Každý vie, že pre najdôležitejší proces trávenia, ktorý je jedným zo systémov podpory života ľudského tela. Za tento proces sú zodpovedné proteínové molekuly alebo molekuly RNA, zjednodušene povedané, enzýmy.

Hlavným účelom týchto molekúl je urýchliť chemické reakcie v ľudskom tele, čím sa zabezpečí trávenie. Ak nejdete do biológie, enzýmy, jednoducho povedané, spracovávajte látky, rozdeľte ich na užitočné a potrebné pre telo a tie, ktorých sa treba urgentne zbaviť.

Lipázy sa nachádzajú v ústach; žalúdok; a pankreasu. Keďže lingválna lipáza bola inaktivovaná žalúdočnou kyselinou, predpokladá sa, že bola zavedená hlavne pre ústnu hygienu a pre jej antibakteriálny účinok v ústach, môže však naďalej pôsobiť na potravu uloženú vo funde žalúdka a táto lipáza môže byť trávené.do 30% tuku. Žalúdočná lipáza má pre človeka malý význam.

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené enzýmy na trávenie tukov. Žlčové soli sú vylučované pečeňou a majú hydrofóbnu a hydrofilnú stránku. Naviažu sa na tukové guľôčky, emulgujú ich a spôsobia, že vytvoria micely. Anatómia micely je znázornená na nasledujúcom obrázku spolu s biochemickou štruktúrou žlčovej soli.

Vo všeobecnosti ľudský tráviaci systém začína v ústach a končí v konečníku. Z nejakého dôvodu sa všeobecne uznáva, že všetky tráviace procesy prebiehajú iba v žalúdku a črevách. V skutočnosti to tak ani zďaleka nie je. Najdôležitejší proces trávenia začína v ústach a hrdle človeka a napodiv sú tu aj enzýmy.

Micely sú malé a keďže majú na vonkajšej strane hydrofilnú stranu, účinne umožňujú tukom pôsobiť ako častice rozpustné vo vode. To im umožňuje preniknúť do neidentifikovanej vrstvy susediacej s epitelom tenkého čreva a absorbovať sa. V neprítomnosti žlčových solí prejde touto vrstvou veľmi málo mastných kyselín a väčšina tuku prejde cez črevnú obštrukciu a nevstrebe sa, čo spôsobí steatoreu.

Micely umožňujú mastným kyselinám a cholesterolu prejsť cez nestabilnú vrstvu a dostať sa do kontaktu s okrajom kefky, kde ľahko prechádzajú cez bunkovú membránu rozpustnú v tukoch. Niekoľko menších voľných mastných kyselín preteká cez bunku a vystupuje na bazálno-laterálnej hranici a prechádza do kapilár. Väčšina mastných kyselín však vstupuje do hladkého endoplazmatického retikula, kde sa sérum prebaľuje na cholemikóny. Sú vynášané z bunky exocytózou.

Trávenie v hrdle a ústach

Skutočnosť, že proces spracovania potravy začína v ústnej dutine a hltane, je už dávno dokázaná experimentálne. Po prvé, ľudské sliny začnú pôsobiť na jedlo v procese žuvania.

V ústnej dutine a hltane je veľa malých slinných žliaz a tri páry veľkých - ich kanáliky ústia priamo do ústnej dutiny. Všetky začnú aktívne produkovať slinnú tekutinu hneď, ako sa jedlo dostane do úst.

Cholemikróny nevstupujú do kapilár, ale prechádzajú do lymfatického systému, kde sú prenášané do hrudného kanálika. Hrudný kanál ústi do hornej dutej žily. Nukleové bázy sú prijímané aktívnym transportom, pentózy sú prijímané inými cukrami.

Faktory, ktoré spôsobujú malabsorpciu tukov, môžu tiež ovplyvniť vstrebávanie týchto vitamínov. Vitamín B12 sa absorbuje v iliu a na absorpciu sa musí viazať na vnútorný faktor, proteín vylučovaný v žalúdku. 30 až 80 % vápnika prijatého v tele sa absorbuje. Rýchlosť absorpcie závisí od ľudského tela. Takmer všetka absorpcia železa prebieha v žľazovej forme v dvanástniku. Železitá forma sa konvertuje na ferozliatiny pomocou feritickej reduktázy.

Pre zaujímavosť si môžete nájsť umiestnenie slinných žliaz a pomocou zrkadla sledovať proces trávenia v ústach a hrdle. Toto sa vykonáva takto:

• Najprv nájdime príušné slinné žľazy. Stlačte líca tesne pod a pred ušami na oboch stranách. Akonáhle pocítite aktívnu sekréciu slín, potom ste objavili žľazy. V tomto momente možno v zrkadle pozorovať aj aktívnu tvorbu slín v ústnej dutine.
• Podčeľustné slinné žľazy nájdete stlačením dvoch bodov vo vzdialenosti 2-3 cm od okraja čeľuste. Ak to urobíte správne, okamžite pocítite, ako sa vám ústa plnia slinami.
• Sublingválna žľaza. Nachádza sa dosť ďaleko a je veľmi ťažké ho cítiť. Ak však prudko zdvihnete jazyk k nebu, určite uvidíte malú fontánu - to je podjazyková žľaza v akcii.

V bazolaterálnej časti enterocytu sú ióny železa transportované do medzihviezdnej tekutiny transportérom nazývaným feroportín. V plazme sa forma železa vracia späť na železitú formu a viaže sa na nosič proteínu prenášajúceho železo. Tenké črevo predstavuje 9 litrov, 2 vonkajšie a 7 vnútorných, tekutiny za deň na reabsorpciu. V zdraví sa všetko okrem 200 ccm reabsorbuje.

Spojenia medzi epitelovými bunkami v hrubom čreve sú oveľa hustejšie ako v tenkom čreve, čo zabraňuje úniku sodíka do lúmenu. Väčšina tekutín a elektrolytov sa absorbuje vo vzostupnom hrubom čreve. Hoci bielkoviny a cukry sú vo všeobecnosti všetky absorbované, keď tekutina dosiahne hrubé črevo, hrubé črevo je schopné absorbovať tieto substráty. Niektoré nestráviteľné látky, ako napríklad fazuľa, môžu stráviť baktérie hrubého čreva a tieto baktérie dokonca dokážu stráviť malé množstvo celulózy.

Vo všeobecnosti možno začiatok tráviaceho procesu v ústach a hrdle pociťovať ešte predtým, ako začnete jesť. Pamätajte, ako sa ústa rýchlo naplnia slinami z lahodnej vône alebo zrelý citrón nakrájaný na plátky spôsobuje jeho aktívnu tvorbu.

Tieto procesy naznačujú, že enzýmy v ústach a hrdle sú už pripravené na spustenie procesu trávenia a ostáva už len vložiť kúsok jedla do úst a začať ho aktívne žuť. Mimochodom, akonáhle začnete žuť, začnú pôsobiť aj žalúdočné enzýmy.

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako sa jedlo trávi v našom tele potom, čo ho skonzumujeme? Vnútorná štruktúra nášho tela je mimoriadne účinná pri vykonávaní mnohých funkcií, medzi ktorými je trávenie najdôležitejšie zo všetkých procesov, ktoré prebiehajú.

Metabolizmus nášho tela je riadený skupinou tráviacich enzýmov, ktoré sú vylučované rôznymi orgánmi tráviaceho systému. Tieto enzýmy pomáhajú pri správnom trávení potravy. Enzymatický rozklad začína v ústach a šíri sa do čriev, kde sa premieňa na jednoduchšie častice a potom ich vylučuje naše telo. Tieto tráviace enzýmy pôsobia ako katalyzátory rozkladu sacharidov, tukov a bielkovín.

Akonáhle sa čeľuste začnú pohybovať, aktívne sa tvorí žalúdočná šťava. Preto mnohí lekári radia žuť žuvačku asi pol hodiny pred jedlom na zlepšenie trávenia.

Mimochodom, aj teraz pre poznanie tráviaceho systému pokračuje štúdium ľudských slín. Biomateriál sa extrahuje pomocou špeciálnej kapsuly s prísavkou, ktorá sa pripevní na sliznicu. Slinná tekutina teda cez skúmavku odchádza von, kde sa zbiera a posiela na výskum.

Zdroj tráviacich enzýmov. Tieto enzýmy sú prítomné aj v slinách, kde pomáhajú v prvej fáze trávenia. Enzýmy sú klasifikované podľa povahy substrátov, v ktorých pôsobia. Tráviace enzýmy sa vo všeobecnosti delia do štyroch skupín.

• Proteolytický enzým: štiepi bielkoviny na aminokyseliny.
• Lipolytický enzým: štiepi tuky na mastné kyseliny a glycerol.
• Amylolytický enzým: štiepi sacharidy a škrob na jednoduché cukry.
• Nukleolytický enzým: štiepi nukleové kyseliny na nukleotidy.

Ústna dutina alebo ústa obsahujú slinné žľazy.

Funkcie slín

Vo všeobecnosti sliny vykonávajú v tele najdôležitejšie ochranné funkcie, a to:

• Sliny chránia sliznicu úst a hrdla pred vysychaním.
• Enzýmy nukleázy, ktoré sú obsiahnuté v slinnej tekutine, bojujú čo najviac s vírusmi a patogénnymi baktériami a sú súčasťou našej imunity.
• Sliny obsahujú aj enzýmy potrebné na zrážanie krvi, ktoré zabraňujú zápalom v ústach a hrdle.

Primárna funkcia slinnej tekutiny je však – tráviaca. Bez účasti slín na tomto dôležitom procese človek jednoducho nemohol stráviť určité druhy potravín. A niektoré známe jedlá by boli pre nás smrteľné.

Slinná žľaza vylučuje enzým lyzozým, ktorý pôsobí antibakteriálne. Enzýmy vylučované ústnou dutinou poskytujú ochranu najmä pred baktériami. Betaín pomáha udržiavať rovnováhu tekutín v ústach. Amyláza – premieňa škrob na rozpustné cukry. betaín. Udržuje rovnováhu bunkovej tekutiny ako osmolytov. Bromelaín je protizápalová látka, ktorá zmäkčuje mäso.

Enzýmy vylučované žalúdkom sú známe ako žalúdočné enzýmy. Žalúdok vylučuje kyselinu chlorovodíkovú, ktorá zabíja baktérie a choroboplodné zárodky a poskytuje kyslé prostredie pre správnu enzymatickú aktivitu proteázových enzýmov. Žalúdočná amyláza - Degradácia škrobu Želatináza - Degradácia želatíny a kolagénu. Rennin. Premena tekutého mlieka na tuhé častice. Žalúdočná lipáza – Odbúravanie mastného tuku.

Zloženie a enzýmy slín

V skutočnosti sú sliny jediným biomateriálom, vďaka ktorému sú enzýmy prítomné v ľudských ústach a hrdle. Z čoho pozostáva slinná tekutina priamo závisí od veku a zdravotného stavu pacienta. Najprv sa študuje sekrécia tekutín, ktorá sa zvyčajne pohybuje od 1 do 200 mililitrov za hodinu. Maximálna rýchlosť nastáva v čase spracovania potravín.

Pankreas je hlavnou tráviacou žľazou v našom tele. Tráviace enzýmy rozklad uhľohydrátov pankreasu a molekúl škrobu na jednoduché cukry. Tiež zdôrazňujú skupinu enzýmov, ktoré podporujú degradáciu nukleových kyselín. Funguje ako endokrinná a exokrinná žľaza.

Fosfolipáza – hydrolýza fosfolipidov na mastné kyseliny. Trypsín – premieňa bielkoviny na základné aminokyseliny. Stepsin. Rozklad triglyceridov na glycerol a mastné kyseliny. Karboxypeptidáza – degradácia bielkovín na aminokyseliny. pankreatická amyláza. rozklad uhľohydrátov na jednoduché cukry.

Vonkajšie sú sliny viskózna, bezfarebná, mierne zakalená kvapalina. Mierny zákal vzniká v dôsledku skutočnosti, že kvapalina obsahuje rôzne organické a anorganické látky.

Teraz o enzýmoch. V slinách sa nachádzajú v troch hlavných typoch:

• Tie, ktoré sú tvorené bunkami parenchýmu.
• Odpadové produkty mikroflóry tela, alebo jednoduchšie baktérie.
• Tie, ktoré sa objavujú v dôsledku deštrukcie bielych krviniek v ústach.

Amyláza je najdôležitejším enzýmom v slinách. Práve ona sa podieľa na takom zložitom procese, akým je štiepenie škrobu, ktorý sa nachádza takmer vo všetkých druhoch potravín od rastlín až po živočíšne. Amyláza štiepi škrob na sacharid a malé množstvo glukózy, ktoré telo dobre absorbuje.

Elastáza – degraduje proteínové elastínové nukleázy – premena nukleových kyselín na nukleotidy a nukleozidy. Na konci tejto časti budete môcť. Vysvetlite špecializované funkcie orgánov, ktoré sa podieľajú na spracovaní potravy v tele. Opíšte, ako orgány spolupracujú pri trávení potravy a vstrebávaní živín. Vysvetlite procesy trávenia a vstrebávania. . Všetky živé organizmy potrebujú živiny, aby prežili. Zatiaľ čo rastliny môžu získavať živiny z koreňov a molekuly energie potrebné pre bunkovú funkciu prostredníctvom fotosyntézy, zvieratá získavajú živiny konzumáciou iných organizmov.

Amyláza je produkovaná žľazovými bunkami, enzým sa v nich hromadí v neaktívnej forme. K aktivácii tohto enzýmu dochádza pri požití potravy obsahujúcej bielkoviny. Ideálnym prostredím pre pôsobenie amylázy je teplota nie vyššia ako 36,6 stupňov a normálne acidobázické prostredie v tele.

Je tiež nemožné nespomenúť taký enzým ako maltáza. Tento enzým sa aktívne podieľa na rozklade sacharidu maltózy a premieňa ho na bezpečnú glukózu pre telo.

Na bunkovej úrovni sú biologickými molekulami potrebnými pre fungovanie zvierat aminokyseliny, molekuly lipidov, nukleotidy a jednoduché cukry. Konzumované jedlo však pozostáva z bielkovín, tukov a komplexných sacharidov. Zvieratá musia tieto makromolekuly premeniť na jednoduché molekuly potrebné na udržanie bunkovej funkcie. Premena skonzumovanej potravy na požadované živiny je viacstupňový proces zahŕňajúci trávenie a vstrebávanie. Počas trávenia sa častice potravy rozkladajú na menšie zložky, ktoré telo neskôr absorbuje.

Aktívna práca enzýmov slín nezačína v ústnej dutine, ale práve v okamihu, keď sa hrudka potravy začne presúvať do hltana a potom do pažeráka a žalúdka. Každý vie, že žalúdočná kyselina je neuveriteľne kyslá. Akonáhle sa jedlo dostane do žalúdka, začne reakcia hydrolýzy uhľohydrátov, ktoré sa začnú tráviť. Postupne sa hrudka potravy premieša a začnú pôsobiť enzýmy slín.

Deje sa to tak fyzikálnymi prostriedkami, ako je žuvanie, ako aj chemickými prostriedkami. Jednou z výziev v ľudskej výžive je udržiavanie rovnováhy medzi príjmom potravy, skladovaním a výdajom energie. Príjem väčšieho množstva energie z potravy, ako sa spotrebuje pri aktivite, vedie k hromadeniu prebytku vo forme telesného tuku. Nárast obezity a následných chorôb, ako je diabetes 2. typu, robí pochopenie úlohy stravy a výživy pri udržiavaní dobrého zdravia ešte dôležitejším.

Proces trávenia začína v ústach konzumáciou potravy. Zuby zohrávajú dôležitú úlohu pri mletí alebo fyzickom rozklade potravy na menšie častice. Enzýmy prítomné v slinách tiež začínajú chemicky rozkladať potravu. Potrava sa potom prehltne a dostane sa do pažeráka, dlhej trubice, ktorá spája ústa so žalúdkom. Pomocou peristaltiky alebo vlnovitých kontrakcií hladkých svalov svaly pažeráka tlačia jedlo smerom k žalúdku. Obsah žalúdka je extrémne kyslý, s pH medzi 5 a táto kyslosť zabíja mikroorganizmy, rozkladá tkanivá potravy a aktivuje tráviace enzýmy.

Mimochodom, kurióznym faktom pri pôsobení enzýmov je, že pri žuvaní chleba alebo zemiakov získajú jemne sladkú chuť. Je to spôsobené tým, že sacharidy a monosacharidy sa začínajú aktívne rozkladať v dôsledku objavenia sa sladkej a celkom bezpečnej chuti.

A vďaka enzýmom slín možno povedať, že výrazne urýchľujú dobu spracovania ovocia. Sliny v skutočnosti uľahčujú činnosť čriev. Spolu s ním sa sacharidy dostávajú do čriev už v čiastočne natrávenej forme.

K ďalšiemu rozkladu potravy dochádza v tenkom čreve, kde žlč produkovaná pečeňou a enzýmy produkované tenkým črevom a pankreasom pokračujú v procese trávenia. Menšie molekuly sú absorbované do krvného obehu cez epitelové bunky, ktoré lemujú steny tenkého čreva. Odpad sa presúva do hrubého čreva, kde sa absorbuje voda a suchý materiál kondenzuje do výkalov; pretrváva, kým sa nevylúči cez konečník.

Obrázok 4 Znázorňuje zložky ľudského tráviaceho systému. Fyzikálne aj chemické trávenie začína v ústach alebo v ústnej dutine, ktorá je miestom vstupu potravy do tráviaceho systému. Jedlo sa rozkladá na menšie častice žuvaním, žuvacím účinkom zubov. Všetky cicavce majú zuby a môžu žuť svoju potravu, aby začali proces fyzického rozkladu na menšie častice.

Príčiny poklesu počtu enzýmov v ústach a hrdle

Stáva sa, že v ľudskom tele je nedostatok enzýmov a začínajú problémy s trávením. Najčastejšie sú to chronické ochorenia tráviaceho alebo endokrinného systému. Napríklad diabetes mellitus, zápalové procesy v tele a veľmi zriedkavo porušenie zloženia slín môže viesť k silnému stresu.

Sliny obsahujú aj lyzozým, ktorý pôsobí antibakteriálne. Obsahuje tiež enzým nazývaný slinná amyláza, ktorý spúšťa proces premeny škrobov v potravinách na disacharid nazývaný maltóza. Ďalší enzým nazývaný lipáza je produkovaný bunkami v jazyku na rozklad tukov. Žuvacie a zmáčacie činnosti poskytované zubami a slinami pripravujú jedlo do hmoty nazývanej bolus na prehĺtanie. Jazyk pomáha pri prehĺtaní – presúva bolus z úst do hrdla. Hltan sa otvára do dvoch priechodov: pažeráka a priedušnice.

Aj mierny pokles slinných enzýmov môže viesť k nasledujúcim príznakom:

• Poruchy trávenia, niekedy až hnačky. Iba enzýmy slinnej tekutiny sú schopné tráviť škrob a sacharidy - to sa deje v ústach a hltane.
• Bolesť v bruchu.
• intoxikácia tela.

Iba lekár môže urobiť presnú diagnózu, ako aj predpísať adekvátnu liečbu. Nemali by ste sa zaoberať samodiagnostikou, používať enzýmové prípravky vo veľkých množstvách - to môže situáciu len zhoršiť.

Je lepšie kontaktovať kvalifikovaného odborníka čo najskôr, ako aj začať liečbu včas - pomôže to vyhnúť sa mnohým komplikáciám v budúcnosti.

Trávenie v ústach a žalúdku je zložitý proces, ktorý zahŕňa mnoho orgánov. V dôsledku takejto činnosti sa vyživujú tkanivá, bunky a dodáva sa aj energia.

Trávenie je vzájomne súvisiaci proces, ktorý zabezpečuje mechanické mletie bolusu potravy a ďalšie chemické štiepenie. Jedlo je pre človeka nevyhnutné na stavbu tkanív a buniek v tele a ako zdroj energie.

Asimilácia minerálnych solí, vody a vitamínov prebieha v pôvodnej forme, ale zložitejšie vysokomolekulárne zlúčeniny vo forme bielkovín, tukov a sacharidov vyžadujú štiepenie na jednoduchšie prvky. Aby sme pochopili, ako k takémuto procesu dochádza, analyzujme trávenie v ústnej dutine a v žalúdku.

Predtým, ako sa „vrhnete“ do procesu poznávania tráviaceho systému, musíte sa dozvedieť o jeho funkciách:

• dochádza k tvorbe a uvoľňovaniu tráviacich štiav obsahujúcich biologické látky a enzýmy;
• prenáša produkty rozkladu, vodu, vitamíny, minerály atď. cez sliznice tráviaceho traktu priamo do krvi;
• vylučuje hormóny;
• zabezpečuje mletie a propagáciu potravinárskej hmoty;
• vylučuje výsledné konečné produkty metabolizmu z tela;
• poskytuje ochrannú funkciu.

Pozor: na zlepšenie funkcie trávenia je potrebné sledovať kvalitu používaných produktov, cenu za ne, aj keď niekedy vyššiu, ale výhody sú oveľa väčšie. Tiež stojí za to venovať pozornosť vyváženosti výživy. Ak máte problémy s trávením, je najlepšie poradiť sa o tejto problematike s lekárom.

Význam enzýmov v tráviacom systéme

Tráviace žľazy ústnej dutiny a gastrointestinálneho traktu produkujú enzýmy, ktoré zohrávajú jednu z hlavných úloh pri trávení.

Ak zovšeobecníme ich význam, môžeme zdôrazniť niektoré vlastnosti:

1. Každý z enzýmov je vysoko špecifický, katalyzuje len jednu reakciu a pôsobí na jeden typ väzby. Napríklad proteolytické enzýmy alebo proteázy sú schopné štiepiť bielkoviny na aminokyseliny, lipázy štiepia tuky na mastné kyseliny a glycerol, amylázy štiepia sacharidy na monosacharidy.
2. Sú schopné pôsobiť len pri určitých teplotách v rozmedzí 36-37C. Všetko, čo je mimo týchto hraníc, vedie k poklesu ich aktivity a narušeniu procesu trávenia.
3. Vysoký „výkon“ sa dosahuje len pri určitej hodnote pH. Napríklad pepsín v žalúdku sa aktivuje iba v kyslom prostredí.
4. Dokážu rozložiť veľké množstvo organických látok, pretože sú vysoko aktívne.

Enzýmy úst a žalúdka:

Názov enzýmu	Funkcia
V ústach (nachádza sa v slinách)
Ptyalín (amyláza)	Rozkladá škrob na maltózu (disacharidy)
maltáza	Rozkladá disacharidy na glukózu
v žalúdku
pepsín	Tento enzým je hlavný a rozkladá denaturované proteíny na peptidy. Jeho počiatočná forma je prezentovaná vo forme neaktívneho pepsinogénu, ktorý je v tomto stave v dôsledku prítomnosti ďalšej časti. Vplyvom kyseliny chlorovodíkovej sa táto časť oddeľuje a to vedie k tvorbe pepsínu. Ďalej tento enzým ľahko rozpúšťa proteíny, po ktorých spracované hmoty idú do črevnej zóny.
Lipáza	Tento enzým je schopný rozkladať tuk. U dospelých tento proces nemá veľký význam, ako u detí. Vysoká teplota a peristaltika vedú k rozpadu zlúčenín na menšie, v dôsledku čoho sa zvyšuje účinný indikátor enzymatického účinku. To všetko výrazne zjednodušuje trávenie tukových prvkov v črevách.

Pozor: v žalúdku je zvýšená aktivita enzýmov v dôsledku tvorby kyseliny chlorovodíkovej. Ide o anorganický prvok, ktorý plní jednu z dôležitých funkcií pri trávení a prispieva k deštrukcii bielkovín. Dezinfikuje tiež patogénne mikroorganizmy, ktoré prichádzajú s jedlom a v dôsledku toho zabraňuje možnému rozkladu potravinových hmôt v dutine žalúdka.

Úloha enzýmov v tele je mnohostranná a to dokazuje aj fotografia nižšie.

Trávenie v ústach

S poklesom koncentrácie živín v krvi začína pocit hladu. Fyziologický základ tohto pocitu je lokalizovaný v laterálnych jadrách hypotalamu. Práve stimulácia centra hladu je motívom hľadania potravy.

Takže jedlo máme pred očami, vyskúšali sme jeho chuť a zasýtili sme sa, no zaujímalo by ma, čo sa v tom momente dialo v tele?

Počiatočnou časťou tráviaceho traktu je ústna dutina. Zospodu je ohraničená bránicou úst, zhora podnebím (tvrdým a mäkkým), zo strán a spredu ďasnami a zubami. Aj tu ústia do ústnej dutiny vývody tráviacich žliaz, sú to sublingválne, príušné, submandibulárne.

Okrem toho sa v celej ústnej dutine nachádzajú ďalšie slizničné malé slinné žľazy. Po zachytení hrudky potravy zubami (a je ich len 32, 16 pre dolnú a 16 pre hornú čeľusť) sa rozžuje a zvlhčuje slinami, ktoré obsahujú enzým ptyalín.

Má schopnosť rozpúšťať niektoré ľahko rozpustné látky, zmäkčiť a obaliť potravu hlienom, čo výrazne uľahčuje proces prehĺtania. Sliny obsahujú aj mucín s lyzozýmom, ktoré majú baktericídne účinky.

Pomocou jazyka, svalového orgánu pokrytého sliznicou, sa realizuje chuť a po žuvaní sa potrava tlačí do hltana. Ďalej pripravená hrudka jedla prechádza cez pažerák do žalúdka.

Prehĺtanie je zložitý proces, ktorý zahŕňa svaly hltanu a jazyka. Počas tohto pohybu stúpa mäkké podnebie, vďaka čomu je vstup do nosnej dutiny uzavretý a jedlo je zablokované vo vstupe do tejto oblasti. Pomocou epiglottis sa uzavrie vstup do hrtana.

Hornou časťou tráviaceho traktu – hltanom sa potravný bolus začne pohybovať po pažeráku – trubici dlhej asi 25 cm, ktorá je pokračovaním hltana. V tomto čase sa otvára horný a dolný pažerákový zvierač a samotný prechod potravy do žalúdka trvá asi 3-9 sekúnd, tekutá potrava sa pohybuje za 1-2 sekundy.

V pažeráku nedochádza k žiadnym zmenám, keďže sa tam nevylučujú tráviace šťavy, zvyšok štádia štiepenia prebehne v žalúdku. Viac o trávení v ústnej dutine sa dozviete z videa v tomto článku.

Trávenie v žalúdku

Po pažeráku sa bolus potravy dostáva do žalúdka. Toto je najviac rozšírená časť gastrointestinálneho traktu s kapacitou až 3 litre.

Tvar a veľkosť tohto orgánu sa môže meniť v závislosti od stupňa svalovej kontrakcie a množstva skonzumovanej potravy. Sliznica je tvorená pozdĺžnymi záhybmi obsahujúcimi obrovské množstvo žliaz, ktoré produkujú žalúdočnú šťavu.

Je reprezentovaný tromi typmi buniek:

• hlavné- sú to tie, ktoré produkujú enzýmy žalúdočnej šťavy;
• podšívka- sú schopné produkovať kyselinu chlorovodíkovú;
• dodatočné- s ich pomocou sa začne produkovať hlien (mukoid a mucín), vďaka čomu sú steny žalúdka chránené pred pôsobením pepsínu.

Ak dôjde k porušeniu sekrécie žalúdočnej šťavy v tele, existujú špeciálne prípravky na normalizáciu tohto procesu, ktoré sú sprevádzané návodom na použitie. Samoliečba sa však neodporúča, pretože to môže spôsobiť komplikácie.

Okamih prenikania žalúdočnej šťavy do hmoty potravy znamená začiatok žalúdočnej fázy trávenia, počas ktorej dochádza predovšetkým k rozkladu proteínových častíc. K tomu dochádza v dôsledku koordinovanej práce enzýmov a žalúdočnej kyseliny. Ďalej zo žalúdka sa polostrávená potrava posiela do dvanástnika cez pylorický zvierač, ktorý počas kontrakcie úplne oddelí žalúdok a črevo.

Trvanie potravy v dutine žalúdka závisí od jej zloženia. Pevné bielkovinové jedlo stimuluje sekréciu žalúdočnej šťavy aktívnejšie a zostáva v tomto orgáne dlhšie, zatiaľ čo tekuté jedlo odchádza oveľa rýchlejšie.

V priemere môže jedlo zotrvať v žalúdku 4-6 hodín. Na konci fázy trávenia je v skolabovanom stave a každých 45 – 90 minút začínajú periodické sťahy žalúdka, takzvaná hladná peristaltika.

Ako sme pochopili, trávenie je komplexný viacstupňový proces regulovaný oddeleniami centrálneho nervového systému. Každá etapa na seba plynule nadväzuje a na každej z nich je zapojených veľa orgánov. Toto všetko je regulované nervovým a humorálnym regulačným systémom.

Akékoľvek narušenie však môže spôsobiť poruchu v automatickom fungovaní tráviaceho systému, čo bude mať za následok určité symptómy a znaky. V takom prípade by ste mali okamžite vyhľadať lekársku pomoc, kde môže lekár vyšetriť a predpísať potrebnú diagnózu.

Sacharidy sú trávené v ústach slinnými enzýmami. a-amyláza. Enzým štiepi vnútorné α(1→4)-glykozidové väzby. V tomto prípade sa tvoria produkty neúplnej hydrolýzy škrobu (alebo glykogénu) - dextríny. V malom množstve sa tvorí aj maltóza. Aktívne centrum α-amylázy obsahuje ióny Ca2+. Na + ióny aktivujú enzým.

V žalúdočnej šťave je trávenie uhľohydrátov inhibované, pretože amyláza je v kyslom prostredí inaktivovaná.

Hlavným miestom trávenia sacharidov je dvanástnik, kde sa vylučuje ako súčasť pankreatickej šťavy. α- amylázy. Tento enzým dokončuje rozklad škrobu a glykogénu, iniciovaný slinnou amylázou, na maltózu. Hydrolýzu α(1→6)-glykozidovej väzby katalyzujú črevné enzýmy amylo-1,6-glukozidáza a oligo-1,6-glukozidáza .

Trávenie maltózy a disacharidov z potravy sa vykonáva v oblasti kefového lemu epitelových buniek (enterocytov) tenkého čreva. Disacharidázy sú integrálnymi proteínmi enterocytových mikroklkov. Tvoria polyenzymatický komplex pozostávajúci zo štyroch enzýmov, ktorých aktívne centrá sú nasmerované do lúmenu čreva.

1 mil altaza(-glukozidáza) hydrolyzuje maltóza pre dve molekuly D-glukóza.

2. Laktáza(-galaktozidáza) hydrolyzuje laktóza na D- galaktóza a D-glukóza.

3. Izomaltáza / cukráza(dvojito pôsobiaci enzým) má dve aktívne centrá umiestnené v rôznych doménach. Enzým hydrolyzuje sacharóza predtým D- fruktóza a D-glukóza a pomocou iného aktívneho miesta enzým katalyzuje hydrolýzu izomaltóza až dve molekuly D-glukóza.

Intolerancia mlieka u niektorých ľudí, ktorá sa prejavuje bolesťami brucha, nafukovaním (plynatosťou) a hnačkou, je spôsobená znížením aktivity laktázy. Existujú tri typy nedostatku laktázy.

1. dedičný nedostatok laktázy. Symptómy narušenej tolerancie sa po pôrode rozvíjajú veľmi rýchlo . Kŕmenie bezlaktózových potravín vedie k vymiznutiu príznakov.

2. Nízka aktivita primárnej laktázy(postupný pokles aktivity laktázy u predisponovaných osôb). U 15 % detí v Európe a 80 % detí na východe, Ázii, Afrike a Japonsku sa syntéza tohto enzýmu postupne s dospievaním zastavuje a u dospelých vzniká intolerancia mlieka sprevádzaná vyššie uvedenými príznakmi. Takíto ľudia dobre znášajú mliečne výrobky.

2. Nízka aktivita sekundárnej laktázy. Poruchy trávenia mlieka sú často výsledkom črevných ochorení (tropické a netropické formy sprue, kwashiorkor, kolitída, gastroenteritída).

Symptómy podobné tým, ktoré sú opísané pre nedostatok laktázy, sú charakteristické pre nedostatok iných disacharidáz. Liečba je zameraná na vylúčenie príslušných disacharidov zo stravy.

Pozn. Glukóza vstupuje do buniek rôznych orgánov rôznymi mechanizmami.

Hlavnými produktmi úplného trávenia škrobu a disacharidov sú glukóza, fruktóza a galaktóza. Monosacharidy vstupujú do krvi z čreva, pričom prekonávajú dve bariéry: membránu kefového lemu smerujúcu k črevnému lúmenu a bazolaterálnu membránu enterocytu.

Sú známe dva mechanizmy vstupu glukózy do buniek: uľahčená difúzia a sekundárny aktívny transport spojený s prenosom Na+ iónov. Obr.5.1. Štruktúra glukózového transportéra

Transportéry glukózy (GLUT), zabezpečujúce mechanizmus jej uľahčenej difúzie cez bunkové membrány, tvoria rodinu príbuzných homológnych proteínov, ktorých charakteristickým štruktúrnym znakom je dlhý polypeptidový reťazec, ktorý tvorí 12 transmembránových špirálových segmentov (obr. 5.1). Jedna z domén umiestnených na vonkajšom povrchu membrány obsahuje oligosacharid. N- a C- koncové časti nosiča sú otočené vo vnútri bunky. Zdá sa, že 3., 5., 7. a 11. transmembránový segment transportéra tvoria kanál, cez ktorý glukóza vstupuje do bunky. Zmena konformácie týchto segmentov zabezpečuje proces presunu glukózy do bunky. Nosiče tejto rodiny obsahujú 492-524 aminokyselinových zvyškov a líšia sa svojou afinitou ku glukóze. Zdá sa, že každý transportér vykonáva špecifické funkcie.

Nosiče, ktoré poskytujú sekundárny, na sodíkových iónoch závislý, aktívny transport glukózy z čreva a obličkových tubulov (SGLT), sa výrazne líšia v zložení aminokyselín od nosičov rodiny GLUT, hoci sú tiež zostavené z dvanástich transmembránových domén.

Nižšie v tab. 5.1. sú uvedené niektoré vlastnosti monosacharidových nosičov.

Tabuľka 5.1. Charakterizácia transportérov glukózy u zvierat
			Hlavné miesta vzdelávania
sekundárny aktívny transport
	Absorpcia glukózy		Tenké črevo, obličkové tubuly
	Absorpcia glukózy		obličkové tubuly
zrýchlená difúzia
			Placenta, hematoencefalická bariéra, mozog, červené krvinky, obličky, hrubé črevo, iné orgány
	Glukózový senzor v B bunkách; transport z epitelových buniek obličiek a čriev		Bunky ostrovčekov, pečeň, epitel tenkého čreva, obličky
	Použitie glukózy bunkami za fyziologických podmienok		Mozog, placenta, obličky, iné orgány
	Inzulínom stimulovaný príjem glukózy		Kostrový a srdcový sval, tukové tkanivo, iné tkanivá
	Transport fruktózy		Tenké črevo, spermie

Prechod glukózy a iných monosacharidov do enterocytu uľahčujú GLUT 5, ktorý sa nachádza v apikálnej membráne enterocytu (uľahčená difúzia pozdĺž koncentračného gradientu) a SGLT 1, ktorý spolu s iónmi sodíka zabezpečuje pohyb (symport) enterocytu. glukózy do enterocytu. Sodné ióny sú následne aktívne za účasti Na + -K + -ATPázy odstraňované z enterocytu, čím sa udržiava konštantný gradient ich koncentrácie. Glukóza opúšťa enterocyt cez bazolaterálnu membránu pomocou GLUT 2 pozdĺž koncentračného gradientu.

K absorpcii pentóz dochádza jednoduchou difúziou.

Prevažné množstvo monosacharidov vstupuje do portálneho obehového systému a pečene, malá časť - do lymfatického systému a pľúcneho obehu. Prebytočná glukóza sa ukladá v pečeni vo forme glykogénu.

Pozn! Výmena glukózy v bunke začína jej fosforyláciou.

P
Vstup glukózy do akejkoľvek bunky začína jej fosforyláciou. Táto reakcia rieši viacero problémov, z ktorých hlavným je „zachytenie“ glukózy na intracelulárne použitie a jej aktivácia.

Fosforylovaná forma glukózy neprechádza cez plazmatickú membránu, stáva sa „vlastníctvom“ bunky a využíva sa takmer vo všetkých cestách metabolizmu glukózy. Jedinou výnimkou je cesta obnovy (obr.5.2.).

Fosforylačná reakcia je katalyzovaná dvoma enzýmami: hexokinázou a glukokinázou. Hoci glukokináza je jedným zo štyroch izoenzýmov hezokinázy ( hexokináza 4), medzi hexokinázou a glukokinázou sú dôležité rozdiely: 1) hexokináza je schopná fosforylovať nielen glukózu, ale aj iné hexózy (fruktózu, galaktózu, manózu), zatiaľ čo glukokináza aktivuje iba glukózu; 2) hexokináza je prítomná vo všetkých tkanivách, glukokináza - v hepatocytoch; 3) hexokináza má vysokú afinitu ku glukóze ( Komu 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.

Glukóza-6-fosfát vytvorený pri reakcii sa považuje za alosterický inhibítor hexokináza (ale nie glukokináza).

Keďže glukokinázová reakcia je závislá od inzulínu, namiesto glukózy možno diabetickým pacientom predpísať fruktózu (fruktóza je fosforylovaná hexokinázou priamo na fruktóza-6-fosfát).

Glukóza-6-fosfát sa používa v mechanizmoch syntézy glykogénu, vo všetkých oxidačných dráhach premeny glukózy a pri syntéze ďalších monosacharidov potrebných pre bunku. Miesto, ktoré táto reakcia zaujíma v metabolizme glukózy, ju umožňuje považovať za kľúčovú reakciu metabolizmu uhľohydrátov.

Hexokinázová reakcia je ireverzibilná (G = -16,7 kJ/mol), preto na premenu glukózy-6-fosfátu na voľnú glukózu v bunkách pečene a obličiek je prítomný enzým glukóza-6-fosfátfosfatáza, ktorý katalyzuje hydrolýza glukóza-6-fosfátu. Bunky týchto orgánov tak môžu dodávať glukózu do krvi a poskytovať glukózu iným bunkám.

Ústna dutina zahŕňa predsieň a samotné ústa. Predsieň tvoria pery, vonkajšia strana líc, zuby a ďasná. Pysky sú z vonkajšej strany pokryté tenkou vrstvou epitelu, zvnútra sú vystlané sliznicou, ktorá je pokračovaním vnútornej strany líc. Pevne zakryte zuby pripevnené k ďasnám pomocou hornej a dolnej uzdičky.

Ústa tvoria:

• bukálna sliznica;
• rezáky, očné zuby, veľké a malé stoličky;
• ďasná;
• Jazyk;
• mäkké a tvrdé podnebie.

Ryža. 1. Štruktúra ústnej dutiny.

Ďalšie podrobnosti o štruktúre ústnej dutiny sú uvedené v tabuľke.

Ústna dutina	Štruktúra	Funkcie
	Vonkajšia strana je pokrytá kožným epitelom, vnútorná strana je pokrytá sliznicou. Stredná vrstva je tvorená svalovými vláknami preniknutými krvnými cievami a nervami.	Otvárajú a zatvárajú ústnu trhlinu, podieľajú sa na tvorbe bolusu potravy
	Svalový (priečne pruhované svaly) orgán preniknutý nervovými vláknami a krvnými cievami. Zhora je pokrytá sliznicou, na povrchu ktorej sú citlivé papily obsahujúce receptory. Udržiavané v ústach uzdou	Hodnotí kvalitu a fyzikálne parametre potravín, formuje a podporuje potravinový bolus
	Tvrdá - kosť pokrytá sliznicou, mäkká - hlienový záhyb ležiaci za tvrdým podnebím	Pomáha vytvárať bolus jedla a presúvať ho do hrdla
	Pozostávajú z dentínu pokrytého sklovinou. Vo vnútri dentínu je dutina vyplnená miazgou – voľným spojivovým tkanivom. Kanály opúšťajú dutinu, cez ktorú vstupujú krvné cievy a nervové vlákna do zuba.	Mechanické mletie potravín. Rezáky a tesáky chytajú a držia potravu, stoličky brúsia
	Procesy čeľustí pokrytých sliznicou	Držte zuby a pery

Ryža. 2. Vnútorná stavba zuba.

Funkcie

Hlavné funkcie ústnej dutiny v procese trávenia:

TOP 1 článokktorí čítajú spolu s týmto

• rozpoznávanie chuti;
• mletie pevných potravín;
• poskytovanie telesnej teploty prichádzajúcim produktom;
• tvorba bolusu jedla;
• rozklad cukrov;
• ochrana proti prenikaniu patogénnych mikroorganizmov.

Hlavná funkcia trávenia v ústnej dutine človeka je vykonávaná slinami. Slinné žľazy, ktoré sa nachádzajú v sliznici, zvlhčujú potravu pomocou vylučovaných slín a jazyka, čím vytvárajú potravu.
Existujú tri páry veľkých žliaz:

• príušné;
• submandibulárne;
• sublingválne.

Ryža. 3. Umiestnenie slinných žliaz.

Sliny tvoria 99% vody. Zvyšné percento tvoria biologicky aktívne látky, ktoré vykazujú rôzne vlastnosti.
Sliny obsahujú:

• lyzozým - antibakteriálny enzým;
• mucín - bielkovinová viskózna látka, ktorá viaže častice potravy do jednej hrudky;
• amylázy a maltázy - enzýmy, ktoré štiepia škrob a iné zložité cukry.

Enzýmy sú proteínové zlúčeniny, ktoré urýchľujú chemické reakcie. Sú katalyzátorom rozkladu potravy.

Sliny obsahujú malé množstvo iných katalytických enzýmov, ako aj organické soli a mikroelementy.

Trávenie

Stručne opíšte, ako prebieha trávenie v ústnej dutine, a to nasledovne:

• kus potravy vstupuje do dutiny cez rezáky;
• v dôsledku žuvacích svalov, ktoré držia čeľusť, začína proces žuvania;
• stoličky brúsia jedlo, ktoré je hojne navlhčené slinami;
• líca, jazyk a tvrdé podnebie zrolujú hrudku jedla;
• Mäkké podnebie a jazyk tlačia pripravované jedlo do hrdla.

Potrava vstupujúca do ústnej dutiny dráždi receptory na rôzne účely (teplotné, hmatové, čuchové), ktoré reagujú tvorbou slín, žalúdočnej šťavy, žlče.

Čo sme sa naučili?

Ústna dutina má veľký význam v procese trávenia. Cez líca, zuby, jazyk sa prichádzajúce jedlo rozdrví a presunie sa do hltana. Jedlo navlhčené slinami zmäkne a zlepí sa do jedinej hrudky jedla. Enzýmy v slinách začínajú trávenie rozkladom škrobu a iných cukrov.

Tématický kvíz

Hodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: štyri . Celkový počet získaných hodnotení: 440.

1. Uveďte oddelenia tráviaceho systému.

Oddelenia tráviaceho systému: dutina ústna, hltan, pažerák, žalúdok, tenké a hrubé črevo, konečník a množstvo veľkých tráviacich žliaz: pečeň, pankreas, slinné žľazy.

2. Aké látky sa začínajú rozkladať v ústnej dutine? V akom chemickom prostredí sú aktívne enzýmy slinných žliaz? Pomenujte konečný produkt tohto štiepenia v ústnej dutine.

Sliny majú mierne zásaditú reakciu (pH = 6,5-7,5) a pozostávajú z 98-99% vody a 1-2% hlienu, organických a anorganických látok a tráviacich enzýmov. Enzýmy slín: amyláza a maltáza (začínajú štiepenie sacharidov v ústnej dutine) a lipáza (začínajú štiepenie tukov). K úplnému rozkladu látok v ústnej dutine nedochádza v dôsledku krátkeho pobytu potravy v ústnej dutine. Pri dlhšom pobyte pod pôsobením enzýmov sa škrob štiepi na maltózu a maltózu na glukózu.

3. Povedzte nám o štruktúre zuba.

Zub sa skladá z koreňa ukrytého v kostnej bunke čeľuste a viditeľnej časti – korunky a krčka. Vnútri koreňa prechádza kanálik, ktorý sa rozširuje do dutiny zuba a je vyplnený buničinou obsahujúcou krvné cievy a nervy. Zub je postavený z hustej hmoty podobnej kosti - dentínu, pokrytej cementom v oblasti koreňa a veľmi hustej skloviny v oblasti korunky, ktorá chráni zub pred abráziou a prienikom baktérií.

4. V akom veku sa mliečne zuby menia na trvalé?

Prerezávanie trvalých zubov, s výnimkou zubov múdrosti, začína vo veku 6-7 rokov a končí o 10-12 rokov; erupcia zubov múdrosti môže niekedy skončiť vo veku 20-30 rokov, zriedka neskôr.

5. Koľko zubov má človek? Zistite, čo je to zubný vzorec a ako sa píše. Pomocou výkresu vytvorte zubný vzorec osoby.

Celkovo má človek 32 zubov: na každej čeľusti sú 4 rezáky, 2 očné zuby, 4 malé stoličky (premoláry) a 6 veľkých molárov (stoličky).

Zubný vzorec - stručný opis zubného systému cicavcov a iných heterodontných tetrapodov napísaný vo forme špeciálnej notácie. Všetky zuby sú rozdelené do 4 sektorov (proti smeru hodinových ručičiek). Zuby sú očíslované od 1 do 8. Pretože existuje len 32 kostných útvarov, každé číslo sa použije na označenie štyroch zubov s rovnakým názvom v hornej a dolnej čeľusti. Za týmto účelom sú oba chrupy podmienečne rozdelené na polovicu pozdĺž línie medzi centrálnymi rezákmi, takže na každej strane tejto línie sú: centrálny rezák - 1; bočný rezák - 2; tesák - 3; prvý premolár - 4; druhý premolár - 5; prvý molár - 6; druhý molár - 7; tretí molár - 8.

6. Mnohí z nás poznajú bolesť zubov. Čo presne bolí v zube? Čo spôsobuje kaz? Prečo je nebezpečný?

Bolesť zubov vzniká v dôsledku podráždenia citlivých receptorov v zubnej dreni. Najčastejšou príčinou bolesti zubov je kaz. Nevyčistené zuby sú pokryté zvyškami jedla, baktériami, zložkami slín. Tento hlien sa nazýva plak. Baktérie, ktoré sa živia cukrami zo zvyškov potravy, vylučujú kyselinu, ktorá najskôr zničí sklovinu a potom dentín. V dôsledku toho sa v zube vytvorí dutina a dochádza k silnej bolesti. Ak sa kazivý proces nezastaví, poškodenie ovplyvní kanálik zuba a dokonca aj kostné tkanivo čeľuste, čo môže viesť k potrebe odstrániť kazivý zub. Ak sa na mliečnych zuboch objaví kaz, baktérie sa môžu dostať na základy trvalých zubov a potom budú tiež infikované.

7. Čo sú to sliny? Akú funkciu plní?

Sliny sú tajomstvom slinných žliaz, ktoré sa vylučujú do ústnej dutiny a pozostávajú z vody, hlienu, organických a anorganických látok a tráviacich enzýmov. Funkcie slín: sliny zvlhčujú potravu počas žuvania, čím prispievajú k tvorbe potravinového bolusu na prehĺtanie potravy; tráviace enzýmy začínajú rozklad uhľohydrátov a tukov; lyzozým obsiahnutý v slinách má dezinfekčný účinok, ničí membrány bakteriálnych buniek.

8. Akú úlohu zohráva jazyk?

Pri žuvaní nasmeruje potravu na zuby, premieša ju a presunie do hltana na prehltnutie. Jazyk je tiež orgánom chuti a podieľa sa na tvorbe zvukov reči.

9. Aký je mechanizmus pohybu bolusu potravy cez pažerák?

Žuvaná, navlhčená slinami, klzká hrudka jedla vstupuje do hltana a potom do pažeráka. Potrava sa pretláča cez pažerák peristaltikou – vlnovitými kontrakciami jeho stien. V tomto prípade sú svaly umiestnené v stene pažeráka stlačené a tlačia hrudku potravy do žalúdka. Tento proces trvá 6-8 sekúnd.

V hltane sa pretínajú cesty vzduchu a potravy vstupujúcej do tela. Potenciálne tak vzniká nebezpečenstvo, že hrudky potravy sa môžu dostať do dýchacích orgánov – do hrtana, nosohltana. To sa však nestane, pretože pri prehĺtaní chrupavka - epiglottis uzatvára vchod do hrtana a jazylka mäkkého podnebia sa dvíha a oddeľuje nosohltan od orofaryngu. Tieto procesy prebiehajú reflexne. Ak pri jedle rozprávate, epiglottis môže zaujať strednú polohu, čo môže spôsobiť, že bolus jedla vstúpi do dýchacieho traktu.

11. Prečo je dôležité jedlo dôkladne žuť?

Čím starostlivejšie je potrava v ústach rozdrvená, tým lepšie je pripravená na spracovanie enzýmami, a preto sa aktívnejšie a rýchlejšie rozkladá na jednotlivé zložky. Naopak, čím väčšie kusy potravy sa dostanú do žalúdka, tým viac času potrebujú tráviace šťavy na ich nasiaknutie a spracovanie. A nadmerná práca žliaz tráviaceho systému spôsobuje narušenie ich funkcie, čo má za následok rôzne ochorenia tráviaceho systému, napríklad gastritídu. Tiež nadmerné prelievanie žalúdka tlačí na bránicu a narúša prácu srdca.

Veľké nerozžuté kusy sa najskôr dostanú do pažeráka. Ľahko ho môžu zraniť.

Človek, ktorý sa rýchlo naje, sa zasýti pomalšie. Je to spôsobené tým, že pri žuvaní sa začína produkovať histamín, ktorý sa dostane do mozgu a dáva mu signál nasýtenia. To sa však deje len dvadsať minút po začatí jedla. Ak človek jedáva pomaly, počas týchto dvadsiatich minút zje menej jedla a zažije sýtosť z menšieho množstva kalórií.

V čreve sa vstrebávajú iba monosacharidy: glukóza, galaktóza, fruktóza. Preto oligo- a polysacharidy, ktoré vstupujú do tela s potravou, musia byť hydrolyzované enzýmovými systémami za vzniku monosacharidov. Na obr. 5.11 je schematicky znázornená lokalizácia enzymatických systémov podieľajúcich sa na trávení sacharidov, ktoré začína v ústnej dutine pôsobením perorálnej -amylázy a následne pokračuje v rôznych častiach čreva pomocou pankreatickej -amylázy, sacharázy-izomaltázy , glykoamyláza, -glykozidáza (laktáza), trehalázové komplexy.

Ryža. 5.11. Schéma lokalizácie enzymatických systémov trávenia sacharidov

5.2.1. Trávenie uhľohydrátov ústami a pankreasom -amyláza ( -1,4-glykozidáza). Diétne polysacharidy, konkrétne škrob (pozostáva z lineárneho amylózového polysacharidu, v ktorom sú glukozylové zvyšky spojené -1,4-glykozidovými väzbami, a amylopektínu, rozvetveného polysacharidu, kde sa nachádzajú aj -1,6-glykozidové väzby), začnú hydrolyzovať už v ústnej dutine po navlhčení slinami obsahujúcimi hydrolytický enzým -amylázu (-1,4-glykozidázu) (EC 3.2.1.1), ktorá štiepi 1,4-glykozidové väzby v škrobe, ale nepôsobí na 1,6-glykozidových väzbách.

Navyše, čas kontaktu enzýmu so škrobom v ústnej dutine je krátky, takže škrob je čiastočne trávený, pričom vznikajú veľké fragmenty – dextríny a časť disacharidu maltózy. Disacharidy nie sú hydrolyzované slinnou amylázou.

Pri vstupe do žalúdka v kyslom prostredí je slinná amyláza inhibovaná, proces trávenia môže nastať iba vo vnútri potravinovej kómy, kde môže aktivita amylázy pretrvávať nejaký čas, kým sa pH v celom kuse nestane kyslým. V žalúdočnej šťave nie sú žiadne enzýmy, ktoré štiepia sacharidy, je možná len mierna kyslá hydrolýza glykozidových väzieb.

Hlavným miestom hydrolýzy oligo- a polysacharidov je tenké črevo, v ktorého rôznych častiach sa vylučujú určité glykozidázy.

V dvanástniku je obsah žalúdka neutralizovaný sekréciou pankreasu s obsahom hydrogénuhličitanov HCO 3 - s pH 7,5-8,0. V tajomstve pankreasu sa nachádza pankreatická amyláza, ktorá hydrolyzuje -1,4-glykozidové väzby v škrobe a dextrínoch za vzniku disacharidov maltózy (v tomto sacharide sú dva glukózové zvyšky spojené -1,4-glykozidickým väzby) a izomaltóza (v tomto uhľohydráte dva glukózové zvyšky umiestnené na miestach vetvenia v molekule škrobu a spojené a-1,6-glykozidovými väzbami). Vznikajú tiež oligosacharidy obsahujúce 8–10 glukózových zvyškov spojených -1,4-glykozidovými a -1,6-glykozidovými väzbami.

Obidve amylázy sú endoglykozidázy. Pankreatická amyláza tiež nehydrolyzuje -1,6-glykozidové väzby v škrobe a -1,4-glykozidové väzby, ktorými sú v molekule celulózy spojené glukózové zvyšky.

Celulóza prechádza črevami v nezmenenej forme a slúži ako balastná látka, ktorá dodáva potrave objem a uľahčuje proces trávenia. V hrubom čreve pôsobením bakteriálnej mikroflóry môže byť celulóza čiastočne hydrolyzovaná za vzniku alkoholov, organických kyselín a CO 2, ktoré môžu pôsobiť ako stimulanty črevnej motility.

Maltóza, izomaltóza a triózové cukry vytvorené v hornom čreve sú ďalej hydrolyzované v tenkom čreve špecifickými glykozidázami. Disacharidy z potravy, sacharóza a laktóza, sú tiež hydrolyzované špecifickými disacharidázami v tenkom čreve.

V črevnom lúmene je aktivita oligo- a disacharidáz nízka, ale väčšina enzýmov je spojená s povrchom epitelových buniek, ktoré sa v čreve nachádzajú na prstovitých výrastkoch - klkoch a sú naopak pokryté microvilli, všetky tieto bunky tvoria kefový lem, ktorý zväčšuje kontaktný povrch hydrolytických enzýmov s ich substrátmi.

Štiepením glykozidických väzieb v disacharidoch sa enzýmy (disacharidázy) zoskupujú do enzýmových komplexov umiestnených na vonkajšom povrchu cytoplazmatickej membrány enterocytov: sacharáza-izomaltáza, glykoamyláza, -glykozidáza.

5.2.2. Komplex sacharáza-izomaltáza. Tento komplex pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov a je pripojený k povrchu enterocytu pomocou transmembránovej hydrofóbnej domény umiestnenej v N-terminálnej časti polypeptidu. Komplex sacharáza-izomaltáza (EC 3.2.1.48 a 3.2.1.10) štiepi -1,2- a -1,6-glykozidové väzby v sacharóze a izomaltóze.

Oba enzýmy komplexu sú tiež schopné hydrolyzovať α-1,4-glykozidové väzby v maltóze a maltotrióze (trisacharid obsahujúci tri glukózové zvyšky a vznikajúci pri hydrolýze škrobu).

Hoci komplex má dosť vysokú maltázovú aktivitu, hydrolyzuje 80 % maltózy vytvorenej počas štiepenia oligo- a polysacharidov, jeho hlavnou špecifickosťou je stále hydrolýza sacharózy a izomaltózy, pričom rýchlosť hydrolýzy glykozidových väzieb je väčšia ako rýchlosť hydrolýzy väzieb v maltóze a maltotrióze. Podjednotka sacharózy je jediný črevný enzým, ktorý hydrolyzuje sacharózu. Komplex je lokalizovaný najmä v jejune, v proximálnej a distálnej časti čreva je obsah sacharázo-izomaltázového komplexu nevýznamný.

5.2.3. glykoamylázový komplex. Tento komplex (EC 3.2.1.3 a 3.2.1.20) hydrolyzuje -1,4-glykozidové väzby medzi glukózovými zvyškami v oligosacharidoch. Aminokyselinová sekvencia glykoamylázového komplexu má 60% homológiu so sekvenciou sacharáza-izomaltázového komplexu. Oba komplexy patria do rodiny 31 glykozylhydroláz. Ako exoglykozidáza pôsobí enzým z redukujúceho konca, môže tiež štiepiť maltózu, pričom v tejto reakcii pôsobí ako maltáza (v tomto prípade glykoamylázový komplex hydrolyzuje zvyšných 20% maltózových oligo- a polysacharidov vytvorených počas trávenia) . Komplex obsahuje dve katalytické podjednotky s malými rozdielmi v substrátovej špecifickosti. Komplex je najaktívnejší v dolných častiach tenkého čreva.

5.2.4.  - Glykozidázový komplex (laktáza). Tento enzýmový komplex hydrolyzuje -1,4-glykozidové väzby medzi galaktózou a glukózou v laktóze.

Glykoproteín je spojený s kefovým lemom a je nerovnomerne distribuovaný v tenkom čreve. S vekom aktivita laktázy klesá: je maximálna u dojčiat, u dospelých je nižšia ako 10 % úrovne enzýmovej aktivity izolovanej u detí.

5.2.5. Tregalase. Tento enzým (EC 3.2.1.28) je glykozidázový komplex, ktorý hydrolyzuje väzby medzi monomérmi v trehalóze, disacharide, ktorý sa nachádza v hubách a pozostáva z dvoch glukozylových zvyškov spojených glykozidickou väzbou medzi prvými anomérnymi uhlíkmi.

V dôsledku pôsobenia glykozylhydroláz sa z potravinových sacharidov v dôsledku pôsobenia glykozylhydroláz tvoria monosacharidy: glukóza, fruktóza, galaktóza vo veľkom množstve, v menšej miere - manóza, xylóza, arabinóza, ktoré sú absorbované epitelové bunky jejuna a ilea a transportované cez membrány týchto buniek pomocou špeciálnych mechanizmov.

5.2.6. Transport monosacharidov cez membrány črevných epiteliálnych buniek. Prenos monosacharidov do buniek črevnej sliznice sa môže uskutočniť uľahčenou difúziou a aktívnym transportom. V prípade aktívneho transportu je glukóza transportovaná cez membránu spolu s iónom Na + jedným nosným proteínom a tieto látky interagujú s rôznymi časťami tohto proteínu (obr. 5.12). Na + ión vstupuje do bunky pozdĺž koncentračného gradientu a glukóza  proti koncentračnému gradientu (sekundárny aktívny transport), preto čím väčší je gradient, tým viac glukózy sa prenesie do enterocytov. S poklesom koncentrácie Na + v extracelulárnej tekutine klesá zásoba glukózy. Gradient koncentrácie Na+, ktorý je základom aktívneho symportu, je zabezpečený pôsobením Na+, K+-ATPázy, ktorá funguje ako pumpa pumpujúca Na+ von z bunky výmenou za K+ ión. Rovnakým spôsobom galaktóza vstupuje do enterocytov mechanizmom sekundárneho aktívneho transportu.

Ryža. 5.12. Vstup monosacharidov do enterocytov. SGLT1 - sodík-dependentný transportér glukózy/galaktózy v membráne epitelových buniek; Na +, K + -ATPáza na bazolaterálnej membráne vytvára koncentračný gradient sodíkových a draselných iónov nevyhnutný pre fungovanie SGLT1. GLUT5 transportuje hlavne fruktózu cez membránu do bunky. GLUT2 na bazolaterálnej membráne transportuje glukózu, galaktózu a fruktózu von z bunky (podľa )

V dôsledku aktívneho transportu môžu enterocyty absorbovať glukózu v jej nízkej koncentrácii v črevnom lúmene. Pri vysokej koncentrácii glukózy sa do buniek dostáva uľahčenou difúziou pomocou špeciálnych nosných proteínov (transportérov). Rovnakým spôsobom sa fruktóza prenáša do epiteliálnych buniek.

Monosacharidy vstupujú do krvných ciev z enterocytov hlavne uľahčenou difúziou. Polovica glukózy cez kapiláry klkov cez portálnu žilu je transportovaná do pečene, polovica je dodávaná krvou do buniek iných tkanív.

5.2.7. Transport glukózy z krvi do buniek. Vstup glukózy z krvi do buniek sa uskutočňuje uľahčenou difúziou, t.j. rýchlosť transportu glukózy je určená gradientom jej koncentrácií na oboch stranách membrány. Vo svalových bunkách a tukovom tkanive je uľahčená difúzia regulovaná pankreatickým hormónom inzulínom. V neprítomnosti inzulínu bunková membrána neobsahuje transportéry glukózy. Transportér glukózy (transportér) z erytrocytov (GLUT1), ako je vidieť na obr. 5.13 je transmembránový proteín pozostávajúci zo 492 aminokyselinových zvyškov a majúci štruktúru domény. Polárne aminokyselinové zvyšky sú umiestnené na oboch stranách membrány, hydrofóbne sú lokalizované v membráne a niekoľkokrát ju prechádzajú. Na vonkajšej strane membrány je väzbové miesto pre glukózu. Keď sa glukóza naviaže, zmení sa konformácia nosiča a väzbové miesto pre monosacharid sa otvorí vo vnútri bunky. Glukóza prechádza do bunky, pričom sa oddeľuje od nosného proteínu.

5.2.7.1. Transportéry glukózy: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Transportéry glukózy boli nájdené vo všetkých tkanivách, ktorých existuje niekoľko druhov, očíslovaných v poradí, v akom boli objavené. Je opísaných päť typov GLUT, ktoré majú podobnú primárnu štruktúru a organizáciu domén.

GLUT 1, lokalizovaný v mozgu, placente, obličkách, hrubom čreve, erytrocytoch, dodáva glukózu do mozgu.

GLUT 2 transportuje glukózu z orgánov, ktoré ju vylučujú do krvi: enterocyty, pečeň, transportuje ju do β-buniek Langerhansových ostrovčekov pankreasu.

GLUT 3 sa nachádza v mnohých tkanivách vrátane mozgu, placenty, obličiek a zabezpečuje prísun glukózy do buniek nervového tkaniva.

GLUT 4 transportuje glukózu do svalových buniek (kostrových a srdcových) a tukového tkaniva a je závislý od inzulínu.

GLUT 5 sa nachádza v bunkách tenkého čreva a môže tolerovať aj fruktózu.

Všetky nosiče môžu byť lokalizované v cytoplazme

Ryža. 5.13. Štruktúra proteínu nosiča (transportéra) glukózy z erytrocytov (GLUT1) (podľa)

vezikuly v bunkách a v plazmatickej membráne. Pri nedostatku inzulínu sa GLUT 4 nachádza iba vo vnútri bunky. Vplyvom inzulínu sa vezikuly transportujú do plazmatickej membrány, splynú s ňou a do membrány sa zabuduje GLUT 4, po čom transportér uľahčuje difúziu glukózy do bunky. Po znížení koncentrácie inzulínu v krvi sa transportéry opäť vrátia do cytoplazmy a transport glukózy do bunky sa zastaví.

V práci transportérov glukózy boli identifikované rôzne poruchy. Pri dedičnom defekte nosných proteínov vzniká diabetes mellitus nezávislý od inzulínu. Okrem defektov bielkovín existujú aj ďalšie poruchy spôsobené: 1) poruchou prenosu inzulínového signálu o pohybe transportéra na membránu, 2) poruchou pohybu transportéra, 3) poruchou v zahrnutie proteínu do membrány, 4) porušenie šnurovania z membrány.

5.2.8. inzulín. Táto zlúčenina je hormón vylučovaný β-bunkami Langerhansových ostrovčekov pankreasu. Inzulín je polypeptid pozostávajúci z dvoch polypeptidových reťazcov: jeden obsahuje 21 aminokyselinových zvyškov (reťazec A), druhý obsahuje 30 aminokyselinových zvyškov (reťazec B). Reťazce sú vzájomne prepojené dvoma disulfidovými väzbami: A7-B7, A20-B19. Vo vnútri A-reťazca je intramolekulárna disulfidová väzba medzi šiestym a jedenástym zvyškom. Hormón môže existovať v dvoch konformáciách: T a R (obr. 5.14).

Ryža. 5.14. Priestorová štruktúra monomérnej formy inzulínu: a bravčový inzulín, T-konformácia, b ľudský inzulín, R-konformácia (zobrazený A-reťazec červená farba, B-reťazec  žltá) (podľa )

Hormón môže existovať ako monomér, dimér a hexamér. V hexamérnej forme je inzulín stabilizovaný iónom zinku, ktorý sa koordinuje s His10 B reťazcom všetkých šiestich podjednotiek (obr. 5.15).

Cicavčie inzulíny majú veľkú homológiu v primárnej štruktúre s ľudským inzulínom: napríklad v prasacom inzulíne je iba jedna substitúcia - namiesto treonínu na karboxylovom konci B-reťazca je alanín, v hovädzom inzulíne sú tri ďalšie aminokyseliny rezíduí v porovnaní s ľudským inzulínom. Najčastejšie sa substitúcie vyskytujú na pozíciách 8, 9 a 10 A reťazca, ktoré však významne neovplyvňujú biologickú aktivitu hormónu.

Substitúcie aminokyselinových zvyškov v polohách disulfidových väzieb, hydrofóbne zvyšky v C- a N-koncových oblastiach A-reťazca a v C-koncových oblastiach B-reťazca sú veľmi zriedkavé, čo poukazuje na dôležitosť týchto oblasti v prejave biologickej aktivity inzulínu. Na tvorbe aktívneho centra hormónu sa podieľajú zvyšky Phe24 a Phe25 B-reťazca a C- a N-koncové zvyšky A-reťazca.

Ryža. 5.15. Priestorová štruktúra hexaméru inzulínu (R 6) (podľa )

5.2.8.1. biosyntéza inzulínu. Inzulín sa syntetizuje ako prekurzor, preproinzulín, obsahujúci 110 aminokyselinových zvyškov, na polyribozómoch v hrubom endoplazmatickom retikule. Biosyntéza začína tvorbou signálneho peptidu, ktorý vstupuje do lúmenu endoplazmatického retikula a riadi pohyb rastúceho polypeptidu. Na konci syntézy sa signálny peptid s dĺžkou 24 aminokyselinových zvyškov odštiepi z preproinzulínu za vzniku proinzulínu, ktorý obsahuje 86 aminokyselinových zvyškov a prenesie sa do Golgiho aparátu, kde v nádržiach prebieha ďalšie zrenie inzulínu. Priestorová štruktúra proinzulínu je znázornená na obr. 5.16.

V procese dlhodobého zrenia sa pôsobením serínových endopeptidáz PC2 a PC1/3 najskôr štiepi peptidová väzba medzi Arg64 a Lys65, potom sa hydrolyzuje peptidová väzba tvorená Arg31 a Arg32, pričom C-peptid pozostáva z 31 aminokyselinových zvyškov sa štiepi. Konverzia proinzulínu na inzulín obsahujúci 51 aminokyselinových zvyškov končí hydrolýzou arginínových zvyškov na N-konci A-reťazca a C-konci B-reťazca pôsobením karboxypeptidázy E, ktorá vykazuje špecifickosť podobnú karboxypeptidáza B, t.j. hydrolyzuje peptidové väzby, iminoskupinu, ktorá patrí k hlavnej aminokyseline (obr. 5.17 a 5.18).

Ryža. 5.16. Navrhovaná priestorová štruktúra proinzulínu v konformácii, ktorá podporuje proteolýzu. Červené guľôčky označujú aminokyselinové zvyšky (Arg64 a Lys65; Arg31 a Arg32), peptidové väzby medzi ktorými podliehajú hydrolýze v dôsledku spracovania proinzulínu (podľa )

Inzulín a C-peptid v ekvimolárnych množstvách vstupujú do sekrečných granúl, kde inzulín v interakcii s iónom zinku vytvára diméry a hexaméry. Sekrečné granuly, ktoré sa spájajú s plazmatickou membránou, vylučujú inzulín a C-peptid do extracelulárnej tekutiny v dôsledku exocytózy. Polčas inzulínu v krvnej plazme je 3-10 minút, polčas C-peptidu je asi 30 minút. Inzulín sa rozkladá pôsobením enzýmu inzulínázy, tento proces prebieha v pečeni a obličkách.

5.2.8.2. Regulácia syntézy a sekrécie inzulínu. Hlavným regulátorom sekrécie inzulínu je glukóza, ktorá reguluje expresiu génu inzulínu a proteínových génov podieľajúcich sa na metabolizme hlavných nosičov energie. Glukóza sa môže priamo viazať na transkripčné faktory, čo má priamy vplyv na rýchlosť génovej expresie. Je možný sekundárny účinok na sekréciu inzulínu a glukagónu, keď uvoľnenie inzulínu zo sekrečných granúl aktivuje transkripciu inzulínovej mRNA. Ale sekrécia inzulínu závisí od koncentrácie iónov Ca 2+ a s ich nedostatkom klesá aj pri vysokej koncentrácii glukózy, ktorá aktivuje syntézu inzulínu. Okrem toho je inhibovaný adrenalínom, keď sa viaže na  2 receptory. Stimulátory sekrécie inzulínu sú rastové hormóny, kortizol, estrogény, hormóny tráviaceho traktu (sekretin, cholecystokinín, žalúdočný inhibičný peptid).

Ryža. 5.17. Syntéza a spracovanie preproinzulínu (podľa )

Sekrécia inzulínu β-bunkami Langerhansových ostrovčekov v reakcii na zvýšenie koncentrácie glukózy v krvi sa uskutočňuje nasledovne:

Ryža. 5.18. Spracovanie proinzulínu na inzulín hydrolýzou peptidovej väzby medzi Arg64 a Lys65, katalyzovanou serínovou endopeptidázou PC2 a štiepením peptidovej väzby medzi Arg31 a Arg32 serínovou endopeptidázou PC1/3, konverzia končí štiepením arginínových zvyškov na N - koniec A-reťazca a C-koniec B-reťazca pôsobením karboxypeptidázy E (odštiepené arginínové zvyšky sú znázornené v krúžkoch). V dôsledku spracovania vzniká okrem inzulínu C-peptid (podľa)

1) glukóza je transportovaná do -buniek nosným proteínom GLUT 2;

2) v bunke glukóza podlieha glykolýze a ďalej sa oxiduje v dýchacom cykle za tvorby ATP; intenzita syntézy ATP závisí od hladiny glukózy v krvi;

3) pôsobením ATP sú kanály draslíkových iónov uzavreté a membrána je depolarizovaná;

4) depolarizácia membrány spôsobí otvorenie napäťovo závislých vápnikových kanálov a vstup vápnika do bunky;

5) zvýšenie hladiny vápnika v bunke aktivuje fosfolipázu C, ktorá štiepi jeden z membránových fosfolipidov – fosfatidylinozitol-4,5-difosfát – na inozitol-1,4,5-trifosfát a diacylglycerol;

6) inozitoltrifosfát, viažuci sa na receptorové proteíny endoplazmatického retikula, spôsobuje prudké zvýšenie koncentrácie viazaného intracelulárneho vápnika, čo vedie k uvoľneniu vopred syntetizovaného inzulínu uloženého v sekrečných granulách.

5.2.8.3. Mechanizmus účinku inzulínu. Hlavným účinkom inzulínu na svalové a tukové bunky je zvýšenie transportu glukózy cez bunkovú membránu. Stimulácia inzulínom vedie k zvýšeniu rýchlosti vstupu glukózy do bunky 20-40 krát. Pri stimulácii inzulínom dochádza k 5–10-násobnému zvýšeniu obsahu glukózových transportných proteínov v plazmatických membránach pri súčasnom znížení o 50–60 % ich obsahu v intracelulárnom poole. Potrebné množstvo energie vo forme ATP je potrebné hlavne na aktiváciu inzulínového receptora, a nie na fosforyláciu transportného proteínu. Stimulácia transportu glukózy zvyšuje spotrebu energie 20 až 30-krát, zatiaľ čo na pohyb glukózových transportérov je potrebné len malé množstvo glukózy. Translokácia glukózových transportérov do bunkovej membrány sa pozoruje už niekoľko minút po interakcii inzulínu s receptorom a na urýchlenie alebo udržanie procesu cyklovania transportných proteínov sú potrebné ďalšie stimulačné účinky inzulínu.

Inzulín, podobne ako iné hormóny, pôsobí na bunky prostredníctvom zodpovedajúceho receptorového proteínu. Inzulínový receptor je komplexný integrálny proteín bunkovej membrány pozostávajúci z dvoch -podjednotiek (130 kDa) a dvoch -podjednotiek (95 kDa); prvé sú umiestnené úplne mimo bunky, na jej povrchu, druhé prenikajú cez plazmatickú membránu.

Inzulínový receptor je tetramér pozostávajúci z dvoch extracelulárnych α-podjednotiek interagujúcich s hormónom a navzájom spojených disulfidovými mostíkmi medzi cysteínmi 524 a Cys682, Cys683, Cys685 tripletom oboch α-podjednotiek (pozri obr. 5.19, a) a dve transmembránové -podjednotky vykazujúce aktivitu tyrozínkinázy spojené disulfidovým mostíkom medzi Cys647 () a Cys872. Polypeptidový reťazec α-podjednotky s molekulovou hmotnosťou 135 kDa obsahuje 719 amino-

Ryža. 5.19. Štruktúra diméru inzulínového receptora: a modulárna štruktúra inzulínového receptora. Hore - a-podjednotky spojené disulfidovými mostíkmi Cys524, Cys683-685 a pozostávajúce zo šiestich domén: dve obsahujúce leucínové opakovania L1 a L2, oblasť CR bohatú na cysteín a tri fibronektínové domény typu III Fno, Fn1, ID (úvod doména). Nižšie - -podjednotky spojené s -podjednotkou disulfidovým mostíkom Cys647Cys872 a pozostávajúce zo siedmich domén: tri fibronektínové domény ID, Fn 1 a Fn 2, transmembránová doména TM susediaca s membránou domény JM, doména tyrozínkinázy TK, C-koniec ST; b priestorové usporiadanie receptora, jeden dimér je znázornený farebne, druhý je biely, A  aktivačná slučka oproti miestu väzby hormónu, X (červená)  C-koncová časť -podjednotky, X (čierna)  N-koncová časť -podjednotky, žlté guľôčky 1,2,3 - disulfidové väzby medzi cysteínovými zvyškami na pozíciách 524, 683-685, 647-872 (podľa )

kyslých zvyškov a pozostáva zo šiestich domén: dvoch domén L1 a L2 obsahujúcich leucínové opakovania, CR oblasť bohatej na cysteín, kde sa nachádza centrum viažuce inzulín a tri fibronektínové domény typu III Fno, Fn1, Ins (úvodná doména) ( pozri obr. 5.18). -podjednotka obsahuje 620 aminokyselinových zvyškov, má molekulovú hmotnosť 95 kDa a skladá sa zo siedmich domén: tri fibronektínové domény ID, Fn 1 a Fn 2, transmembránová TM doména, JM doména susediaca s membránou, TK tyrozínkinázová doména a C-koncový CT. Na receptore sa našli dve miesta viažuce inzulín: jedno s vysokou afinitou a druhé s nízkou afinitou. Na vedenie hormonálneho signálu do bunky sa musí inzulín naviazať na vysoko afinitné miesto. Toto centrum sa tvorí, keď sa inzulín viaže z domén L1, L2 a CR jednej -podjednotky a fibronektínových domén druhej, zatiaľ čo usporiadanie -podjednotiek je navzájom opačné, ako je znázornené na obr. 5.19, s.

Pri absencii interakcie inzulínu s centrom vysokej afinity receptora sú -podjednotky od -podjednotiek posunuté výbežkom (vačkou), ktorý je súčasťou CR domény, ktorá bráni kontaktu aktivačnej slučky (A -slučka) tyrozínkinázovej domény jednej -podjednotky s fosforylačnými miestami na inej - podjednotke (obrázok 5.20, b). Keď sa inzulín naviaže na vysokoafinitné centrum inzulínového receptora, zmení sa konformácia receptora, výstupok už nebráni priblíženiu - a -podjednotiek, aktivačné slučky TK domén interagujú s miestami fosforylácie tyrozínu na protiľahlom TK. doméne, transfosforylácia -podjednotiek nastáva na siedmich tyrozínových zvyškoch: Y1158, Y1162, Y1163 aktivačnej slučky (ide o regulačnú doménu kinázy), Y1328, Y1334 domény ST, Y965, Y972 domény JM (obr. 5. , a), čo vedie k zvýšeniu tyrozínkinázovej aktivity receptora. V polohe 1030 TK je v katalyticky aktívnom centre obsiahnutý lyzínový zvyšok - ATP-väzbové centrum. Nahradenie tohto lyzínu mnohými inými aminokyselinami miestne cielenou mutagenézou ruší aktivitu tyrozínkinázy inzulínového receptora, ale nezhoršuje väzbu inzulínu. Avšak pridanie inzulínu k takémuto receptoru nemá žiadny vplyv na bunkový metabolizmus a proliferáciu. Fosforylácia niektorých serín-treonínových zvyškov naopak znižuje afinitu k inzulínu a znižuje aktivitu tyrozínkinázy.

Je známych niekoľko substrátov inzulínových receptorov: IRS-1 (substrát inzulínového receptora), IRS-2, proteíny rodiny STAT (prevodník signálu a aktivátor transkripcie - prevodníkom signálu a aktivátorom transkripcie sa podrobne venuje časť 4 „Biochemické základy obranyschopnosti reakcie“).

IRS-1 je cytoplazmatický proteín, ktorý sa viaže na fosforylované tyrozíny inzulínového receptora TK svojou doménou SH2 a je fosforylovaný tyrozínkinázou receptora ihneď po stimulácii inzulínom. Stupeň fosforylácie substrátu závisí od zvýšenia alebo zníženia bunkovej odpovede na inzulín, amplitúdy zmien v bunkách a citlivosti na hormón. Príčinou inzulín-dependentného diabetu môže byť poškodenie génu IRS-1. Peptidový reťazec IRS-1 obsahuje asi 1200 aminokyselinových zvyškov, 20–22 potenciálnych tyrozínových fosforylačných centier a asi 40 serín-treonínových fosforylačných centier.

Ryža. 5.20. Zjednodušená schéma štrukturálnych zmien vo väzbe inzulínu na inzulínový receptor: a zmena konformácie receptora ako dôsledok väzby hormónov na vysokoafinitné centrum vedie k vytesneniu protrúzie, konvergencii podjednotiek a transfosforylácii TK domén; b pri absencii interakcie inzulínu s vysoko afinitným väzbovým miestom na inzulínovom receptore výbežok (cam) bráni priblíženiu - a -podjednotiek a transfosforylácii TK domén. A-slučka - aktivačná slučka domény TK, čísla 1 a 2 v kruhu - disulfidové väzby medzi podjednotkami, TK - doména tyrozínkinázy, C - katalytické centrum TK, sada 1 a sada 2 - aminokyselinové sekvencie -podjednotiek ktoré tvoria miesto s vysokou afinitou inzulínu k receptoru (podľa )

Fosforylácia IRS-1 na niekoľkých tyrozínových zvyškoch mu dáva schopnosť viazať sa na proteíny obsahujúce SH2 domény: tyrozín fosfatáza syp, p85 podjednotka PHI-3-kinázy (fosfatidylinozitol-3-kináza), adaptorový proteín Grb2, proteín tyrozín fosfatáza SH- PTP2, fosfolipáza C, GAP (aktivátor malých proteínov viažucich GTP). V dôsledku interakcie IRS-1 s podobnými proteínmi sa generujú viaceré downstream signály.

Ryža. 5.21. Translokácia glukózových transportných proteínov GLUT 4 vo svalových a tukových bunkách z cytoplazmy do plazmatickej membrány pôsobením inzulínu. Interakcia inzulínu s receptorom vedie k fosforylácii substrátu inzulínového receptora (IRS), ktorý viaže PI-3-kinázu (PI3K), ktorá katalyzuje syntézu fosfatidylinozitol-3,4,5-trifosfát fosfolipidu (PtdIns(3, 4,5) P3). Posledná uvedená zlúčenina naviazaním plextrínových domén (PH) mobilizuje proteínkinázy PDK1, PDK2 a PKV k bunkovej membráne. PDK1 fosforyluje RKB na Thr308, čím ju aktivuje. Fosforylovaný RKV sa spája s vezikulami obsahujúcimi GLUT4, čo spôsobuje ich translokáciu do plazmatickej membrány, čo vedie k zvýšenému transportu glukózy do svalových a tukových buniek (podľa )

Fosfolipáza C, stimulovaná fosforylovaným IRS-1, hydrolyzuje fosfolipid fosfatidylinozitol-4,5-difosfát bunkovej membrány za vzniku dvoch druhých poslov: inozitol-3,4,5-trifosfát a diacylglycerol. Inozitol-3,4,5-trifosfát, pôsobiaci na iónové kanály endoplazmatického retikula, z neho uvoľňuje vápnik. Diacylglycerol pôsobí na kalmodulín a proteínkinázu C, ktorá fosforyluje rôzne substráty, čo vedie k zmene aktivity bunkových systémov.

Fosforylovaný IRS-1 tiež aktivuje PHI-3-kinázu, ktorá katalyzuje fosforyláciu fosfatidylinozitol-4-fosfátu a fosfatidylinozitol-4,5-difosfátu v polohe 3 za vzniku fosfatidylinozitol-3-fosfátu, fosfatidylinozitol-3,4-difosfátu, a fosfatidylinozitol, v tomto poradí, -3,4,5-trifosfát.

PHI-3-kináza je heterodimér obsahujúci regulačné (p85) a katalytické (p110) podjednotky. Regulačná podjednotka má dve domény SH2 a doménu SH3, takže kináza PI-3 sa viaže na IRS-1 s vysokou afinitou. Deriváty fosfatidylinozitolu tvorené v membráne, fosforylované v polohe 3, viažu proteíny obsahujúce takzvanú plextrínovú (PH) doménu (doména vykazuje vysokú afinitu k fosfatidylinozitol-3-fosfátom): proteínkináza PDK1 (kináza závislá od fosfatidylinozitidu), proteín kináza B (PKV).

Proteínkináza B (PKB) pozostáva z troch domén: N-koncový plextrín, centrálna katalytická a C-koncová regulačná. Plektrínová doména je potrebná na aktiváciu RKV. Väzbou pomocou plextrínovej domény v blízkosti bunkovej membrány sa PKV približuje k proteínkináze PDK1, ktorá prostredníctvom

jeho plextrínová doména je tiež lokalizovaná v blízkosti bunkovej membrány. PDK1 fosforyluje Thr308 PKV kinázovej domény, čo vedie k aktivácii PKV. Aktivovaný PKV fosforyluje glykogénsyntázu kinázu 3 (v polohe Ser9), čo spôsobuje inaktiváciu enzýmu a tým proces syntézy glykogénu. Phi-3-fosfát-5-kináza tiež podlieha fosforylácii, ktorá pôsobí na vezikuly, v ktorých sú v cytoplazme adipocytov uložené nosné proteíny GLUT 4, čo spôsobuje pohyb glukózových transportérov k bunkovej membráne, inkorporáciu do nej a transmembránový transport glukózy do svalových a tukových buniek (obr. 5.21).

Inzulín ovplyvňuje nielen vstup glukózy do bunky pomocou nosných bielkovín GLUT 4. Podieľa sa na regulácii metabolizmu glukózy, tukov, aminokyselín, iónov, na syntéze bielkovín, ovplyvňuje procesy replikácie a transkripcie.

Účinok na metabolizmus glukózy v bunke sa uskutočňuje stimuláciou procesu glykolýzy zvýšením aktivity enzýmov zapojených do tohto procesu: glukokináza, fosfofruktokináza, pyruvátkináza, hexokináza. Inzulín cez adenylátcyklázovú kaskádu aktivuje fosfatázu, ktorá defosforyluje glykogénsyntázu, čo vedie k aktivácii syntézy glykogénu (obr. 5.22) a inhibícii procesu jeho rozkladu. Inhibíciou fosfoenolpyruvátkarboxykinázy inzulín inhibuje proces glukoneogenézy.

Ryža. 5.22. Schéma syntézy glykogénu

V pečeni a tukovom tkanive sa pôsobením inzulínu syntéza tukov stimuluje aktiváciou enzýmov: acetyl-CoA karboxyláza, lipoproteínová lipáza. V tomto prípade je štiepenie tukov inhibované, pretože inzulínom aktivovaná fosfatáza, defosforylujúca triacylglycerollipázu citlivú na hormóny, inhibuje tento enzým a koncentrácia mastných kyselín cirkulujúcich v krvi klesá.

V pečeni, tukovom tkanive, kostrovom svale a srdci ovplyvňuje inzulín rýchlosť transkripcie viac ako sto génov.

5.2.9. Glukagón. V reakcii na pokles koncentrácie glukózy v krvi produkujú -bunky Langerhansových ostrovčekov pankreasu "hormón hladu" - glukagón, čo je polypeptid s molekulovou hmotnosťou 3485 Da, pozostávajúci z 29 aminokyselín. zvyšky.

Účinok glukagónu je opačný ako účinok inzulínu. Inzulín podporuje ukladanie energie stimuláciou glykogenézy, lipogenézy a syntézy bielkovín a glukagón stimuláciou glykogenolýzy a lipolýzy spôsobuje rýchlu mobilizáciu potenciálnych zdrojov energie.

Ryža. 5.23. Štruktúra ľudského proglukagónu a tkanivovo špecifické spracovanie proglukagónu na peptidy odvodené od proglukagónu: glukagón a MPGF (primárny fragment proglukagónu) sa tvoria z proglukagónu v pankrease; v neuroendokrinných bunkách čreva a niektorých častiach centrálneho nervového systému, glycentín, oxyntomodulín, GLP-1 (peptid odvodený z proglukagónu), GLP-2, dva intermediárne peptidy (intervenujúci peptid - IP), GRPP - súvisiaci s glicentínom pankreatický polypeptid (polypeptid z pankreasu - derivát glycentínu) (podľa )

Hormón je syntetizovaný -bunkami Langerhansových ostrovčekov pankreasu, ako aj v neuroendokrinných bunkách čreva a v centrálnom nervovom systéme vo forme neaktívneho prekurzora  proglukagónu (molekulová hmotnosť 9 000 Da), obsahujúci 180 aminokyselinových zvyškov a prechádza spracovaním pomocou konvertázy 2 a vytváraním niekoľkých peptidov rôznych dĺžok, vrátane glukagónu a dvoch glukagónu podobných peptidov (glukagónu podobný peptid  GLP-1, GLP-2, glycentín) (obr. 5.23). 14 z 27 aminokyselinových zvyškov glukagónu je identických so zvyškami v molekule iného hormónu gastrointestinálneho traktu, sekretínu.

Na naviazanie glukagónu na receptory odpovedajúcich buniek je potrebná integrita jeho 1-27 sekvencie od N-konca. Dôležitú úlohu v prejave účinkov hormónu zohráva histidínový zvyšok umiestnený na N-konci a vo väzbe na receptory fragment 20-27.

V krvnej plazme sa glukagón neviaže na žiadny transportný proteín, jeho polčas je 5 minút, v pečeni je zničený proteinázami, pričom rozklad začína štiepením väzby medzi Ser2 a Gln3 a odstránením dipeptidu z N-konca.

Sekrécia glukagónu je inhibovaná glukózou, ale stimulovaná bielkovinovými potravinami. GLP-1 inhibuje sekréciu glukagónu a stimuluje sekréciu inzulínu.

Glukagón pôsobí len na hepatocyty a tukové bunky, ktoré preň majú receptory v plazmatickej membráne. V hepatocytoch naviazaním na receptory na plazmatickej membráne aktivuje glukagón adenylátcyklázu, ktorá katalyzuje tvorbu cAMP, pomocou G-proteínu, čo následne vedie k aktivácii fosforylázy, ktorá urýchľuje rozklad glykogénu a inhibíciu syntázy glykogénu a inhibíciu tvorby glykogénu. Glukagón stimuluje glukoneogenézu indukciou syntézy enzýmov zapojených do tohto procesu: glukóza-6-fosfatáza, fosfoenolpyruvátkarboxykináza, fruktóza-1,6-difosfatáza. Čistým účinkom glukagónu v pečeni je zvýšenie produkcie glukózy.

V tukových bunkách hormón tiež pomocou adenylátcyklázovej kaskády aktivuje triacylglycerollipázu citlivú na hormóny, čím stimuluje lipolýzu. Glukagón zvyšuje sekréciu katecholamínov dreňou nadobličiek. Tým, že sa glukagón podieľa na realizácii reakcií typu „bojuj alebo uteč“, zvyšuje dostupnosť energetických substrátov (glukóza, voľné mastné kyseliny) pre kostrové svaly a zvyšuje prekrvenie kostrového svalstva zvýšením práce srdca.

Glukagón nemá žiadny vplyv na glykogén kostrového svalstva kvôli takmer úplnej absencii glukagónových receptorov v nich. Hormón spôsobuje zvýšenie sekrécie inzulínu z pankreatických β-buniek a inhibíciu aktivity inzulínázy.

5.2.10. Regulácia metabolizmu glykogénu. Akumulácia glukózy v tele vo forme glykogénu a jej rozklad sú v súlade s energetickými potrebami organizmu. Smer procesov metabolizmu glykogénu je regulovaný mechanizmami závislými od pôsobenia hormónov: v pečeni inzulín, glukagón a adrenalín, vo svaloch inzulín a adrenalín. K prepínaniu procesov syntézy alebo rozkladu glykogénu dochádza pri prechode z obdobia absorpcie do obdobia postabsorpčného alebo keď sa stav pokoja mení na fyzickú prácu.

5.2.10.1. Regulácia aktivity glykogén fosforylázy a glykogén syntázy. Pri zmene koncentrácie glukózy v krvi dochádza k syntéze a sekrécii inzulínu a glukagónu. Tieto hormóny regulujú procesy syntézy a odbúravania glykogénu ovplyvňovaním aktivity kľúčových enzýmov týchto procesov: glykogénsyntázy a glykogénfosforylázy prostredníctvom ich fosforylácie-defosforylácie.

Ryža. 5.24 Aktivácia glykogénfosforylázy fosforyláciou zvyšku Ser14 kinázou glykogénfosforylázy a inaktivácia fosfatázou katalyzujúcou defosforyláciu serínového zvyšku (podľa )

Oba enzýmy existujú v dvoch formách: fosforylované (aktívna glykogén fosforyláza a a neaktívna glykogénsyntáza) a defosforylovaná (neaktívna fosforyláza b a aktívna glykogénsyntáza) (obrázky 5.24 a 5.25). Fosforylácia sa uskutočňuje kinázou katalyzujúcou prenos fosfátového zvyšku z ATP na serínový zvyšok a defosforylácia je katalyzovaná fosfoproteínfosfatázou. Kinázové a fosfatázové aktivity sú tiež regulované fosforyláciou-defosforyláciou (pozri obr. 5.25).

Ryža. 5.25. Regulácia aktivity glykogénsyntázy. Enzým je aktivovaný pôsobením fosfoproteínfosfatázy (PP1), ktorá defosforyluje tri fosfoserínové zvyšky blízko C-konca v glykogénsyntáze. Glykogénsyntáza kináza 3 (GSK3), ktorá katalyzuje fosforyláciu troch serínových zvyškov v glykogénsyntáze, inhibuje syntézu glykogénu a je aktivovaná fosforyláciou kazeínkinázy (CKII). Inzulín, glukóza a glukóza-6-fosfát aktivujú fosfoproteínfosfatázu, zatiaľ čo glukagón a epinefrín (epinefrín) ju inhibujú. Inzulín inhibuje účinok glykogénsyntázy kinázy 3 (podľa)

cAMP-dependentná proteínkináza A (PKA) fosforyluje fosforylázovú kinázu a premieňa ju na aktívny stav, ktorý následne fosforyluje glykogénfosforylázu. Syntéza cAMP je stimulovaná adrenalínom a glukagónom.

Inzulín cez kaskádu zahŕňajúcu proteín Ras (signálna dráha Ras) aktivuje proteínkinázu pp90S6, ktorá fosforyluje a tým aktivuje fosfoproteínfosfatázu. Aktívna fosfatáza defosforyluje a inaktivuje fosforylázovú kinázu a glykogénfosforylázu.

Fosforylácia glykogénsyntázy PKA vedie k jej inaktivácii a defosforylácia fosfoproteínfosfatázou aktivuje enzým.

5.2.10.2. Regulácia metabolizmu glykogénu v pečeni. Zmena koncentrácie glukózy v krvi mení aj relatívne koncentrácie hormónov: inzulínu a glukagónu. Pomer koncentrácie inzulínu ku koncentrácii glukagónu v krvi sa nazýva „inzulín-glukagónový index“. V postabsorpčnom období index klesá a regulácia koncentrácie glukózy v krvi je ovplyvnená koncentráciou glukagónu.

Glukagón, ako je uvedené vyššie, aktivuje uvoľňovanie glukózy do krvi v dôsledku rozkladu glykogénu (aktivácia glykogén fosforylázy a inhibícia glykogénsyntázy) alebo syntézou z iných látok - glukoneogenéza. Z glykogénu vzniká glukóza-1-fosfát, ktorý sa izomerizuje na glukóza-6-fosfát, ktorý sa pôsobením glukózo-6-fosfatázy hydrolyzuje za vzniku voľnej glukózy, ktorá môže opustiť bunku do krvi (obr. 5.26).

Pôsobenie adrenalínu na hepatocyty je podobné pôsobeniu glukagónu v prípade využitia  2 receptorov a je spôsobené fosforyláciou a aktiváciou glykogén fosforylázy. V prípade interakcie adrenalínu s  1 receptormi plazmatickej membrány sa transmembránový prenos hormonálneho signálu uskutočňuje pomocou mechanizmu inozitolfosfátu. V oboch prípadoch sa aktivuje proces štiepenia glykogénu. Použitie jedného alebo druhého typu receptora závisí od koncentrácie adrenalínu v krvi.

Ryža. 5.26. Schéma fosforolýzy glykogénu

Pri trávení stúpa inzulín-glukagónový index a prevažuje vplyv inzulínu. Inzulín znižuje koncentráciu glukózy v krvi, aktivuje fosforyláciou cestou Ras cAMP fosfodiesterázu, ktorá hydrolyzuje tohto druhého posla za vzniku AMP. Inzulín tiež prostredníctvom dráhy Ras aktivuje fosfoproteínfosfatázu glykogénových granúl, ktorá defosforyluje a aktivuje glykogénsyntázu a inaktivuje fosforylázovú kinázu a samotnú glykogénfosforylázu. Inzulín indukuje syntézu glukokinázy na urýchlenie fosforylácie glukózy v bunke a jej začlenenie do glykogénu. Inzulín teda aktivuje proces syntézy glykogénu a inhibuje jeho rozklad.

5.2.10.3. Regulácia metabolizmu glykogénu vo svaloch. V prípade intenzívnej svalovej práce je odbúravanie glykogénu urýchlené adrenalínom, ktorý sa viaže na  2 receptory a cez systém adenylátcyklázy vedie k fosforylácii a aktivácii fosforyláz kinázy a glykogén fosforylázy a inhibícii glykogénsyntázy (obr. 5.27 resp. 5.28). V dôsledku ďalšej premeny glukóza-6-fosfátu vytvoreného z glykogénu dochádza k syntéze ATP, ktorá je nevyhnutná na realizáciu intenzívnej svalovej práce.

Ryža. 5.27. Regulácia aktivity glykogén fosforylázy vo svaloch (podľa)

V pokoji je svalová glykogénfosforyláza neaktívna, pretože je v defosforylovanom stave, ale štiepenie glykogénu nastáva v dôsledku alosterickej aktivácie glykogénfosforylázy b pomocou AMP a ortofosfátu, ktoré vznikajú počas hydrolýzy ATP.

Ryža. 5.28. Regulácia aktivity glykogénsyntázy vo svaloch (podľa)

Pri miernych svalových kontrakciách môže byť fosforylázová kináza aktivovaná alostericky (iónmi Ca2+). Koncentrácia Ca2+ sa zvyšuje so svalovou kontrakciou v reakcii na signál motorického nervu. Pri zoslabení signálu pokles koncentrácie Ca2+ súčasne „vypne“ aktivitu kinázy, teda

Ca 2+ ióny sa podieľajú nielen na svalovej kontrakcii, ale aj na poskytovaní energie pre tieto kontrakcie.

Ca 2+ ióny sa viažu na kalmodulínový proteín, v tomto prípade pôsobiaci ako jedna z podjednotiek kinázy. Svalová fosforylázová kináza má štruktúru  4  4  4  4. Katalytické vlastnosti má iba -podjednotka, - a -podjednotky, ktoré sú regulačné, sú fosforylované na serínových zvyškoch pomocou PKA, -podjednotka je identická s proteínom kalmodulínu (podrobne diskutované v časti 2.3.2, časť 2 “ Biochemistry of Movement"), viaže štyri ióny Ca 2+, čo vedie ku konformačným zmenám, aktivácii katalytickej -podjednotky, hoci kináza zostáva v defosforylovanom stave.

Počas trávenia v pokoji dochádza aj k syntéze svalového glykogénu. Glukóza vstupuje do svalových buniek pomocou nosných proteínov GLUT 4 (ich mobilizácia do bunkovej membrány pôsobením inzulínu je podrobne popísaná v časti 5.2.4.3 a na obr. 5.21). Vplyv inzulínu na syntézu glykogénu vo svaloch sa tiež uskutočňuje prostredníctvom defosforylácie glykogénsyntázy a glykogénfosforylázy.

5.2.11. Neenzymatická glykozylácia proteínov. Jedným z typov posttranslačnej modifikácie proteínov je glykozylácia serínových, treonínových, asparagínových a hydroxylyzínových zvyškov pomocou glykozyltransferáz. Keďže pri trávení vzniká v krvi vysoká koncentrácia sacharidov (redukujúcich cukrov), je možná neenzymatická glykozylácia bielkovín, lipidov a nukleových kyselín, nazývaná glykácia. Produkty, ktoré sú výsledkom viacstupňovej interakcie cukrov s proteínmi, sa nazývajú pokročilé glykačné koncové produkty (AGE) a nachádzajú sa v mnohých ľudských proteínoch. Polčas rozpadu týchto produktov je dlhší ako u proteínov (od niekoľkých mesiacov do niekoľkých rokov) a rýchlosť ich tvorby závisí od úrovne a trvania expozície redukujúcim cukrom. Predpokladá sa, že s ich vznikom sú spojené mnohé komplikácie vyplývajúce z cukrovky, Alzheimerovej choroby a šedého zákalu.

Proces glykácie možno rozdeliť do dvoch fáz: skorú a neskorú. V prvej fáze glykácie dochádza k nukleofilnému napadnutiu karbonylovej skupiny glukózy -aminoskupinou lyzínu alebo guanidíniovou skupinou arginínu, čo vedie k vytvoreniu labilnej Schiffovej bázy - N-glykozylimín (obr. 5.29).Tvorba Schiffovej bázy je pomerne rýchly a reverzibilný proces.

Nasleduje preskupenie N-glykozylimín za vzniku produktu Amadori - 1-amino-1-deoxyfruktóza. Rýchlosť tohto procesu je nižšia ako rýchlosť tvorby glykozylimínu, ale výrazne vyššia ako rýchlosť hydrolýzy Schiffovej bázy,

Ryža. 5.29. Schéma glykácie proteínov. Otvorená forma uhľohydrátu (glukóza) reaguje s -aminoskupinou lyzínu za vzniku Schiffovej bázy, ktorá podlieha preskupeniu Amadoriho na ketoamín prostredníctvom prechodnej tvorby enolamínu. Amadoriho preskupenie sa urýchli, ak sa zvyšky aspartátu a arginínu nachádzajú v blízkosti lyzínového zvyšku. Ketoamín potom môže poskytnúť rôzne produkty (konečné produkty glykácie – AGE). Diagram ukazuje reakciu s druhou molekulou uhľohydrátu za vzniku diketoamínu (podľa )

preto sa v krvi hromadia proteíny obsahujúce 1-amino-1-deoxyfruktózové zvyšky Modifikácie lyzínových zvyškov v proteínoch v ranom štádiu glykácie sú zjavne uľahčené prítomnosťou histidínových, lyzínových alebo arginínových zvyškov v bezprostrednej blízkosti reagujúca aminoskupina, ktorá vykonáva kyselinu - hlavná katalýza procesu, ako aj aspartátové zvyšky, ktoré vytiahnu protón z druhého atómu uhlíka cukru. Ketoamín môže viazať ďalší sacharidový zvyšok na iminoskupine za vzniku dvojito glykovaného lyzínu, ktorý sa mení na diketoamín (pozri obr. 5.29).

Neskoré štádium glykácie vrátane ďalších transformácií N‑glykozylimín a produkt Amadori, pomalší proces vedúci k tvorbe stabilných konečných produktov glykácie (AGE). Nedávno sa objavili údaje o priamej účasti na tvorbe AGE α-dikarbonylových zlúčenín (glyoxal, metylglyoxal, 3-deoxyglukozón), ktoré vznikajú v vivo ako pri degradácii glukózy, tak v dôsledku transformácií Schiffovej bázy pri modifikácii lyzínu v zložení bielkovín glukózou (obr. 5.30). Špecifické reduktázy a sulfhydrylové zlúčeniny (kyselina lipoová, glutatión) sú schopné transformovať reaktívne dikarbonylové zlúčeniny na neaktívne metabolity, čo sa prejavuje poklesom tvorby konečných produktov glykácie.

Reakcie α-dikarbonylových zlúčenín s ε-aminoskupinami lyzínových zvyškov alebo guanidíniovými skupinami arginínových zvyškov v proteínoch vedú k tvorbe proteínových priečnych väzieb, ktoré sú zodpovedné za komplikácie spôsobené glykáciou proteínov pri cukrovke a iných ochoreniach. Okrem toho v dôsledku postupnej dehydratácie produktu Amadori na C4 a C5 vznikajú 1-amino-4-deoxy-2,3-dión a -endión, ktoré sa môžu podieľať aj na tvorbe intramolekulárnych a intermolekulárnych proteínových zosieťovaní .

Medzi AGEs charakterizované N ε ‑karboxymetyllyzín (CML) a N ε -karboxyetyllyzín (CEL), bis(lyzyl)imidazolové adukty (GOLD - glyoxal-lyzyl-lyzyl-dimér, MOLD - metylglyoxal-lyzyl-lysyl-dimér, DOLD - deoxyglukoson-lyzyl-lysyl-dimér), imidazolóny (G-H, MG‑ H a 3DG-H), pyrralín, argpyrimidín, pentozidín, crosslín a vesperlyzín. 5.31 ukazuje niektoré

Ryža. 5.30. Schéma glykácie proteínov v prítomnosti D-glukózy. V rámčeku sú zobrazené hlavné prekurzory produktov AGE, ktoré sú výsledkom glykácie (podľa )

konečné produkty glykácie. Napríklad pentozidín a karboxymetyllyzín (CML), konečné produkty glykácie vytvorené za oxidačných podmienok, sa nachádzajú v proteínoch s dlhou životnosťou: kožný kolagén a šošovkový kryštalín. Karboxymetyllyzín vnáša do proteínu negatívne nabitú karboxylovú skupinu namiesto pozitívne nabitej aminoskupiny, čo môže viesť k zmene náboja na povrchu proteínu, k zmene priestorovej štruktúry proteínu. CML je antigén rozpoznávaný protilátkami. Množstvo tohto produktu sa lineárne zvyšuje s vekom. Pentosidín je priečna väzba (zosieťujúci produkt) medzi produktom Amadori a arginínovým zvyškom v akejkoľvek polohe proteínu, vzniká z askorbátu, glukózy, fruktózy, ribózy, ktoré sa nachádzajú v mozgových tkanivách pacientov s Alzheimerovou chorobou, v koži a krvnej plazme diabetických pacientov.

Konečné produkty glykácie môžu podporovať oxidáciu voľných radikálov, zmenu náboja na povrchu proteínu, ireverzibilné zosieťovanie medzi rôznymi časťami proteínu, ktoré

narúša ich priestorovú štruktúru a fungovanie, robí ich odolnými voči enzymatickej proteolýze. Oxidácia voľnými radikálmi môže zase spôsobiť neenzymatickú proteolýzu alebo fragmentáciu proteínov, peroxidáciu lipidov.

Tvorba konečných produktov glykácie na proteínoch bazálnej membrány (kolagén typu IV, laminín, heparánsulfát proteoglykán) vedie k jej zhrubnutiu, zúženiu lúmenu kapilár a narušeniu ich funkcie. Tieto porušenia extracelulárnej matrice menia štruktúru a funkciu krvných ciev (zníženie elasticity cievnej steny, zmena v reakcii na vazodilatačný účinok oxidu dusnatého), prispievajú k rýchlejšiemu rozvoju aterosklerotického procesu.

Koncové produkty glykácie (AGE) tiež ovplyvňujú expresiu niekoľkých génov väzbou na špecifické AGE receptory lokalizované na fibroblastoch, T-lymfocytoch, v obličkách (mezangiálne bunky), v cievnej stene (endotel a bunky hladkého svalstva), v mozgu , ako aj v pečeni a slezine, kde sú najhojnejšie, teda v tkanivách bohatých na makrofágy, ktoré sprostredkúvajú prenos tohto signálu zvýšením tvorby voľných kyslíkových radikálov. Tie zas aktivujú transkripciu jadrového faktora NF-kB, ktorý reguluje expresiu mnohých génov, ktoré reagujú na rôzne poškodenia.

Jedným z účinných spôsobov, ako predchádzať nežiaducim následkom neenzymatickej glykozylácie bielkovín, je zníženie obsahu kalórií v potravinách, čo sa prejavuje znížením koncentrácie glukózy v krvi a znížením neenzymatickej väzby glukózy na bielkoviny s dlhou životnosťou, ako je hemoglobín. Zníženie koncentrácie glukózy vedie k zníženiu glykozylácie proteínov aj peroxidácie lipidov. Negatívny účinok glykozylácie je spôsobený tak narušením štruktúry a funkcií, keď je glukóza pripojená k proteínom s dlhou životnosťou, a následným oxidačným poškodením proteínov spôsobeným voľnými radikálmi vznikajúcimi počas oxidácie cukrov v prítomnosti iónov prechodných kovov. . Nukleotidy a DNA tiež podliehajú neenzymatickej glykozylácii, ktorá vedie k mutáciám v dôsledku priameho poškodenia DNA a inaktivácie opravných systémov, čo spôsobuje zvýšenú krehkosť chromozómov. V súčasnosti sa študujú prístupy na zabránenie účinku glykácie na proteíny s dlhou životnosťou pomocou farmakologických a genetických intervencií.