. Wszystko to znacznie upraszcza trawienie elementów tłuszczowych w jelitach.

Uwaga: w żołądku aktywność enzymów wzrasta z powodu produkcji kwasu solnego. Jest to pierwiastek nieorganiczny, który pełni jedną z ważnych funkcji w procesie trawienia, przyczyniając się do niszczenia białka. Dezynfekuje również mikroorganizmy chorobotwórcze, które dostarczane są z pożywieniem, dzięki czemu zapobiega ewentualnemu rozkładowi masy pokarmowej w jamie żołądka.

Rola enzymów w organizmie jest wielopłaszczyznowa, o czym świadczy poniższe zdjęcie.

Trawienie w jamie ustnej

Wraz ze spadkiem stężenia składników odżywczych we krwi zaczyna się uczucie głodu. Fizjologiczne podłoże tego uczucia jest zlokalizowane w jądrach bocznych podwzgórza. To właśnie pobudzenie ośrodka głodu jest motywem poszukiwania pożywienia.

Jedzenie mamy więc przed oczami, spróbowaliśmy jego smaku i nasyciliśmy się, ale zastanawiam się, co w tym momencie działo się w organizmie?

Początkową częścią przewodu pokarmowego jest jama ustna. Od dołu ograniczona jest przeponą jamy ustnej, od góry podniebieniem (twardym i miękkim), a z boków i przodu dziąsłami i zębami. Również tutaj kanały gruczołów trawiennych otwierają się do jamy ustnej, są to podjęzykowe, przyuszne, podżuchwowe.

Ponadto w jamie ustnej znajdują się inne śluzowe małe gruczoły ślinowe. Po schwytaniu bryły pokarmu zębami (a jest ich tylko 32, 16 na dolną i 16 na górną szczękę) jest ona żuta i zwilżana śliną, która zawiera enzym ptialinę.

Posiada zdolność rozpuszczania niektórych łatwo rozpuszczalnych substancji oraz zmiękczania i pokrywania śluzem pokarmu, co znacznie ułatwia proces połykania. Ślina zawiera również mucynę z lizozymem, które mają działanie bakteriobójcze.

Za pomocą języka, narządu mięśniowego pokrytego błoną śluzową, realizowany jest smak, a pokarm po przeżuciu jest wypychany do gardła. Następnie przygotowana bryła pokarmu przechodzi przez przełyk do żołądka.

Połykanie jest złożonym procesem, który obejmuje mięśnie gardła i języka. Podczas tego ruchu podniebienie miękkie unosi się, dzięki czemu wejście do jamy nosowej zostaje zamknięte, a pokarm nie może dostać się do tego obszaru. Za pomocą nagłośni zamyka się wlot do krtani.

Przez górną część przewodu pokarmowego - gardło, bolus pokarmowy zaczyna przemieszczać się wzdłuż przełyku - rurki o długości około 25 cm, która jest kontynuacją gardła. W tym czasie otwierają się górne i dolne zwieracze przełyku, a przejście pokarmu do samego żołądka zajmuje około 3-9 sekund, pokarm płynny porusza się w ciągu 1-2 sekund.

W przełyku nie zachodzą żadne zmiany, ponieważ soki trawienne nie są tam wydzielane, reszta etapu rozszczepienia nastąpi w żołądku. Możesz dowiedzieć się więcej o trawieniu w jamie ustnej z wideo w tym artykule.

Trawienie w żołądku

Po przełyku bolus pokarmowy wchodzi do żołądka. Jest to najbardziej rozbudowana część przewodu pokarmowego, mająca pojemność do 3 litrów.

Kształt i wielkość tego narządu może się różnić w zależności od stopnia skurczu mięśnia i ilości spożywanego pokarmu. Błona śluzowa jest utworzona przez podłużne fałdy zawierające ogromną liczbę gruczołów wytwarzających sok żołądkowy.

Jest reprezentowany przez trzy rodzaje komórek:

• Główny- to te, które wytwarzają enzymy soku żołądkowego;
• podszewka- są w stanie wytworzyć kwas solny;
• dodatkowy- za ich pomocą zaczyna się wytwarzać śluz (śluz i mucyna), dzięki czemu ściany żołądka są chronione przed działaniem pepsyny.

Jeśli dochodzi do naruszenia wydzielania soku żołądkowego w organizmie, istnieją specjalne preparaty normalizujące ten proces, którym towarzyszy instrukcja użytkowania. Jednak samoleczenie nie jest zalecane, ponieważ może to powodować komplikacje.

Moment wniknięcia soku żołądkowego do masy pokarmowej implikuje początek żołądkowej fazy trawienia, podczas której następuje głównie rozpad cząsteczek białka. Dzieje się tak w wyniku skoordynowanej pracy enzymów i kwasu żołądkowego. Dalej od żołądka częściowo strawiony pokarm jest wysyłany do dwunastnicy przez zwieracz odźwiernika, który podczas skurczu całkowicie oddziela żołądek od jelita.

Czas trwania pokarmu w jamie żołądka zależy od jego składu. Stały pokarm białkowy bardziej aktywnie stymuluje wydzielanie soku żołądkowego i dłużej zatrzymuje się w tym narządzie, podczas gdy płynny pokarm znacznie szybciej opuszcza żołądek.

Średnio jedzenie może pozostawać w żołądku przez 4-6 godzin. Pod koniec fazy trawienia znajduje się w stanie zapadniętym i co 45-90 minut rozpoczynają się okresowe skurcze żołądka, tzw. głodowa perystaltyka.

Jak zrozumieliśmy, trawienie jest złożonym, wieloetapowym procesem regulowanym przez działy ośrodkowego układu nerwowego. Poszczególne etapy płynnie następują po sobie, aw każdym z nich zaangażowanych jest wiele organów. Wszystko to reguluje układ nerwowy i humoralny.

Jednak każde zakłócenie może wywołać nieprawidłowe działanie automatycznego działania układu pokarmowego, co pociągnie za sobą pewne objawy i oznaki. W takim przypadku należy natychmiast zwrócić się o pomoc lekarskągdzie lekarz może zbadać i przepisać niezbędną diagnozę.

Węglowodany są trawione w jamie ustnej przez enzymy śliny. α-amylaza. Enzym rozszczepia wewnętrzne wiązania α(1→4)-glikozydowe. W tym przypadku powstają produkty niepełnej hydrolizy skrobi (lub glikogenu) - dekstryny. W niewielkiej ilości powstaje również maltoza. Centrum aktywne α-amylazy zawiera jony Ca 2+. Jony Na + aktywują enzym.

W soku żołądkowym trawienie węglowodanów jest zahamowane, ponieważ amylaza jest inaktywowana w kwaśnym środowisku.

Głównym miejscem trawienia węglowodanów jest dwunastnica, gdzie są one wydalane w postaci soku trzustkowego. α- amylasa. Enzym ten kończy rozkład skrobi i glikogenu, zainicjowany przez amylazę ślinową, do maltozy. Hydroliza wiązania α(1→6)-glikozydowego jest katalizowana przez enzymy jelitowe amylo-1,6-glukozydazę i oligo-1,6-glukozydazę .

Trawienie maltozy i disacharydów z pożywienia odbywa się w obszarze rąbka szczoteczkowego komórek nabłonka (enterocytów) jelita cienkiego. Disacharydazy są integralnymi białkami mikrokosmków enterocytów. Tworzą kompleks polienzymatyczny składający się z czterech enzymów, których centra aktywne skierowane są do światła jelita.

1M altaza(-glukozydaza) hydrolizuje maltoza dla dwóch cząsteczek D-glukoza.

2. laktaza(-galaktozydaza) hydrolizuje laktoza na D-galaktoza i D-glukoza.

3. Izomaltaza / Cukier(enzym o podwójnym działaniu) ma dwa centra aktywne zlokalizowane w różnych domenach. Hydrolizuje enzym sacharoza zanim D-fruktoza i D-glukozy i za pomocą innego miejsca aktywnego enzym katalizuje hydrolizę izomaltoza do dwóch cząsteczek D-glukoza.

Nietolerancja mleka u niektórych osób, objawiająca się bólem brzucha, wzdęciami (wzdęcia) i biegunką, jest spowodowana spadkiem aktywności laktazy. Istnieją trzy rodzaje niedoboru laktazy.

1. dziedziczny niedobór laktazy. Objawy upośledzonej tolerancji rozwijają się bardzo szybko po urodzeniu . Karmienie pokarmem bez laktozy prowadzi do ustąpienia objawów.

2. Niska pierwotna aktywność laktazy(stopniowy spadek aktywności laktazy u osób predysponowanych). U 15% dzieci w Europie i 80% dzieci na Wschodzie, w Azji, Afryce i Japonii synteza tego enzymu stopniowo zatrzymuje się w miarę dorastania, a u dorosłych rozwija się nietolerancja mleka, której towarzyszą powyższe objawy. Produkty mleczne są dobrze tolerowane przez takie osoby.

2. Niska wtórna aktywność laktazy. Niestrawność mleka jest często wynikiem chorób jelit (tropikalne i nietropikalne formy sprue, kwashiorkor, zapalenie okrężnicy, zapalenie żołądka i jelit).

Objawy podobne do opisanych przy niedoborze laktazy są charakterystyczne dla niedoboru innych disacharydaz. Leczenie ma na celu wyeliminowanie z diety odpowiednich disacharydów.

Uwaga! Glukoza dostaje się do komórek różnych narządów różnymi mechanizmami.

Głównymi produktami całkowitego trawienia skrobi i disacharydów są glukoza, fruktoza i galaktoza. Monosacharydy dostają się do krwi z jelita, pokonując dwie bariery: błonę rąbka szczoteczkowego skierowaną do światła jelita oraz błonę podstawno-boczną enterocytu.

Znane są dwa mechanizmy wnikania glukozy do komórek: dyfuzja ułatwiona oraz wtórny transport aktywny związany z przenoszeniem jonów Na+. Ryc.5.1. Budowa transportera glukozy

Transportery glukozy (GLUT), zapewniające mechanizm jej ułatwionej dyfuzji przez błony komórkowe, tworzą rodzinę pokrewnych białek homologicznych, których charakterystyczną cechą strukturalną jest długi łańcuch polipeptydowy tworzący 12 transbłonowych segmentów helikalnych (ryc. 5.1). Jedna z domen znajdujących się na zewnętrznej powierzchni błony zawiera oligosacharyd. N- oraz C- sekcje końcowe nośnika są obracane wewnątrz komórki. Wydaje się, że 3., 5., 7. i 11. segment transbłonowy transportera tworzy kanał, przez który glukoza dostaje się do komórki. Zmiana konformacji tych segmentów zapewnia proces przenoszenia glukozy do wnętrza komórki. Nośniki z tej rodziny zawierają 492-524 reszt aminokwasowych i różnią się powinowactwem do glukozy. Każdy transporter wydaje się spełniać określone funkcje.

Nośniki zapewniające wtórny, zależny od jonów sodu, aktywny transport glukozy z jelita i kanalików nerkowych (SGLT) znacznie różnią się składem aminokwasowym od nośników z rodziny GLUT, chociaż są również zbudowane z dwunastu domen transbłonowych.

Poniżej w zakładce. 5.1. podano niektóre właściwości nośników monosacharydów.

Tabela 5.1. Charakterystyka transporterów glukozy u zwierząt
			Główne miejsca edukacji
wtórny transport aktywny
	Wchłanianie glukozy		Jelito cienkie, kanaliki nerkowe
	Wchłanianie glukozy		kanaliki nerkowe
przyspieszona dyfuzja
			Łożysko, bariera krew-mózg, mózg, krwinki czerwone, nerki, jelito grube, inne narządy
	Czujnik glukozy w komórkach B; transport z komórek nabłonkowych nerek i jelit		Komórki wysp trzustkowych, wątroba, nabłonek jelita cienkiego, nerki
	Wykorzystanie glukozy przez komórki w warunkach fizjologicznych		Mózg, łożysko, nerki, inne narządy
	Wychwyt glukozy stymulowany insuliną		Mięsień szkieletowy i sercowy, tkanka tłuszczowa, inne tkanki
	Transport fruktozy		Jelito cienkie, plemniki

Przechodzenie glukozy i innych monosacharydów do enterocytu ułatwiają GLUT 5, zlokalizowany w błonie wierzchołkowej enterocytu (ułatwiona dyfuzja wzdłuż gradientu stężeń) oraz SGLT 1, który wraz z jonami sodu zapewnia ruch (symport) glukozy do enterocytu. Jony sodu są następnie aktywnie, przy udziale Na+-K+-ATPazy, usuwane z enterocytu, który utrzymuje stały gradient ich stężenia. Glukoza opuszcza enterocyt przez błonę podstawno-boczną za pomocą GLUT 2 wzdłuż gradientu stężeń.

Absorpcja pentoz zachodzi na drodze prostej dyfuzji.

Przytłaczająca ilość monosacharydów przedostaje się do układu krążenia wrotnego i wątroby, niewielka część do układu limfatycznego i krążenia płucnego. Nadmiar glukozy magazynowany jest w wątrobie w postaci glikogenu.

Uwaga! Wymiana glukozy w komórce rozpoczyna się od jej fosforylacji.

P
Wejście glukozy do dowolnej komórki rozpoczyna się od jej fosforylacji. Ta reakcja rozwiązuje kilka problemów, z których głównym jest „wychwytywanie” glukozy do użytku wewnątrzkomórkowego i jej aktywacja.

Fosforylowana forma glukozy nie przechodzi przez błonę plazmatyczną, staje się „własnością” komórki i jest wykorzystywana w prawie wszystkich szlakach metabolizmu glukozy. Jedynym wyjątkiem jest ścieżka odzyskiwania (Rys.5.2.).

Reakcja fosforylacji jest katalizowana przez dwa enzymy: heksokinazę i glukokinazę. Chociaż glukokinaza jest jednym z czterech izoenzymów hezokinazy ( heksokinaza 4), istnieją istotne różnice między heksokinazą a glukokinazą: 1) heksokinaza jest zdolna do fosforylacji nie tylko glukozy, ale także innych heksoz (fruktozy, galaktozy, mannozy), podczas gdy glukokinaza aktywuje tylko glukozę; 2) heksokinaza jest obecna we wszystkich tkankach, glukokinaza - w hepatocytach; 3) heksokinaza ma wysokie powinowactwo do glukozy ( Do M< 0,1 ммоль/л), напротив, глюкокиназа имеет высокую К M (около 10 ммоль/л), т.е. ее сродство к глюкозе мало и фосфорилирование глюкозы возможно только при массивном поступлении ее в клетки, что в физиологических условиях происходит на высоте пищеварения в печеночных клетках. Активирование глюкокиназы препятствует резкому увеличению поступления глюкозы в общий кровоток; в перерывах между приемами пищи для включения глюкозы в обменные процессы вполне достаточно гексокиназной активности. При диабете из-за низкой активности глюкокиназы (синтез и активность которой зависят от инсулина) этот механизм не срабатывает, поэтому глюкоза не задерживается в печени и вызывает гипергликемию.

Powstały w reakcji glukozo-6-fosforan uważany jest za inhibitor allosteryczny heksokinaza (ale nie glukokinaza).

Ponieważ reakcja glukokinazy jest zależna od insuliny, zamiast glukozy pacjentom z cukrzycą można przepisać fruktozę (fruktoza jest fosforylowana przez heksokinazę bezpośrednio do fruktozo-6-fosforanu).

Glukozo-6-fosforan jest wykorzystywany w mechanizmach syntezy glikogenu, we wszystkich szlakach oksydacyjnych konwersji glukozy oraz w syntezie innych niezbędnych komórce monosacharydów. Miejsce, jakie ta reakcja zajmuje w metabolizmie glukozy, pozwala uznać ją za kluczową reakcję metabolizmu węglowodanów.

Reakcja heksokinazy jest nieodwracalna (G = -16,7 kJ/mol), dlatego do przekształcenia glukozo-6-fosforanu w wolną glukozę w komórkach wątroby i nerek obecny jest enzym fosfataza glukozo-6-fosforanowa, katalizujący hydroliza glukozo-6-fosforanu. Komórki tych narządów mogą więc dostarczać glukozę do krwi i dostarczać glukozę innym komórkom.

Jama ustna obejmuje przedsionek i samą jamę ustną. Przedsionek tworzą wargi, zewnętrzna strona policzków, zęby i dziąsła. Wargi pokryte są na zewnątrz cienką warstwą nabłonka, od wewnątrz wyścielone są błoną śluzową, która jest przedłużeniem wewnętrznej strony policzków. Szczelnie zakryj zęby, przymocowane do dziąseł za pomocą górnych i dolnych uzdy.

Usta tworzą:

• błona śluzowa jamy ustnej;
• siekacze, kły, duże i małe zęby trzonowe;
• gumy;
• język;
• miękkie i twarde podniebienie.

Ryż. 1. Budowa jamy ustnej.

Więcej szczegółów dotyczących budowy jamy ustnej przedstawiono w tabeli.

Jama ustna	Struktura	Funkcje
	Zewnętrzna strona pokryta jest nabłonkiem skóry, wewnętrzna strona pokryta jest błoną śluzową. Warstwę pośrednią tworzą włókna mięśniowe, przez które przechodzą naczynia krwionośne i nerwy.	Otwierają i zamykają szczelinę ustną, uczestniczą w tworzeniu bolusa pokarmowego
	Narząd mięśniowy (mięśnie poprzecznie prążkowane) penetrowany przez włókna nerwowe i naczynia krwionośne. Od góry pokryta jest błoną śluzową, na powierzchni której znajdują się wrażliwe brodawki zawierające receptory. Trzymane w ustach za pomocą uzdy	Ocenia jakość i parametry fizyczne pokarmu, formuje i promuje bolus pokarmowy
	Twarda - kość pokryta błoną śluzową, miękka - fałd śluzowy leżący za podniebieniem twardym	Pomaga uformować bolus pokarmowy i przenieść go do gardła
	Składają się z zębiny pokrytej szkliwem. Wewnątrz zębiny znajduje się jama wypełniona miazgą - luźną tkanką łączną. Kanały opuszczają jamę, przez którą naczynia krwionośne i włókna nerwowe dostają się do zęba.	Mechaniczne mielenie żywności. Siekacze i kły chwytają i przytrzymują pokarm, zęby trzonowe mielą
	Procesy szczęk pokryte błoną śluzową	Trzymaj zęby i usta

Ryż. 2. Wewnętrzna budowa zęba.

Funkcje

Główne funkcje jamy ustnej w procesie trawienia:

TOP 1 artykułkto czyta razem z tym

• rozpoznawanie smaku;
• mielenie pokarmów stałych;
• podawanie temperatury ciała przychodzącym produktom;
• tworzenie bolusa żywnościowego;
• rozpad cukrów;
• ochrona przed wnikaniem mikroorganizmów chorobotwórczych.

Główną funkcję trawienia w jamie ustnej człowieka pełni ślina. Gruczoły ślinowe, znajdujące się w błonie śluzowej, nawilżają pokarm za pomocą wydzielanej śliny i języka, tworząc grudkę pokarmową.
Istnieją trzy pary dużych gruczołów:

• przyuszny;
• podżuchwowy;
• podjęzykowy.

Ryż. 3. Lokalizacja gruczołów ślinowych.

Ślina to w 99% woda. Pozostały procent to substancje biologicznie czynne, które wykazują różne właściwości.
Ślina zawiera:

• lizozym - enzym antybakteryjny;
• mucyna - lepka białkowa substancja, która wiąże cząsteczki jedzenia w jedną bryłę;
• amylaza i maltaza - enzymy rozkładające skrobię i inne cukry złożone.

Enzymy to związki białkowe, które przyspieszają reakcje chemiczne. Są katalizatorem rozkładu żywności.

Ślina zawiera niewielkie ilości innych enzymów katalitycznych, a także sole organiczne i mikroelementy.

Trawienie

Krótko opisz, jak przebiega trawienie w jamie ustnej, w następujący sposób:

• kawałek jedzenia wchodzi do jamy przez siekacze;
• z powodu mięśni żujących, które trzymają szczękę, rozpoczyna się proces żucia;
• zęby trzonowe mielą pokarm, który jest obficie zwilżony śliną;
• policzki, język i podniebienie twarde zwijają się w grudkę pokarmu;
• Miękkie podniebienie i język wpychają przygotowany pokarm do gardła.

Pokarm dostający się do jamy ustnej podrażnia receptory o różnym przeznaczeniu (temperatura, dotyk, węch), które reagują produkcją śliny, soku żołądkowego, żółci.

Czego się nauczyliśmy?

Jama ustna ma ogromne znaczenie w procesie trawienia. Przez policzki, zęby, język przychodzące jedzenie jest miażdżone i przemieszcza się do gardła. Pokarm zwilżony śliną mięknie i skleja się w jedną bryłkę. Enzymy w ślinie rozpoczynają trawienie poprzez rozkład skrobi i innych cukrów.

Kwiz tematyczny

Zgłoś ocenę

Średnia ocena: cztery . Łączna liczba otrzymanych ocen: 440.

1. Wymień działy układu pokarmowego.

Oddziały układu pokarmowego: jama ustna, gardło, przełyk, żołądek, jelito cienkie i grube, odbyt oraz szereg dużych gruczołów trawiennych: wątroba, trzustka, ślinianki.

2. Jakie substancje zaczynają się rozkładać w jamie ustnej? W jakim środowisku chemicznym działają enzymy gruczołów ślinowych? Nazwij produkt końcowy tego rozszczepienia w jamie ustnej.

Ślina ma odczyn lekko zasadowy (pH = 6,5-7,5) i składa się z 98-99% wody i 1-2% śluzu, substancji organicznych i nieorganicznych oraz enzymów trawiennych. Enzymy śliny: amylaza i maltaza (rozpoczynają rozkład węglowodanów w jamie ustnej) oraz lipaza (rozpoczynają rozkład tłuszczów). Całkowity rozkład substancji w jamie ustnej nie następuje z powodu krótkiego przebywania pokarmu w jamie ustnej. Przy dłuższym przebywaniu pod działaniem enzymów skrobia rozkłada się do maltozy, a maltoza do glukozy.

3. Opowiedz nam o budowie zęba.

Ząb składa się z korzenia ukrytego w komórce kostnej szczęki oraz części widocznej - korony i szyjki. Kanał przechodzi wewnątrz korzenia, rozszerzając się do jamy zęba i wypełniony miazgą zawierającą naczynia krwionośne i nerwy. Ząb zbudowany jest z gęstej substancji kościopodobnej - zębiny, pokrytej cementem w obszarze korzenia oraz bardzo gęstego szkliwa w obszarze korony, które chroni ząb przed ścieraniem i wnikaniem bakterii.

4. W jakim wieku zęby mleczne zmieniają się w stałe?

Erupcja zębów stałych, z wyjątkiem zębów mądrości, rozpoczyna się w wieku 6-7 lat i kończy się w wieku 10-12 lat; wyrzynanie się zębów mądrości może czasem zakończyć się w wieku 20-30 lat, rzadko później.

5. Ile zębów ma człowiek? Dowiedz się, czym jest formuła dentystyczna i jak się ją pisze. Korzystając z rysunku, uzupełnij formułę dentystyczną osoby.

W sumie osoba ma 32 zęby: na każdej szczęce znajdują się 4 siekacze, 2 kły, 4 małe zęby trzonowe (przedtrzonowce) i 6 dużych zębów trzonowych (trzonowce).

Formuła dentystyczna - krótki opis układu zębowego ssaków i innych czworonogów heterodontycznych zapisany w formie specjalnej notacji. Wszystkie zęby są podzielone na 4 sektory (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). Zęby są ponumerowane od 1 do 8. Ponieważ są tylko 32 formacje kostne, każda liczba będzie używana do oznaczenia czterech zębów o tej samej nazwie w górnej i dolnej szczęce. Aby to zrobić, oba uzębienia są warunkowo podzielone na pół wzdłuż linii między środkowymi siekaczami, tak że po każdej stronie tej linii znajdują się: środkowy siekacz - 1; siekacz boczny - 2; kieł - 3; pierwszy przedtrzonowiec - 4; drugi przedtrzonowiec - 5; pierwszy trzonowiec - 6; drugi trzonowiec - 7; trzeci trzonowiec - 8.

6. Wielu z nas zna ból zęba. Co dokładnie boli ząb? Co powoduje próchnicę? Dlaczego on jest niebezpieczny?

Ból zęba pojawia się w wyniku podrażnienia wrażliwych receptorów w miazdze zębowej. Najczęstszą przyczyną bólu zęba jest próchnica. Nieoczyszczone zęby pokryte są resztkami jedzenia, bakteriami, składnikami śliny. Ten śluz nazywa się płytką nazębną. Bakterie, żywiąc się cukrami z resztek jedzenia, wydzielają kwas, który najpierw niszczy szkliwo, a następnie zębinę. W rezultacie w zębie tworzy się ubytek i pojawia się silny ból. Jeżeli proces próchniczy nie zostanie zatrzymany, wówczas uszkodzenie obejmie kanał zęba, a nawet tkankę kostną szczęki, co może prowadzić do konieczności usunięcia zęba próchnicowego. Jeśli próchnica pojawi się na zębach mlecznych, to bakterie mogą dostać się na zalążki zębów stałych, a wtedy one również zostaną zainfekowane.

7. Co to jest ślina? Jaką funkcję pełni?

Ślina to tajemnica gruczołów ślinowych, wydzielana do jamy ustnej i składająca się z wody, śluzu, substancji organicznych i nieorganicznych oraz enzymów trawiennych. Funkcje śliny: ślina zwilża pokarm podczas żucia, przyczyniając się do powstania bolusa pokarmowego do połykania pokarmu; enzymy trawienne rozpoczynają rozkład węglowodanów i tłuszczów; zawarty w ślinie lizozym działa odkażająco, niszcząc błony komórkowe komórek bakteryjnych.

8. Jaką rolę odgrywa język?

Podczas żucia kieruje pokarm do zębów, miesza go i przenosi do gardła w celu połknięcia. Ponadto język jest narządem smaku i bierze udział w tworzeniu dźwięków mowy.

9. Jaki jest mechanizm przemieszczania się bolusa pokarmowego przez przełyk?

Przeżuwana, zwilżona śliną, śliska bryła pokarmu wchodzi do gardła, a następnie do przełyku. Pokarm jest przepychany przez przełyk w wyniku perystaltyki - falowych skurczów jego ścian. W tym przypadku mięśnie znajdujące się w ścianie przełyku są ściskane, wpychając bryłę pokarmu do żołądka. Proces ten trwa 6–8 sekund.

W gardle przecinają się drogi powietrza i pokarmu dostającego się do organizmu. Potencjalnie stwarza to niebezpieczeństwo przedostania się grudek pokarmu do dróg oddechowych – do krtani, nosogardzieli. Tak się jednak nie dzieje, ponieważ podczas połykania chrząstka – nagłośnia zamyka wejście do krtani, a języczek podniebienia miękkiego unosi się i oddziela nosogardziel od części ustnej gardła. Procesy te zachodzą odruchowo. Jeśli mówisz podczas jedzenia, nagłośnia może zająć pozycję pośrednią, co może spowodować, że bolus pokarmowy dostanie się do dróg oddechowych.

11. Dlaczego ważne jest dokładne przeżuwanie pokarmu?

Im dokładniej pokarm jest rozgniatany w ustach, tym lepiej jest przygotowany do przetwarzania przez enzymy, a tym samym aktywniej i szybciej rozkłada się na części składowe. I odwrotnie, im większe kawałki pokarmu dostają się do żołądka, tym więcej czasu potrzeba, aby soki trawienne się wchłonęły i przetworzyły. A nadmierna praca gruczołów układu pokarmowego powoduje naruszenie ich funkcji, co pociąga za sobą różne choroby układu pokarmowego, na przykład zapalenie błony śluzowej żołądka. Również nadmierne przepełnienie żołądka uciska przeponę i zaburza pracę serca.

Duże, nieprzeżute kawałki najpierw wchodzą do przełyku. Mogą go łatwo zranić.

Osoba, która je szybko, syci się wolniej. Wynika to z faktu, że podczas żucia zaczyna wytwarzać się histamina, która docierając do mózgu, daje mu sygnał nasycenia. Dzieje się to jednak dopiero dwadzieścia minut po rozpoczęciu posiłku. Jeśli osoba je powoli, w ciągu tych dwudziestu minut zje mniej jedzenia i odczuje sytość z mniejszej liczby kalorii.

W jelicie wchłaniane są tylko monosacharydy: glukoza, galaktoza, fruktoza. Dlatego oligo- i polisacharydy, które dostają się do organizmu z pożywieniem, muszą zostać zhydrolizowane przez układy enzymatyczne do postaci monosacharydów. na ryc. 5.11 schematycznie pokazuje lokalizację układów enzymatycznych zaangażowanych w trawienie węglowodanów, które rozpoczyna się w jamie ustnej działaniem ustnej -amylazy, a następnie jest kontynuowane w różnych częściach jelita przy pomocy trzustkowej -amylazy, sacharazy-izomaltazy , glikoamylaza, -glikozydaza (laktaza), kompleksy trehalazy.

Ryż. 5.11. Schemat lokalizacji układów enzymatycznych trawienia węglowodanów

5.2.1. Trawienie węglowodanów przez usta i trzustkę -amylaza ( -1,4-glikozydaza). Polisacharydy dietetyczne, a mianowicie skrobia (składa się z liniowego polisacharydu amylozy, w którym reszty glukozylowe są połączone wiązaniami -1,4-glikozydowymi oraz amylopektyny, rozgałęzionego polisacharydu, w którym występują również wiązania -1,6-glikozydowe), zaczynają hydrolizować już w jamie ustnej po zwilżeniu śliną zawierającą enzym hydrolityczny -amylazę (-1,4-glikozydazę) (EC 3.2.1.1), który rozszczepia wiązania 1,4-glikozydowe w skrobi, ale nie działa na wiązaniach 1,6-glikozydowych.

Ponadto czas kontaktu enzymu ze skrobią w jamie ustnej jest krótki, więc skrobia jest częściowo trawiona, tworząc duże fragmenty - dekstryny i część disacharydu maltozy. Disacharydy nie są hydrolizowane przez amylazę ślinową.

W przypadku dostania się do żołądka w kwaśnym środowisku dochodzi do zahamowania amylazy ślinowej, proces trawienia może zachodzić jedynie wewnątrz śpiączki pokarmowej, gdzie aktywność amylazy może utrzymywać się przez pewien czas, aż pH w całym kawałku stanie się kwaśne. W soku żołądkowym nie ma enzymów rozkładających węglowodany, możliwa jest jedynie niewielka kwasowa hydroliza wiązań glikozydowych.

Głównym miejscem hydrolizy oligo- i polisacharydów jest jelito cienkie, w różnych częściach którego wydzielane są określone glikozydazy.

W dwunastnicy zawartość żołądka jest neutralizowana przez wydzielinę trzustkową zawierającą wodorowęglany HCO 3 - i mającą pH 7,5-8,0. W wydzielinie trzustki znajduje się amylaza trzustkowa, która hydrolizuje wiązania -1,4-glikozydowe w skrobi i dekstrynach z utworzeniem disacharydów maltozy (w tym węglowodanie dwie reszty glukozy są połączone wiązaniem -1,4-glikozydowym wiązaniami) i izomaltozy (w tym węglowodanie dwie reszty glukozy zlokalizowane w miejscach rozgałęzień w cząsteczce skrobi i połączone wiązaniami α-1,6-glikozydowymi). Tworzą się również oligosacharydy zawierające 8–10 reszt glukozy połączonych wiązaniami -1,4-glikozydowymi i -1,6-glikozydowymi.

Obie amylazy są endoglikozydazami. Amylaza trzustkowa nie hydrolizuje również wiązań -1,6-glikozydowych w skrobi oraz wiązań -1,4-glikozydowych, za pomocą których łączą się reszty glukozy w cząsteczce celulozy.

Celuloza przechodzi przez jelita w niezmienionej postaci i służy jako substancja balastowa, nadająca pokarmowi objętość i ułatwiająca proces trawienia. W jelicie grubym pod wpływem mikroflory bakteryjnej celuloza może ulec częściowej hydrolizie z wytworzeniem alkoholi, kwasów organicznych i CO 2, które mogą działać pobudzająco na motorykę jelit.

Cukry maltoza, izomaltoza i trioza powstające w jelicie górnym są dalej hydrolizowane w jelicie cienkim przez specyficzne glikozydazy. Dietetyczne disacharydy, sacharoza i laktoza, są również hydrolizowane przez specyficzne disacharydazy w jelicie cienkim.

W świetle jelita aktywność oligo- i disacharydaz jest niska, ale większość enzymów związana jest z powierzchnią komórek nabłonkowych, które w jelicie znajdują się na palcowatych wyrostkach - kosmkach i z kolei pokryte są mikrokosmków, wszystkie te komórki tworzą rąbek szczoteczkowy, który zwiększa powierzchnię kontaktu enzymów hydrolitycznych z ich substratami.

Enzymy rozszczepiające wiązania glikozydowe w disacharydach (disacharydazy) grupują się w kompleksy enzymatyczne zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej enterocytów: sacharaza-izomaltaza, glikoamylaza, -glikozydaza.

5.2.2. Kompleks sacharazy-izomaltazy. Kompleks ten składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych i jest przyłączony do powierzchni enterocytu za pomocą transbłonowej domeny hydrofobowej zlokalizowanej w N-końcowej części polipeptydu. Kompleks sacharoza-izomaltaza (EC 3.2.1.48 i 3.2.1.10) rozszczepia wiązania -1,2- i -1,6-glikozydowe w sacharozie i izomaltozie.

Oba enzymy kompleksu są również zdolne do hydrolizy wiązań α-1,4-glikozydowych w maltozie i maltotriozie (trisacharydzie zawierającym trzy reszty glukozy i powstającym podczas hydrolizy skrobi).

Chociaż kompleks ma dość wysoką aktywność maltazy, hydrolizując 80% maltozy powstającej podczas trawienia oligo- i polisacharydów, to jego główną specyfiką jest nadal hydroliza sacharozy i izomaltozy, przy czym szybkość hydrolizy wiązań glikozydowych jest większa niż szybkość hydrolizy wiązań w maltozie i maltotriozie. Podjednostka sacharozy jest jedynym enzymem jelitowym, który hydrolizuje sacharozę. Kompleks jest zlokalizowany głównie w jelicie czczym, w proksymalnej i dystalnej części jelita zawartość kompleksu sacharoza-izomaltaza jest znikoma.

5.2.3. kompleks glikoamylazy. Ten kompleks (EC 3.2.1.3 i 3.2.1.20) hydrolizuje wiązania -1,4-glikozydowe pomiędzy resztami glukozy w oligosacharydach. Sekwencja aminokwasowa kompleksu glikoamylazy wykazuje 60% homologii z sekwencją kompleksu sacharaza-izomaltaza. Oba kompleksy należą do rodziny 31 hydrolaz glikozylowych. Będąc egzoglikozydazą, enzym działa od strony redukującej, może również rozszczepiać maltozę, pełniąc w tej reakcji rolę maltazy (w tym przypadku kompleks glikoamylazy hydrolizuje pozostałe 20% powstałych podczas trawienia oligo- i polisacharydów maltozy) . Kompleks zawiera dwie podjednostki katalityczne z niewielkimi różnicami w specyficzności substratowej. Kompleks jest najbardziej aktywny w dolnych partiach jelita cienkiego.

5.2.4.  -Kompleks glikozydazy (laktaza). Ten kompleks enzymatyczny hydrolizuje wiązania -1,4-glikozydowe między galaktozą i glukozą w laktozie.

Glikoproteina jest związana z rąbkiem szczoteczkowym i jest nierównomiernie rozmieszczona w jelicie cienkim. Z wiekiem aktywność laktazy maleje: jest maksymalna u niemowląt, u dorosłych jest mniejsza niż 10% poziomu aktywności enzymu izolowanego u dzieci.

5.2.5. Tregalaza. Enzym ten (EC 3.2.1.28) jest kompleksem glikozydazy, który hydrolizuje wiązania między monomerami w trehalozie, disacharydzie występującym w grzybach i składającym się z dwóch reszt glukozylowych połączonych wiązaniem glikozydowym między pierwszymi atomami węgla anomerycznego.

W wyniku działania glikozylohydrolaz monosacharydy powstają z węglowodanów spożywczych w wyniku działania hydrolaz glikozylowych: glukozy, fruktozy, galaktozy w dużej ilości, w mniejszym stopniu - mannozy, ksylozy, arabinozy, które są wchłaniane przez komórki nabłonkowe jelita czczego i jelita krętego i transportowane przez błony tych komórek za pomocą specjalnych mechanizmów.

5.2.6. Transport monosacharydów przez błony komórek nabłonka jelitowego. Przenoszenie monosacharydów do komórek błony śluzowej jelita może odbywać się na drodze ułatwionej dyfuzji i aktywnego transportu. W przypadku transportu aktywnego glukoza jest transportowana przez błonę wraz z jonem Na + przez jedno białko nośnikowe, a substancje te oddziałują z różnymi częściami tego białka (ryc. 5.12). Jon Na + dostaje się do komórki wzdłuż gradientu stężeń, a glukoza  wbrew gradientowi stężeń (wtórny transport aktywny), dlatego im większy gradient, tym więcej glukozy zostanie przeniesione do enterocytów. Wraz ze spadkiem stężenia Na + w płynie zewnątrzkomórkowym zmniejsza się podaż glukozy. Gradient stężenia Na + leżący u podstaw aktywnego symportu jest zapewniany przez działanie Na + , K + -ATPazy, która działa jak pompa wypompowująca Na + z komórki w zamian za jon K +. W ten sam sposób galaktoza dostaje się do enterocytów poprzez mechanizm wtórnego transportu aktywnego.

Ryż. 5.12. Wejście monosacharydów do enterocytów. SGLT1 - zależny od sodu transporter glukozy/galaktozy w błonie komórek nabłonkowych; Na + , K + -ATPaza na błonie podstawno-bocznej tworzy gradient stężeń jonów sodu i potasu niezbędnych do funkcjonowania SGLT1. GLUT5 transportuje głównie fruktozę przez błonę do komórki. GLUT2 na błonie podstawno-bocznej transportuje glukozę, galaktozę i fruktozę z komórki (zgodnie z )

Dzięki transportowi aktywnemu enterocyty mogą wchłaniać glukozę w jej niskim stężeniu w świetle jelita. Przy wysokim stężeniu glukozy dostaje się do komórek na drodze ułatwionej dyfuzji za pomocą specjalnych białek nośnikowych (transporterów). W ten sam sposób fruktoza jest przenoszona do komórek nabłonka.

Monosacharydy dostają się do naczyń krwionośnych z enterocytów głównie na drodze ułatwionej dyfuzji. Połowa glukozy przez naczynia włosowate kosmków przez żyłę wrotną jest transportowana do wątroby, połowa jest dostarczana przez krew do komórek innych tkanek.

5.2.7. Transport glukozy z krwi do komórek. Wejście glukozy z krwi do komórek odbywa się na drodze ułatwionej dyfuzji, tj. Szybkość transportu glukozy zależy od gradientu jej stężeń po obu stronach błony. W komórkach mięśniowych i tkance tłuszczowej ułatwiona dyfuzja jest regulowana przez hormon trzustkowy – insulinę. W przypadku braku insuliny błona komórkowa nie zawiera transporterów glukozy. Transporter glukozy (transporter) z erytrocytów (GLUT1), jak widać na ryc. 5.13 jest białkiem transbłonowym składającym się z 492 reszt aminokwasowych i posiadającym strukturę domenową. Polarne reszty aminokwasowe znajdują się po obu stronach błony, hydrofobowe są zlokalizowane w błonie, przecinając ją kilkakrotnie. Na zewnętrznej stronie błony znajduje się miejsce wiązania glukozy. Kiedy glukoza jest związana, zmienia się konformacja nośnika, a miejsce wiązania monosacharydu staje się otwarte wewnątrz komórki. Glukoza przechodzi do komórki, oddzielając się od białka nośnikowego.

5.2.7.1. Transportery glukozy: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Transportery glukozy znaleziono we wszystkich tkankach, których istnieje kilka odmian, ponumerowanych w kolejności ich odkrycia. Opisano pięć typów GLUT, które mają podobną strukturę podstawową i organizację domeny.

GLUT 1, zlokalizowany w mózgu, łożysku, nerkach, jelicie grubym, erytrocytach, dostarcza glukozę do mózgu.

GLUT 2 transportuje glukozę z narządów wydzielających ją do krwi: enterocytów, wątroby, transportuje ją do komórek β wysp Langerhansa trzustki.

GLUT 3 znajduje się w wielu tkankach, w tym w mózgu, łożysku, nerkach i zapewnia dopływ glukozy do komórek tkanki nerwowej.

GLUT 4 transportuje glukozę do komórek mięśniowych (szkieletowych i sercowych) oraz tkanki tłuszczowej i jest zależny od insuliny.

GLUT 5 znajduje się w komórkach jelita cienkiego i może również tolerować fruktozę.

Wszystkie nośniki mogą znajdować się zarówno w cytoplazmie

Ryż. 5.13. Struktura białka nośnika (transportera) glukozy z erytrocytów (GLUT1) (wg)

pęcherzyki w komórkach i błonie komórkowej. W przypadku braku insuliny GLUT 4 znajduje się tylko wewnątrz komórki. Pod wpływem insuliny pęcherzyki są transportowane do błony plazmatycznej, łączą się z nią i GLUT 4 zostaje wbudowywany w błonę, po czym transporter ułatwia dyfuzję glukozy do wnętrza komórki. Po spadku stężenia insuliny we krwi transportery ponownie wracają do cytoplazmy i transport glukozy do wnętrza komórki ustaje.

Zidentyfikowano różne zaburzenia w pracy transporterów glukozy. W przypadku dziedzicznej wady białek nośnikowych rozwija się cukrzyca insulinoniezależna. Oprócz defektów białkowych istnieją inne zaburzenia spowodowane: 1) defektem przekazywania sygnału insuliny o ruchu transportera do błony, 2) defektem ruchu transportera, 3) defektem włączenie białka do błony, 4) naruszenie sznurowania z błony.

5.2.8. Insulina. Związek ten jest hormonem wydzielanym przez komórki β wysp Langerhansa trzustki. Insulina jest polipeptydem składającym się z dwóch łańcuchów polipeptydowych: jeden zawiera 21 reszt aminokwasowych (łańcuch A), drugi zawiera 30 reszt aminokwasowych (łańcuch B). Łańcuchy są połączone dwoma wiązaniami dwusiarczkowymi: A7-B7, A20-B19. Wewnątrz łańcucha A znajduje się wewnątrzcząsteczkowe wiązanie dwusiarczkowe między szóstą a jedenastą resztą. Hormon ten może występować w dwóch konformacjach: T i R (ryc. 5.14).

Ryż. 5.14. Struktura przestrzenna monomerycznej formy insuliny: a insulina wieprzowa, konformacja T, b ludzka insulina, konformacja R (pokazano łańcuch A czerwony kolor, łańcuch B  żółty) (według )

Hormon może istnieć jako monomer, dimer i heksamer. W postaci heksamerycznej insulina jest stabilizowana przez jon cynku, który koordynuje z łańcuchem B His10 wszystkich sześciu podjednostek (ryc. 5.15).

Insuliny ssaków wykazują dużą homologię w budowie pierwszorzędowej z insuliną ludzką: np. w insulinie świńskiej występuje tylko jedno podstawienie - zamiast treoniny na karboksylowym końcu łańcucha B jest alanina, w insulinie bydlęcej trzy inne aminokwasy pozostałości w porównaniu z insuliną ludzką. Najczęściej substytucje występują w pozycjach 8, 9 i 10 łańcucha A, jednak nie wpływają one znacząco na aktywność biologiczną hormonu.

Podstawienia reszt aminokwasowych w pozycjach wiązań dwusiarczkowych, reszt hydrofobowych w C- i N-końcowych regionach łańcucha A oraz w C-końcowych regionach łańcucha B są bardzo rzadkie, co wskazuje na znaczenie tych regionów w manifestacji biologicznej aktywności insuliny. Reszty Phe24 i Phe25 łańcucha B oraz reszty C- i N-końcowe łańcucha A biorą udział w tworzeniu centrum aktywnego hormonu.

Ryż. 5.15. Struktura przestrzenna heksameru insuliny (R 6) (wg )

5.2.8.1. biosynteza insuliny. Insulina jest syntetyzowana jako prekursor, preproinsulina, zawierająca 110 reszt aminokwasowych, na polirybosomach szorstkiej retikulum endoplazmatycznego. Biosynteza rozpoczyna się od utworzenia peptydu sygnałowego, który wchodzi do światła retikulum endoplazmatycznego i kieruje ruchem rosnącego polipeptydu. Pod koniec syntezy peptyd sygnałowy o długości 24 reszt aminokwasowych jest odcinany od preproinsuliny do proinsuliny, która zawiera 86 reszt aminokwasowych i jest przenoszony do aparatu Golgiego, gdzie zachodzi dalsze dojrzewanie insuliny w zbiornikach. Strukturę przestrzenną proinsuliny przedstawiono na ryc. 5.16.

W procesie długotrwałego dojrzewania, pod działaniem endopeptydaz serynowych PC2 i PC1/3, najpierw następuje rozszczepienie wiązania peptydowego między Arg64 i Lys65, następnie wiązanie peptydowe utworzone przez Arg31 i Arg32 ulega hydrolizie, w wyniku czego powstaje C-peptyd składający się z 31 reszt aminokwasowych ulegających rozszczepieniu. Konwersja proinsuliny do insuliny zawierającej 51 reszt aminokwasowych kończy się hydrolizą reszt argininy na N-końcu łańcucha A i C-końcu łańcucha B pod działaniem karboksypeptydazy E, która wykazuje specyficzność podobną do karboksypeptydaza B, czyli hydrolizuje wiązania peptydowe, grupę iminową, która należy do głównego aminokwasu (ryc. 5.17 i 5.18).

Ryż. 5.16. Proponowana struktura przestrzenna proinsuliny w konformacji sprzyjającej proteolizie. Czerwone kulki oznaczają reszty aminokwasowe (Arg64 i Lys65; Arg31 i Arg32), wiązania peptydowe, pomiędzy którymi ulegają hydrolizie w wyniku obróbki proinsuliny (wg )

Insulina i C-peptyd w równomolowych ilościach dostają się do ziarnistości wydzielniczych, gdzie insulina, oddziałując z jonem cynku, tworzy dimery i heksamery. Ziarnistości wydzielnicze, łącząc się z błoną plazmatyczną, wydzielają insulinę i peptyd C do płynu pozakomórkowego w wyniku egzocytozy. Okres półtrwania insuliny w osoczu krwi wynosi 3–10 minut, a peptydu C około 30 minut. Insulina ulega rozkładowi pod wpływem działania enzymu insulinazy, proces ten zachodzi w wątrobie i nerkach.

5.2.8.2. Regulacja syntezy i wydzielania insuliny. Głównym regulatorem wydzielania insuliny jest glukoza, która reguluje ekspresję genu insuliny oraz genów białek biorących udział w metabolizmie głównych nośników energii. Glukoza może bezpośrednio wiązać się z czynnikami transkrypcyjnymi, co ma bezpośredni wpływ na szybkość ekspresji genów. Możliwy jest wtórny wpływ na wydzielanie insuliny i glukagonu, gdy uwolnienie insuliny z ziarnistości wydzielniczych aktywuje transkrypcję mRNA insuliny. Ale wydzielanie insuliny zależy od stężenia jonów Ca 2+ i zmniejsza się wraz z ich niedoborem nawet przy wysokim stężeniu glukozy, co aktywuje syntezę insuliny. Ponadto jest hamowana przez adrenalinę, gdy wiąże się z receptorami  2. Stymulatorami wydzielania insuliny są hormony wzrostu, kortyzol, estrogeny, hormony przewodu pokarmowego (sekretyna, cholecystokinina, peptyd hamujący żołądek).

Ryż. 5.17. Synteza i przetwarzanie preproinsuliny (wg)

Wydzielanie insuliny przez komórki β wysepek Langerhansa w odpowiedzi na wzrost stężenia glukozy we krwi odbywa się w następujący sposób:

Ryż. 5.18. Przetwarzanie proinsuliny w insulinę przez hydrolizę wiązania peptydowego między Arg64 i Lys65, katalizowane przez endopeptydazę serynową PC2 i rozszczepienie wiązania peptydowego między Arg31 i Arg32 przez endopeptydazę serynową PC1/3, konwersja kończy się rozszczepieniem reszt argininy w N -koniec łańcucha A i C-koniec łańcuchów B pod działaniem karboksypeptydazy E (odcięte reszty argininy zaznaczono kółkami). W wyniku przetwarzania oprócz insuliny powstaje peptyd C (wg)

1) glukoza jest transportowana do komórek  przez białko nośnikowe GLUT 2;

2) w komórce glukoza ulega glikolizie i jest dalej utleniana w cyklu oddechowym z utworzeniem ATP; intensywność syntezy ATP zależy od poziomu glukozy we krwi;

3) pod działaniem ATP kanały jonowe potasu są zamykane, a membrana ulega depolaryzacji;

4) depolaryzacja błony powoduje otwarcie zależnych od napięcia kanałów wapniowych i wejście wapnia do wnętrza komórki;

5) wzrost poziomu wapnia w komórce aktywuje fosfolipazę C, która rozszczepia jeden z fosfolipidów błonowych – 4,5-difosforan fosfatydyloinozytolu – na inozytolo-1,4,5-trifosforan i diacyloglicerol;

6) trifosforan inozytolu, wiążąc się z białkami receptorowymi retikulum endoplazmatycznego, powoduje gwałtowny wzrost stężenia związanego wewnątrzkomórkowego wapnia, co prowadzi do uwolnienia presyntetyzowanej insuliny zmagazynowanej w ziarnistościach wydzielniczych.

5.2.8.3. Mechanizm działania insuliny. Głównym działaniem insuliny na komórki mięśniowe i tłuszczowe jest zwiększenie transportu glukozy przez błonę komórkową. Stymulacja insuliną prowadzi do 20-40-krotnego zwiększenia szybkości napływu glukozy do komórki. Po stymulacji insuliną następuje 5–10-krotny wzrost zawartości białek transportujących glukozę w błonach plazmatycznych przy jednoczesnym spadku ich zawartości w puli wewnątrzkomórkowej o 50–60%. Wymagana ilość energii w postaci ATP jest potrzebna głównie do aktywacji receptora insuliny, a nie do fosforylacji białka transportera. Stymulacja transportu glukozy zwiększa zużycie energii 20–30 razy, podczas gdy do poruszenia transporterów glukozy potrzebna jest tylko niewielka ilość glukozy. Translokację transporterów glukozy do błony komórkowej obserwuje się już po kilku minutach od interakcji insuliny z receptorem i konieczne jest dalsze działanie stymulujące insuliny, aby przyspieszyć lub podtrzymać proces obiegu białek transporterów.

Insulina, podobnie jak inne hormony, działa na komórki poprzez odpowiednie białko receptorowe. Receptor insuliny jest złożonym integralnym białkiem błony komórkowej składającym się z dwóch podjednostek  (130 kDa) i dwóch podjednostek  (95 kDa); te pierwsze znajdują się całkowicie na zewnątrz komórki, na jej powierzchni, te drugie przenikają przez błonę plazmatyczną.

Receptor insuliny jest tetramerem składającym się z dwóch zewnątrzkomórkowych podjednostek α ​​oddziałujących z hormonem i połączonych ze sobą mostkami dwusiarczkowymi między cysteinami 524 i trypletem Cys682, Cys683, Cys685 obu podjednostek α ​​(patrz ryc. 5.19, a) i dwie transbłonowe podjednostki  wykazujące aktywność kinazy tyrozynowej połączone mostkiem dwusiarczkowym między Cys647 () i Cys872. Łańcuch polipeptydowy podjednostki α o masie cząsteczkowej 135 kDa zawiera 719 aminokwasów

Ryż. 5.19. Struktura dimeru receptora insuliny: a modułowa budowa receptora insuliny. Powyżej - podjednostki α połączone mostkami dwusiarczkowymi Cys524, Cys683-685 i składające się z sześciu domen: dwóch zawierających powtórzenia leucynowe L1 i L2, bogatego w cysteinę regionu CR oraz trzech domen fibronektyny typu III Fn o , Fn 1 , ID (wstęp domena). Poniżej - podjednostki  związane z podjednostką  mostkiem dwusiarczkowym Cys647Cys872 i składające się z siedmiu domen: trzy domeny fibronektyny ID, Fn 1 i Fn 2, domena transbłonowa TM sąsiadująca z błoną domeny JM, domena kinazy tyrozynowej TK, C-końcowy ST; b układ przestrzenny receptora, jeden dimer jest pokazany kolorem, drugi biały, A  pętla aktywująca naprzeciwko miejsca wiązania hormonu, X (czerwony)  C-końcowa część podjednostki , X (czarny)  N-końcowa część podjednostki , żółte kulki 1,2,3 - wiązania dwusiarczkowe między resztami cysteiny w pozycjach 524, 683-685, 647-872 (wg )

reszt kwasowych i składa się z sześciu domen: dwóch domen L1 i L2 zawierających powtórzenia leucynowe, regionu CR bogatego w cysteinę, w którym zlokalizowane jest centrum wiązania insuliny oraz trzech domen fibronektyny typu III Fn o , Fn 1 , Ins (domena wstępna) ( patrz ryc. 5.18). Podjednostka  zawiera 620 reszt aminokwasowych, ma masę cząsteczkową 95 kDa i składa się z siedmiu domen: trzech domen fibronektyny ID, Fn 1 i Fn 2, domeny transbłonowej TM, domeny JM sąsiadującej z błoną, domeny TK domena kinazy tyrozynowej i C-końcowa CT. Na receptorze znaleziono dwa miejsca wiązania insuliny: jedno o wysokim powinowactwie, drugie o niskim powinowactwie. Aby doprowadzić sygnał hormonalny do komórki, insulina musi związać się z miejscem o wysokim powinowactwie. Centrum to powstaje, gdy insulina wiąże się z domenami L1, L2 i CR jednej podjednostki  i domenami fibronektyny drugiej, podczas gdy układ podjednostek  jest przeciwny do siebie, jak pokazano na ryc. 5.19, Z.

W przypadku braku interakcji insuliny z ośrodkiem o wysokim powinowactwie receptora, podjednostki  są odsuwane od podjednostek  przez występ (cam), który jest częścią domeny CR, co uniemożliwia kontakt pętli aktywującej (A -pętla) domeny kinazy tyrozynowej jednej podjednostki  z miejscami fosforylacji na innej podjednostce  (ryc. 5.20, b). Gdy insulina wiąże się z centrum wysokiego powinowactwa receptora insuliny, zmienia się konformacja receptora, występ nie zapobiega już zbliżaniu się podjednostek  i , pętle aktywujące domen TK oddziałują z miejscami fosforylacji tyrozyny na przeciwległym TK transfosforylacja podjednostek  zachodzi na siedmiu resztach tyrozyny: Y1158, Y1162, Y1163 pętli aktywującej (jest to domena regulatorowa kinazy), Y1328, Y1334 domeny ST, Y965, Y972 domeny JM (ryc. 5.20 , a), co prowadzi do wzrostu aktywności kinazy tyrozynowej receptora. W pozycji 1030 TK znajduje się reszta lizyny wchodząca w skład katalitycznego centrum aktywnego - centrum wiążącego ATP. Zastąpienie tej lizyny wieloma innymi aminokwasami przez ukierunkowaną mutagenezę znosi aktywność kinazy tyrozynowej receptora insuliny, ale nie upośledza wiązania insuliny. Jednak dodanie insuliny do takiego receptora nie ma wpływu na metabolizm i proliferację komórek. Fosforylacja niektórych reszt serynowo-treoninowych natomiast zmniejsza powinowactwo do insuliny i zmniejsza aktywność kinazy tyrozynowej.

Znanych jest kilka substratów receptora insuliny: IRS-1 (substrat receptora insuliny), IRS-2, białka z rodziny STAT (przetwornik sygnału i aktywator transkrypcji - przetworniki sygnału i aktywatory transkrypcji zostały szczegółowo omówione w części 4 „Biochemiczne podstawy obrony reakcje").

IRS-1 jest białkiem cytoplazmatycznym, które swoją domeną SH2 wiąże się z ufosforylowanymi tyrozynami receptora insuliny TK i jest fosforylowane przez kinazę tyrozynową receptora natychmiast po stymulacji insuliną. Stopień fosforylacji substratu zależy od wzrostu lub spadku odpowiedzi komórkowej na insulinę, amplitudy zmian w komórkach oraz wrażliwości na hormon. Uszkodzenie genu IRS-1 może być przyczyną cukrzycy insulinozależnej. Łańcuch peptydowy IRS-1 zawiera około 1200 reszt aminokwasowych, 20–22 potencjalnych centrów fosforylacji tyrozyny i około 40 centrów fosforylacji seryny i treoniny.

Ryż. 5.20. Uproszczony schemat zmian strukturalnych w wiązaniu insuliny z receptorem insuliny: a zmiana konformacji receptora w wyniku wiązania hormonu w centrum wysokiego powinowactwa prowadzi do przemieszczenia wypukłości, zbieżności podjednostek i transfosforylacji domen TK; b przy braku interakcji insuliny z miejscem wiązania o wysokim powinowactwie na receptorze insuliny, wypukłość (krzywka) zapobiega zbliżaniu się podjednostek  i  oraz transfosforylacji domen TK. Pętla A - pętla aktywująca domenę TK, cyfry 1 i 2 w kółku - wiązania dwusiarczkowe między podjednostkami, TK - domena kinazy tyrozynowej, C - centrum katalityczne TK, zestaw 1 i zestaw 2 - sekwencje aminokwasowe podjednostek  które tworzą miejsce o dużym powinowactwie insuliny do receptora (wg )

Fosforylacja IRS-1 na kilku resztach tyrozynowych daje mu zdolność wiązania się z białkami zawierającymi domeny SH2: fosfataza tyrozynowa syp, podjednostka p85 kinazy PHI-3 (kinaza fosfatydyloinozytolu-3), białko adaptorowe Grb2, białkowa fosfataza tyrozynowa SH- PTP2, fosfolipaza C, GAP (aktywator małych białek wiążących GTP). W wyniku interakcji IRS-1 z podobnymi białkami generowanych jest wiele dalszych sygnałów.

Ryż. 5.21. Translokacja białek transportera glukozy GLUT 4 w komórkach mięśniowych i tłuszczowych z cytoplazmy do błony komórkowej pod wpływem insuliny. Oddziaływanie insuliny z receptorem prowadzi do fosforylacji substratu receptora insuliny (IRS), który wiąże kinazę PI-3 (PI3K), która katalizuje syntezę fosfolipidu 3,4,5-trifosforanu fosfatydyloinozytolu (PtdIns(3, 4,5)P3). Ten ostatni związek, wiążąc domeny plekstryny (PH), mobilizuje kinazy białkowe PDK1, PDK2 i PKV do błony komórkowej. PDK1 fosforyluje RKB w Thr308, aktywując go. Fosforylowany RKV wiąże się z pęcherzykami zawierającymi GLUT4, powodując ich translokację do błony komórkowej, co prowadzi do zwiększonego transportu glukozy do komórek mięśniowych i tłuszczowych (wg )

Pobudzona przez fosforylowany IRS-1 fosfolipaza C hydrolizuje błonę komórkową fosfolipidu 4,5-difosforanu fosfatydyloinozytolu, tworząc dwa wtórne przekaźniki: inozytolo-3,4,5-trifosforan i diacyloglicerol. 3,4,5-trifosforan inozytolu, działając na kanały jonowe siateczki śródplazmatycznej, uwalnia z niej wapń. Diacyloglicerol działa na kalmodulinę i kinazę białkową C, która fosforyluje różne substraty, prowadząc do zmiany aktywności układów komórkowych.

Fosforylowany IRS-1 aktywuje również kinazę PHI-3, która katalizuje fosforylację 4-fosforanu fosfatydyloinozytolu i 4,5-difosforanu fosfatydyloinozytolu w pozycji 3 do postaci 3-fosforanu fosfatydyloinozytolu, 3,4-difosforanu fosfatydyloinozytolu, i odpowiednio fosfatydyloinozytol.-3,4,5-trifosforan.

Kinaza PHI-3 jest heterodimerem zawierającym podjednostki regulatorowe (p85) i katalityczne (p110). Podjednostka regulatorowa ma dwie domeny SH2 i domenę SH3, więc kinaza PI-3 przyłącza się do IRS-1 z dużym powinowactwem. Powstające w błonie pochodne fosfatydyloinozytolu, fosforylowane w pozycji 3, wiążą białka zawierające tzw. domenę plekstryny (PH) (domena wykazuje duże powinowactwo do 3-fosforanów fosfatydyloinozytolu): kinaza B (PKV).

Kinaza białkowa B (PKB) składa się z trzech domen: N-końcowej pleksiryny, centralnej katalitycznej i C-końcowej regulatorowej. Domena plektryny jest wymagana do aktywacji RKV. Wiążąc się za pomocą domeny plekstryny w pobliżu błony komórkowej, PKV zbliża się do kinazy białkowej PDK1, która poprzez

jego domena plekstrynowa jest również zlokalizowana w pobliżu błony komórkowej. PDK1 fosforyluje Thr308 domeny kinazy PKV, powodując aktywację PKV. Aktywowana PKV fosforyluje kinazę syntazy glikogenu 3 (w pozycji Ser9), powodując inaktywację enzymu i tym samym proces syntezy glikogenu. Phi-3-fosforan-5-kinaza ulega również fosforylacji, która działa na pęcherzyki, w których białka nośnikowe GLUT 4 są magazynowane w cytoplazmie adipocytów, powodując przemieszczanie transporterów glukozy do błony komórkowej, wbudowywanie do niej i transbłonowy transport glukozy do komórek mięśniowych i tłuszczowych (ryc. 5.21).

Insulina nie tylko wpływa na wejście glukozy do komórki za pomocą białek nośnikowych GLUT 4. Bierze udział w regulacji metabolizmu glukozy, tłuszczów, aminokwasów, jonów, w syntezie białek oraz wpływa na procesy replikacja i transkrypcja.

Wpływ na metabolizm glukozy w komórce odbywa się poprzez stymulację procesu glikolizy poprzez zwiększenie aktywności enzymów biorących udział w tym procesie: glukokinazy, fosfofruktokinazy, kinazy pirogronianowej, heksokinazy. Insulina poprzez kaskadę cyklazy adenylanowej aktywuje fosfatazę, która defosforyluje syntazę glikogenu, co prowadzi do aktywacji syntezy glikogenu (ryc. 5.22) i zahamowania procesu jego rozpadu. Hamując aktywność karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, insulina hamuje proces glukoneogenezy.

Ryż. 5.22. Schemat syntezy glikogenu

W wątrobie i tkance tłuszczowej pod wpływem insuliny synteza tłuszczów jest stymulowana przez aktywację enzymów: karboksylazy acetylo-CoA, lipazy lipoproteinowej. W tym przypadku rozkład tłuszczów zostaje zahamowany, ponieważ fosfataza aktywowana insuliną, defosforylująca wrażliwą na hormony lipazę triacyloglicerolową, hamuje ten enzym i obniża się stężenie kwasów tłuszczowych krążących we krwi.

W wątrobie, tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych i sercu insulina wpływa na szybkość transkrypcji ponad stu genów.

5.2.9. glukagon. W odpowiedzi na spadek stężenia glukozy we krwi komórki  wysp Langerhansa trzustki wytwarzają „hormon głodu” - glukagon, który jest polipeptydem o masie cząsteczkowej 3485 Da, składającym się z 29 aminokwasów pozostałości.

Działanie glukagonu jest przeciwne do działania insuliny. Insulina sprzyja magazynowaniu energii poprzez stymulację glikogenezy, lipogenezy i syntezy białek, a glukagon poprzez stymulację glikogenolizy i lipolizy powoduje szybką mobilizację potencjalnych źródeł energii.

Ryż. 5.23. Struktura ludzkiego proglukagonu i tkankowo specyficzna obróbka proglukagonu do peptydów pochodzących z proglukagonu: glukagon i MPGF (główny fragment proglukagonu) powstają z proglukagonu w trzustce; w komórkach neuroendokrynnych jelita i niektórych częściach ośrodkowego układu nerwowego, gliceryna, oksyntomodulina, GLP-1 (peptyd pochodzący z proglukagonu), GLP-2, dwa peptydy pośrednie (peptyd interwencyjny - IP), GRPP - glicentynozależny polipeptyd trzustkowy (polipeptyd z trzustki - pochodna glicyny) (wg )

Hormon jest syntetyzowany przez komórki  wysp Langerhansa trzustki, a także w komórkach neuroendokrynnych jelita i ośrodkowego układu nerwowego w postaci nieaktywnego prekursora  proglukagonu (masa cząsteczkowa 9000 Da), zawierającego 180 reszt aminokwasowych i przetwarzane z użyciem konwertazy 2 i tworzące kilka peptydów o różnej długości, w tym glukagon i dwa peptydy glukagonopodobne (peptyd glukagonopodobny  GLP-1, GLP-2, glicyna) (ryc. 5.23). 14 z 27 reszt aminokwasowych glukagonu jest identycznych z resztami w cząsteczce innego hormonu przewodu pokarmowego, sekretyny.

Aby związać glukagon z receptorami odpowiadających komórek, wymagana jest integralność jego sekwencji 1-27 od N-końca. Ważną rolę w manifestacji działania hormonu odgrywa reszta histydyny zlokalizowana na N-końcu, aw wiązaniu z receptorami fragment 20-27.

W osoczu krwi glukagon nie wiąże się z żadnym białkiem transportowym, jego okres półtrwania wynosi 5 minut, w wątrobie jest niszczony przez proteinazy, natomiast rozpad rozpoczyna się od rozerwania wiązania między Ser2 i Gln3 i usunięcia dipeptydu od N-końca.

Wydzielanie glukagonu jest hamowane przez glukozę, ale stymulowane przez pokarmy białkowe. GLP-1 hamuje wydzielanie glukagonu i stymuluje wydzielanie insuliny.

Glukagon działa tylko na hepatocyty i komórki tłuszczowe, które mają dla niego receptory w błonie komórkowej. W hepatocytach, poprzez wiązanie się z receptorami na błonie komórkowej, glukagon aktywuje cyklazę adenylanową, która katalizuje tworzenie cAMP, za pośrednictwem białka G, co z kolei prowadzi do aktywacji fosforylazy, która przyspiesza rozkład glikogenu oraz hamowanie syntazy glikogenu i hamowanie tworzenia glikogenu. Glukagon stymuluje glukoneogenezę poprzez indukcję syntezy enzymów biorących udział w tym procesie: glukozo-6-fosfatazy, karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, fruktozo-1,6-difosfatazy. Efektem netto glukagonu w wątrobie jest zwiększenie produkcji glukozy.

W komórkach tłuszczowych hormon również za pomocą kaskady cyklazy adenylanowej aktywuje wrażliwą na hormony lipazę triacyloglicerolową, stymulując lipolizę. Glukagon zwiększa wydzielanie katecholamin przez rdzeń nadnerczy. Uczestnicząc w realizacji reakcji typu „walcz lub uciekaj”, glukagon zwiększa dostępność substratów energetycznych (glukozy, wolnych kwasów tłuszczowych) dla mięśni szkieletowych oraz zwiększa ukrwienie mięśni szkieletowych poprzez zwiększenie pracy serca.

Glukagon nie ma wpływu na glikogen mięśni szkieletowych ze względu na prawie całkowity brak w nich receptorów glukagonu. Hormon ten powoduje wzrost wydzielania insuliny z komórek β trzustki i hamuje aktywność insulinazy.

5.2.10. Regulacja metabolizmu glikogenu. Gromadzenie glukozy w organizmie w postaci glikogenu i jego rozpad są zgodne z potrzebami energetycznymi organizmu. Kierunek procesów metabolizmu glikogenu jest regulowany przez mechanizmy zależne od działania hormonów: w wątrobie insuliny, glukagonu i adrenaliny, w mięśniach insuliny i adrenaliny. Przełączenie procesów syntezy lub rozpadu glikogenu następuje podczas przejścia z okresu absorpcyjnego do okresu poabsorpcyjnego lub gdy stan spoczynku przechodzi w pracę fizyczną.

5.2.10.1. Regulacja aktywności fosforylazy glikogenu i syntazy glikogenu. Kiedy zmienia się stężenie glukozy we krwi, następuje synteza i wydzielanie insuliny i glukagonu. Hormony te regulują procesy syntezy i rozpadu glikogenu poprzez wpływ na aktywność kluczowych enzymów tych procesów: syntazy glikogenu i fosforylazy glikogenu poprzez ich fosforylację-defosforylację.

Ryż. 5.24 Aktywacja fosforylazy glikogenowej poprzez fosforylację reszty Ser14 przez kinazę fosforylazy glikogenowej i inaktywację przez fosfatazę katalizującą defosforylację reszty serynowej (wg )

Oba enzymy występują w dwóch postaciach: ufosforylowanej (aktywna fosforylaza glikogenu a i nieaktywna syntaza glikogenu) i defosforylowane (nieaktywna fosforylaza b i aktywna syntaza glikogenu) (ryc. 5.24 i 5.25). Fosforylacja jest przeprowadzana przez kinazę katalizującą przeniesienie reszty fosforanowej z ATP do reszty seryny, a defosforylacja jest katalizowana przez fosfatazę fosfoproteinową. Aktywność kinazy i fosfatazy jest również regulowana przez fosforylację-defosforylację (patrz ryc. 5.25).

Ryż. 5.25. Regulacja aktywności syntazy glikogenu. Enzym jest aktywowany przez działanie fosfatazy fosfoproteinowej (PP1), która defosforyluje trzy reszty fosfoserynowe w pobliżu C-końca syntazy glikogenu. Kinaza syntazy glikogenu 3 (GSK3), która katalizuje fosforylację trzech reszt seryny w syntazie glikogenu, hamuje syntezę glikogenu i jest aktywowana przez fosforylację kinazy kazeinowej (CKII). Insulina, glukoza i glukozo-6-fosforan aktywują fosfatazę fosfoproteinową, podczas gdy glukagon i epinefryna (epinefryna) ją hamują. Insulina hamuje działanie kinazy syntazy glikogenu 3 (wg)

Zależna od cAMP kinaza białkowa A (PKA) fosforyluje kinazę fosforylazy, przekształcając ją w stan aktywny, który z kolei fosforyluje fosforylazę glikogenu. Synteza cAMP jest stymulowana przez adrenalinę i glukagon.

Insulina poprzez kaskadę z udziałem białka Ras (szlak sygnałowy Ras) aktywuje kinazę białkową pp90S6, która fosforyluje i tym samym aktywuje fosfatazę fosfoproteinową. Aktywna fosfataza defosforyluje i inaktywuje kinazę fosforylazy i fosforylazę glikogenu.

Fosforylacja przez PKA syntazy glikogenu prowadzi do jej inaktywacji, a defosforylacja przez fosfatazę fosfoproteinową aktywuje enzym.

5.2.10.2. Regulacja metabolizmu glikogenu w wątrobie. Zmiana stężenia glukozy we krwi powoduje również zmianę względnych stężeń hormonów: insuliny i glukagonu. Stosunek stężenia insuliny do stężenia glukagonu we krwi nazywany jest „wskaźnikiem insulinowo-glukagonowym”. W okresie poabsorpcyjnym wskaźnik ten spada, a na regulację stężenia glukozy we krwi wpływa stężenie glukagonu.

Glukagon, jak wspomniano powyżej, aktywuje uwalnianie glukozy do krwi w wyniku rozpadu glikogenu (aktywacja fosforylazy glikogenu i hamowanie syntazy glikogenu) lub poprzez syntezę z innych substancji - glukoneogenezę. Z glikogenu powstaje glukozo-1-fosforan, który izomeryzuje do glukozo-6-fosforanu, który jest hydrolizowany przez działanie glukozo-6-fosfatazy, tworząc wolną glukozę, która może opuścić komórkę do krwi (ryc. 5.26).

Działanie adrenaliny na hepatocyty jest podobne do działania glukagonu w przypadku wykorzystania receptorów  2 i wynika z fosforylacji i aktywacji fosforylazy glikogenu. W przypadku interakcji adrenaliny z receptorami  1 błony plazmatycznej transbłonowa transmisja sygnału hormonalnego odbywa się z wykorzystaniem mechanizmu fosforanu inozytolu. W obu przypadkach aktywowany jest proces rozkładu glikogenu. Zastosowanie jednego lub drugiego rodzaju receptora zależy od stężenia adrenaliny we krwi.

Ryż. 5.26. Schemat fosforolizy glikogenu

Podczas trawienia wzrasta indeks insulinowo-glukagonowy i przeważa wpływ insuliny. Insulina zmniejsza stężenie glukozy we krwi, aktywuje, poprzez fosforylację poprzez szlak Ras, fosfodiesterazę cAMP, która hydrolizuje ten wtórny przekaźnik z wytworzeniem AMP. Insulina aktywuje również poprzez szlak Ras fosfatazę fosfoproteinową granulek glikogenu, która defosforyluje i aktywuje syntazę glikogenu oraz inaktywuje kinazę fosforylazy i samą fosforylazę glikogenu. Insulina indukuje syntezę glukokinazy, która przyspiesza fosforylację glukozy w komórce i jej wbudowywanie do glikogenu. Tym samym insulina aktywuje proces syntezy glikogenu i hamuje jego rozpad.

5.2.10.3. Regulacja metabolizmu glikogenu w mięśniach. W przypadku intensywnej pracy mięśni rozpad glikogenu jest przyspieszany przez adrenalinę, która wiąże się z receptorami  2 i poprzez układ cyklazy adenylanowej prowadzi do fosforylacji i aktywacji kinazy fosforylazy i fosforylazy glikogenu oraz hamowania syntazy glikogenu (ryc. 5.27 i 5.28). W wyniku dalszej przemiany powstałego z glikogenu glukozo-6-fosforanu dochodzi do syntezy ATP, który jest niezbędny do realizacji intensywnej pracy mięśni.

Ryż. 5.27. Regulacja aktywności fosforylazy glikogenowej w mięśniach (wg)

W spoczynku fosforylaza glikogenu mięśniowego jest nieaktywna, ponieważ jest w stanie defosforylowanym, ale rozpad glikogenu następuje w wyniku allosterycznej aktywacji fosforylazy glikogenu b za pomocą AMP i ortofosforanów powstających podczas hydrolizy ATP.

Ryż. 5.28. Regulacja aktywności syntazy glikogenu w mięśniach (wg)

Przy umiarkowanych skurczach mięśni kinaza fosforylazy może być aktywowana allosterycznie (przez jony Ca 2+). Stężenie Ca 2+ wzrasta wraz ze skurczem mięśnia w odpowiedzi na sygnał nerwu ruchowego. Gdy sygnał jest osłabiony, spadek stężenia Ca 2+ jednocześnie „wyłącza” aktywność kinazy, a więc

Jony Ca 2+ biorą udział nie tylko w skurczu mięśni, ale także w dostarczaniu energii do tych skurczów.

Jony Ca 2+ wiążą się z białkiem kalmoduliny, w tym przypadku działając jako jedna z podjednostek kinazy. Kinaza fosforylazy mięśniowej ma strukturę  4  4  4  4. Tylko podjednostka  ma właściwości katalityczne, podjednostki  i , jako regulatorowe, są fosforylowane na resztach seryny przy użyciu PKA, podjednostka  jest identyczna z białkiem kalmoduliny (szczegółowo omówione w rozdziale 2.3.2, część 2 " Biochemistry of Movement”), wiąże cztery jony Ca 2+, co prowadzi do zmian konformacyjnych, aktywacji katalitycznej podjednostki , chociaż kinaza pozostaje w stanie defosforylowanym.

Podczas trawienia w spoczynku dochodzi również do syntezy glikogenu mięśniowego. Glukoza dostaje się do komórek mięśniowych za pośrednictwem białek nośnikowych GLUT 4 (ich mobilizacja do błony komórkowej pod wpływem insuliny została szczegółowo omówiona w rozdziale 5.2.4.3 oraz na ryc. 5.21). Wpływ insuliny na syntezę glikogenu w mięśniach odbywa się również poprzez defosforylację syntazy glikogenu i fosforylazy glikogenu.

5.2.11. Nieenzymatyczna glikozylacja białek. Jednym z rodzajów potranslacyjnych modyfikacji białek jest glikozylacja reszt seryny, treoniny, asparaginy i hydroksylizyny za pomocą glikozylotransferaz. Ponieważ podczas trawienia we krwi powstaje wysokie stężenie węglowodanów (cukrów redukujących), możliwa jest nieenzymatyczna glikozylacja białek, lipidów i kwasów nukleinowych, zwana glikacją. Produkty powstałe w wyniku wieloetapowej interakcji cukrów z białkami nazywane są zaawansowanymi produktami końcowymi glikacji (AGE) i występują w wielu ludzkich białkach. Okres półtrwania tych produktów jest dłuższy niż białek (od kilku miesięcy do kilku lat), a tempo ich powstawania zależy od poziomu i czasu ekspozycji na cukier redukujący. Przyjmuje się, że z ich powstawaniem wiąże się wiele powikłań wynikających z cukrzycy, choroby Alzheimera czy zaćmy.

Proces glikacji można podzielić na dwie fazy: wczesną i późną. W pierwszym etapie glikacji następuje atak nukleofilowy grupy karbonylowej glukozy przez grupę -aminową lizyny lub grupę guanidyniową argininy, w wyniku czego powstaje nietrwała zasada Schiffa - N-glikozylimina (ryc. 5.29) Tworzenie zasady Schiffa jest procesem stosunkowo szybkim i odwracalnym.

Następnie następuje przegrupowanie N-glikozyliminy z utworzeniem produktu Amadori - 1-amino-1-dezoksyfruktozy. Szybkość tego procesu jest mniejsza niż szybkość tworzenia glikozyloiminy, ale znacznie wyższa niż szybkość hydrolizy zasady Schiffa,

Ryż. 5.29. Schemat glikacji białek. Otwarta forma węglowodanów (glukoza) reaguje z grupą aminową  lizyny, tworząc zasadę Schiffa, która ulega przegrupowaniu Amadori do ketoaminy poprzez pośrednie tworzenie enolaminy. Przegrupowanie Amadori jest przyspieszone, jeśli reszty asparaginianu i argininy znajdują się w pobliżu reszty lizyny. Ketoamina może ponadto dawać różnorodne produkty (produkty końcowe glikacji - AGE). Diagram przedstawia reakcję z drugą cząsteczką węglowodanu z wytworzeniem diketoaminy (wg )

dlatego we krwi gromadzą się białka zawierające reszty 1-amino-1-dezoksyfruktozy Modyfikacje reszt lizyny w białkach na wczesnym etapie glikacji najwyraźniej ułatwiają obecność reszt histydyny, lizyny lub argininy w bezpośrednim sąsiedztwie reagujące grupy aminowe, które przeprowadzają kwas – główną katalizę procesu, a także reszty asparaginianowe, wyciągając proton z drugiego atomu węgla cukru. Ketoamina może wiązać inną resztę węglowodanową w grupie iminowej, tworząc podwójnie glikowaną lizynę, która zamienia się w diketoaminę (patrz ryc. 5.29).

Późny etap glikacji, w tym dalsze przemiany N‑glikozylimina i produkt Amadori, wolniejszy proces prowadzący do powstania stabilnych produktów końcowych glikacji (AGE). Ostatnio pojawiły się dane o bezpośrednim udziale w powstawaniu AGE związków α-dikarbonylowych (glioksal, metyloglioksal, 3‑deoksyglukozon), które powstają w żywy zarówno podczas degradacji glukozy, jak iw wyniku przekształceń zasady Schiffa podczas modyfikacji lizyny w składzie białek glukozą (ryc. 5.30). Specyficzne reduktazy i związki sulfhydrylowe (kwas liponowy, glutation) są zdolne do przekształcania reaktywnych związków dikarbonylowych w nieaktywne metabolity, co przekłada się na zmniejszenie powstawania końcowych produktów glikacji.

Reakcje związków α-dikarbonylowych z grupami ε-aminowymi reszt lizyny lub grupami guanidyniowymi reszt argininy w białkach prowadzą do powstawania wiązań poprzecznych białek, które są odpowiedzialne za powikłania glikacji białek w cukrzycy i innych chorobach. Ponadto w wyniku sekwencyjnej dehydratacji produktu Amadori na C4 i C5 powstają 1-amino-4-deoksy-2,3-dion i -enedion, które mogą również uczestniczyć w tworzeniu wewnątrzcząsteczkowych i międzycząsteczkowych wiązań poprzecznych białek .

Wśród scharakteryzowanych AGE N ε -karboksymetylolizyna (CML) i N ε -karboksyetylolizyna (CEL), addukty bis(lizylo)imidazolu (GOLD - glioksal-lizylo-lizylo-dimer, MOLD - metyloglioksal-lizylo-lizylo-dimer, DOLD - deoksyglukozon-lizylo-lizylo-dimer), imidazolony (G-H, MG- H i 3DG-H), piralina, argpirymidyna, pentozydyna, crosslin i wesperlizyna. 5.31 pokazuje niektóre

Ryż. 5.30. Schemat glikacji białek w obecności D‑glukozy. W ramce przedstawiono główne prekursory produktów AGE powstałe w wyniku glikacji (wg )

końcowe produkty glikacji Na przykład pentozydyna i karboksymetylolizyna (CML), końcowe produkty glikacji powstające w warunkach utleniających, znajdują się w długożyciowych białkach: kolagenie skóry i krystalinie soczewki. Karboksymetylolizyna wprowadza do białka ujemnie naładowaną grupę karboksylową zamiast dodatnio naładowanej grupy aminowej, co może prowadzić do zmiany ładunku na powierzchni białka, do zmiany struktury przestrzennej białka. CML jest antygenem rozpoznawanym przez przeciwciała. Ilość tego produktu wzrasta liniowo wraz z wiekiem. Pentozydyna jest usieciowaniem (produktem sieciującym) pomiędzy produktem Amadori a resztą argininy w dowolnej pozycji białka, powstaje z askorbinianu, glukozy, fruktozy, rybozy, występujących w tkankach mózgowych pacjentów z chorobą Alzheimera, w skórze i osoczu krwi pacjentów z cukrzycą.

Produkty końcowe glikacji mogą promować utlenianie wolnych rodników, zmianę ładunku na powierzchni białka, nieodwracalne sieciowanie między różnymi częściami białka, które

zaburza ich strukturę przestrzenną i funkcjonowanie, czyni je odpornymi na enzymatyczną proteolizę. Z kolei utlenianie wolnorodnikowe może powodować nieenzymatyczną proteolizę lub fragmentację białek, peroksydację lipidów.

Powstawanie końcowych produktów glikacji na białkach błony podstawnej (kolagen typu IV, laminina, proteoglikan siarczanu heparanu) prowadzi do jej pogrubienia, zwężenia światła naczyń włosowatych i zaburzenia ich funkcji. Te naruszenia macierzy pozakomórkowej zmieniają strukturę i funkcję naczyń krwionośnych (zmniejszenie elastyczności ściany naczynia, zmiana w odpowiedzi na rozszerzające naczynia działanie tlenku azotu), przyczyniają się do szybszego rozwoju procesu miażdżycowego.

Produkty końcowe glikacji (AGE) wpływają również na ekspresję kilku genów poprzez wiązanie się ze specyficznymi receptorami AGE zlokalizowanymi na fibroblastach, limfocytach T, w nerkach (komórki mezangialne), w ścianie naczyń (komórki śródbłonka i mięśni gładkich), w mózgu , a także w wątrobie i śledzionie, gdzie jest ich najwięcej, czyli w tkankach bogatych w makrofagi, które pośredniczą w transdukcji tego sygnału poprzez zwiększenie powstawania wolnych rodników tlenowych. Te ostatnie z kolei aktywują transkrypcję jądrowego czynnika NF-kB, który reguluje ekspresję wielu genów odpowiadających na różne uszkodzenia.

Jednym ze skutecznych sposobów zapobiegania niepożądanym skutkom nieenzymatycznej glikozylacji białek jest zmniejszenie kaloryczności pożywienia, co przejawia się spadkiem stężenia glukozy we krwi oraz spadkiem nieenzymatycznego przyłączania białek glukozy do długożyciowych białek, takich jak hemoglobina. Spadek stężenia glukozy prowadzi do zmniejszenia zarówno glikozylacji białek, jak i peroksydacji lipidów. Negatywny efekt glikozylacji wynika zarówno z naruszenia struktury i funkcji, gdy glukoza jest przyłączana do białek długożyciowych, jak i wynikającego z tego uszkodzenia oksydacyjnego białek spowodowanego przez wolne rodniki powstające podczas utleniania cukrów w obecności jonów metali przejściowych . Nukleotydy i DNA ulegają również nieenzymatycznej glikozylacji, co prowadzi do mutacji w wyniku bezpośredniego uszkodzenia DNA i inaktywacji systemów naprawczych, powodując zwiększoną kruchość chromosomów. Obecnie badane są podejścia mające na celu zapobieganie wpływowi glikacji na długożyciowe białka za pomocą interwencji farmakologicznych i genetycznych.