Всім відомо, що за найважливіший процес травлення, який є однією із систем життєзабезпечення організму людини. Відповідають цей процес білкові молекули чи молекули РНК, якщо простіше, то - ферменти.

Основною метою цих молекул є прискорення хімічних реакцій в організмі людини, тим самим забезпечуючи травлення. Якщо не вдаватися в біологію, ферменти, простіше кажучи, переробляють речовини, поділяючи їх на корисні і потрібні організму і ті, яких необхідно терміново позбутися.

Ліпази зустрічаються у роті; шлунок; та підшлункової залози. Оскільки лінгвальна ліпаза була інактивована шлунковою кислотою, вона, як вважають, була в основному представлена ​​для гігієни порожнини рота і для її антибактеріальної дії в роті, проте вона може продовжувати працювати на їжі, що зберігається в дні шлунка, і ця ліпаза може бути перетравлена до 30% жирів. Шлункова ліпаза мало важлива для людей.

У наступній таблиці показані ферменти для травлення жирів. Жовчні солі секретуються печінкою і мають гідрофопну та гідрофільну сторону. Вони будуть прикріплюватися до жирових глобулів, емульгувати їх і змушувати їх утворювати міцели. Анатомія міцели показана на наступній ілюстрації разом із біохімічною структурою жовчної солі.

Взагалі, система травлення людини починається від ротового отвору і закінчується анальним. Чомусь прийнято вважати, що всі травні процеси відбуваються тільки в шлунку та кишечнику. Насправді це далеко не так. Найважливіший процес травлення починається ще в роті та ковтку людини і там, як не дивно, теж є свої ферменти.

Міцели невеликі, і оскільки вони мають гідрофільну сторону зовні, вони ефективно дозволяють жирам діяти як водорозчинні частки. Це дозволяє їм проникати в невстановлений шар, прилеглий до епітелію тонкої кишки, абсорбуватися. У відсутність солей жовчі дуже мало жирних кислот проникають через цей шар, і більша частина жиру проходитиме через кишкову непрохідну та неабсорбовану, що викликає стеаторею.

Міцели дозволяють жирним кислотам і холестерину перетинати нестійкий шар і вступати в контакт з краєм кисті, де вони легко перетинають жиророзчинну клітинну мембрану. Декілька менших вільних жирних кислот переливаються через клітину і виходять на базально-бічну кордон, переходячи в капіляри. Однак більшість жирних кислот входять у гладкий ендоплазматичний ретикулум, де сироватка перепаковується на холемікрони. Вони проводяться із клітини шляхом екзоцитозу.

Травлення в глотці та ротовій порожнині

Те, що процес переробки їжі починається ще в ротовій порожнині та глотці вже давно доведено експериментальним шляхом. Насамперед на їжу в процесі пережовування починає впливати людська слина.

У порожнині рота і глотки розташовується безліч дрібних слинних залоз і три великі - їх протоки відкриваються безпосередньо в ротову порожнину. Усі вони починають активно виробляти слинну рідину, щойно у рот потрапляє їжа.

Холемікрони не входять у капіляри, а натомість переходять у лімфатичну систему, де їх переносять у грудну протоку. Торакальний канал спустошується у верхню порожнисту вену. Нуклеїнові основи поглинаються активним транспортом, пентози поглинаються іншими цукрами.

Чинники, які викликають мальабсорбцію жиру, можуть впливати на поглинання цих вітамінів. Вітамін В12 абсорбується в здухвинній кістці і вимагає бути пов'язаним із внутрішнім фактором, білком, що секретується в шлунку, для абсорбції. Від 30 до 80% споживання кальцію в організмі поглинається. Швидкість поглинання залежить від тілі людини. Майже вся абсорбція заліза відбувається у залізистій формі у дванадцятипалій кишці. Форма тривалентного заліза перетворюється на феросплави феритної редуктази.

Заради інтересу, можна знайти розташування слинних залоз і за допомогою дзеркала простежити за тим, як відбувається процес травлення в роті та глотці. Робиться це так:

• Для початку знайдемо привушні слинні залози. Натискайте на щоки трохи нижче і попереду вух з обох боків. Як тільки відчуєте активно виділення слини, ви виявили залози. У цей момент активне утворення слини, у ротовій порожнині, можна спостерігати й у дзеркало.
• Підщелепні слинні залози можна знайти, натиснувши на дві точки на відстані 2-3 сантиметри від краю щелепи. Якщо зробити все правильно, ви миттєво відчуєте, як рот наповнюється слиною.
• Під'язикова залоза.Вона знаходиться досить далеко, і промацати її дуже складно. Однак якщо різко піднімете мову до неба, напевно, ви побачите невеликий фонтанчик - це і є під'язикова залоза в дії.

У базолатеральній частині ентероциту іони заліза переносяться в міжзоряну рідину транспортером, який називається феропортином. У плазмі залізна форма знову повертається у форму тривалентного заліза та пов'язана з переносником білка перенесення заліза. Тонкий кишечник представлений 9 літрами, 2 зовнішніми та 7 внутрішніми, рідини на день для реабсорбції. У здоров'я всі, крім 200 см3, реабсорбуються.

Переходи між епітеліальними клітинами в товстій кишці набагато щільніші, ніж у тонкому кишечнику, що виключає витік натрію в просвіт. Більшість рідини і електролітів поглинається у висхідній ободової кишці. Хоча білки та цукру, як правило, всі поглинаються, коли рідина досягає товстої кишки, товста кишка здатна поглинати ці субстрати. Деякі речовини, що важко перетравлюються, такі як боби, можуть бути перетравлені бактеріями товстої кишки, і ці бактерії можуть навіть перетравлювати невелику кількість целюлози.

Взагалі, початок травного процесу в роті та глотці можна відчути ще до того, як ви почнете їсти. Згадайте, як від смачного запаху рот швидко наповнюється слиною або активне її утворення викликає стиглий лимон, порізаний на часточці.

Ці процеси говорять про те, що ферменти в роті і в глотці вже готові приступати до процесу травлення і залишається лише покласти шматочок їжі в рот і почати його активно пережовувати. До речі, щойно ви починаєте жувати, дію починають і ферменти шлунка.

Ви коли-небудь думали, як їжа перетравлюється всередині нашого тіла після того, як ми споживаємо? Внутрішня структура нашого організму надзвичайно ефективна при виконанні численних функцій, серед яких перетравлення є найважливішим з усіх процесів, що відбуваються.

Наш метаболізм організму контролюється групою травних ферментів, що секретуються різними органами травної системи. Ці ферменти допомагають у правильному перетравленні їжі. Ферментативне розщеплення починається в роті і поширюється на кишечник, де він перетворюється на більш простих частинок і потім виводиться нашим тілом. Ці травні ферменти діють як каталізатори розпаду вуглеводів, жирів та білків.

Щойно починаються рухатися щелепи – активно утворюється шлунковий сік. Саме тому багато лікарів радять пожувати гумку, приміряну за півгодини до трапези, щоб покращити травлення.

До речі, навіть зараз для пізнання системи травлення триває вивчення людської слини. Біоматеріал видобувається за допомогою спеціальної капсули присоски, яка кріпиться до слизової оболонки.Таким чином, слинна рідина через пробірку виходить назовні, де її збирають і відправляють на дослідження.

Джерело травних ферментів. Ці ферменти також присутні у слині, де вони допомагають першій стадії травлення. Ферменти класифікуються характером субстратів, у яких працюють. Травні ферменти широко поділяються на чотири групи.

• Протеолітичний фермент: розділити білки на амінокислоти.
• Ліполітичний фермент: розділити жири на жирні кислоти та гліцерин.
• Амілолітичний фермент: розколоти вуглевод і крохмаль на прості цукри.
• Нуклеолітичний фермент: поділити нуклеїнові кислоти на нуклеотиди.

Ротова порожнина чи рот містять слинні залози.

Функції слини

Взагалі слина виконує найважливіші захисні функції в організмі, а саме:

• Слина захищає слизову оболонку рота та глотки від пересихання.
• Ферменти нуклеази, які містяться в слинній рідині по мірі сил борються з вірусами та хвороботворними бактеріями, будучи частиною нашого імунітету.
• Ще в слині є ферменти необхідні для згортання крові, які запобігають запальним процесам у роті та глотці.

Однак, першорядною функцією слинної рідини є травна. Якщо не участь слини в цьому найважливішому процесі, людина просто не змогла б перетравлювати певні види продуктів. А деякі звичні страви були б для нас смертельно небезпечними.

Слинна залоза виділяє лізоцим ферменту, який має антибактеріальну дію. Ферменти, що виділяються ротовою порожниною, в основному забезпечують захист від бактерій. Бетаїн допомагає підтримувати баланс рідини усередині рота. Амілаза - перетворює крохмаль на розчинні цукри. Бетаїн. Підтримує баланс клітинної рідини як осмолітів. Бромелайн – протизапальний засіб, що розм'якшує м'ясо.

Ферменти, які виділяються шлунком, відомі як шлункові ферменти. Шлунок виділяє соляну кислоту, яка вбиває бактерії та мікроби та забезпечує кислотне середовище для належної ферментативної активності ферментів протеази. Гастрична амілаза - Деградація крохмалю Гелатинази - Деградація желатину та колагену. Реннін. Перетворення рідкого молока на тверді частки. Шлункова ліпаза – Деградація масляного жиру.

Склад та ферменти слини

Фактично слина – це єдиний біоматеріал, завдяки якому в роті та горлянці людини присутні ферменти. З чого складається слинна рідина, безпосередньо залежить від віку та стану здоров'я пацієнта. Насамперед вивчається секреція рідини, яка зазвичай знаходиться в межах від 1 до 200 мілілітрів на годину. Максимальний показник виникає у момент переробки їжі.

Підшлункова залоза є основною травною залозою нашого організму. Травні ферменти вуглеводного розщеплення підшлункової залози та молекули крохмалю до простих цукрів. Вони також виділяють групу ферментів, що сприяють деградації нуклеїнових кислот. Він функціонує як ендокринна та екзокринна залоза.

Фосфоліпаза – гідроліз фосфоліпідів у жирні кислоти. Трипсин – конвертує білки в основні амінокислоти. Стейпсин. Розкладання тригліцеридів на гліцерин та жирні кислоти. Карбоксипептидаза – деградація білків до амінокислот. Панкреатична амілаза. Деградація вуглеводів до найпростіших цукрів.

Зовні слина – це в'язка, безбарвна, трохи каламутна рідина. Невелика замутненість виникає через те, що рідина містить різні органічні та неорганічні речовини.

Тепер про ферменти. У слині вони зустрічаються трьох основних видів:

• Ті, що утворені паренхімними клітинами.
• Продукти життєдіяльності мікрофлори організму, або простіше кажучи, бактерій.
• Ті, що з'являються внаслідок руйнування білих кров'яних тілець у роті.

Найважливішим ферментом слини можна назвати амілазу. Саме вона бере участь у такому складному процесі, як розщеплення крохмалю, який зустрічається практично у всіх видах їжі від рослинної до тваринної. Крохмаль амілаза розщеплює до сахариду та невеликої кількості глюкози, які добре засвоюються організмом.

Еластази - деградувати білкові еластинові нуклеази - перетворення нуклеїнових кислот на нуклеотиди та нуклеозиди. Наприкінці цього розділу ви можете. Поясніть спеціалізовані функції органів, які беруть участь у переробці їжі в організмі. Опишіть способи спільної роботи органів для засвоєння їжі та поглинання поживних речовин. Поясніть процеси травлення та абсорбції. . Всі живі організми потребують поживних речовин, щоб вижити. У той час як рослини можуть отримувати поживні речовини зі свого коріння та молекули енергії, необхідні для клітинної функції в процесі фотосинтезу, тварини отримують свої поживні речовини за рахунок споживання інших організмів.

Виробляють амілазу залізисті клітини, фермент накопичується в них у неактивному вигляді.Активація цього ферменту відбувається при потраплянні в організм їжі із вмістом білка. Ідеальне середовище для роботи амілази температура не вище 36,6 градуса та нормальне кислотно-лужне середовище в організмі.

Ще не можна не згадати такий фермент, як мальтаза. Цей фермент активно займається розщепленням сахариду мальтози і перетворює його на безпечну для організму глюкозу.

На клітинному рівні біологічні молекули, необхідні для функціонування тварин, являють собою амінокислоти, молекули ліпідів, нуклеотиди та прості цукри. Однак споживана їжа складається з білків, жирів та складних вуглеводів. Тварини повинні перетворювати ці макромолекули на прості молекули, необхідні підтримки клітинної функції. Перетворення їжі, що споживається в необхідні поживні речовини, є багатоступеневим процесом, що включає перетравлення і абсорбцію. Під час травлення частки їжі розбиваються більш дрібні компоненти, які пізніше поглинаються тілом.

Активну роботу ферменти слини починають не в ротовій порожнині, а саме в той момент, коли грудка їжі починає просуватися в горлянку, а потім стравохід і шлунок. Всі знають, що шлунковий сік неймовірно кислотний. Як тільки їжа потрапляє у шлунок, починається реакція гідролізу вуглеводів, які починають перетравлюватися. Поступово грудка їжі перемішується, і починають працювати ферменти слини.

Це відбувається як за допомогою фізичних засобів, таких, як жування, так і за допомогою хімічних засобів. Однією із проблем у сфері харчування людей є підтримання балансу між споживанням їжі, зберіганням та витратами на енергію. Взяття більшої енергії їжі, ніж використовується у діяльності, призводить до накопичення надлишку у вигляді жирових відкладень. Зростання ожиріння і які виникають внаслідок захворювання, такі як діабет типу 2, роблять розуміння ролі дієти та харчування у підтримці хорошого здоров'я тим більш важливим.

Процес травлення починається у роті із споживанням їжі. Зуби відіграють важливу роль у перетиранні або фізичному розкладанні їжі на дрібніші частинки. Ферменти, присутні у слині, також починають хімічно руйнувати їжу. Потім їжа проковтується і входить у стравохід - довгу трубку, яка з'єднує рот зі шлунком. Використовуючи перистальтику чи хвилеподібні скорочення гладких м'язів, м'язи стравоходу підштовхують їжу до шлунка. Вміст шлунка надзвичайно кисла, з рН між 5 і ця кислотність вбиває мікроорганізми, руйнує харчові тканини та активує травні ферменти.

До речі, цікавий факт, з дією ферментів пов'язано те, що коли ви пережовуєте хліб або картопля вони набувають трохи солодкуватий смак. Це відбувається через те, що починають активно розщеплюватися сахариди та моносахариди внаслідок виникнення солодкуватого, та цілком безпечного смаку.

І ще завдяки ферментам слини, можна сказати і за те, що вони значно прискорюють час переробки фруктів. Слина фактично полегшує завдання кишківника. Разом з нею вуглеводи приходять у кишечник вже у частково перетравленому вигляді.

Подальша розбивка їжі відбувається в тонкому кишечнику, де жовч, що продукується печінкою, та ферменти, що продукуються тонкою кишкою та підшлунковою залозою, продовжують процес травлення. Найменші молекули поглинаються в кровотік через епітеліальні клітини, що вистилають стінки тонкої кишки. Відходи переміщуються у товсту кишку, де вода абсорбується, а сухий матеріал ущільнюється у фекалії; він зберігається до того часу, поки не виводиться через анус.

Малюнок 4 Показані компоненти системи травлення людини. І фізичне, і хімічне перетравлення починається в роті або в ротовій порожнині, що є точкою входу їжі в травну систему. Їжа розбивається на дрібніші частинки шляхом жування, жувального впливу зубів. Всі ссавці мають зуби і можуть пережовувати свою їжу, щоб розпочати процес фізичного руйнування її на більш дрібні частки.

Причини зниження кількості ферментів у роті та горлянці

Буває так, що в організмі людини виникає дефіцит ферментів, а також починаються проблеми із травленням. Найчастіше причина цього хронічні захворювання травної чи ендокринної систем.Наприклад, цукровий діабет, запальні процеси організму, а ще дуже рідко до порушення складу слини, може призвести навіть сильний стрес.

Слина також містить лізоцим, який має антибактеріальну дію. Він також містить фермент під назвою слинна амілаза, який починає процес перетворення крохмалів на їжу в дисахарид, званий мальтозою. Інший фермент, званий ліпазою, продукується клітинами мовою для руйнування жирів. Жувальні та змочувальні дії, що забезпечуються зубами та слиною, готують їжу в масу, яка називається болюсом для ковтання. Мова допомагає при ковтанні – переміщення болюса з рота в горлянку. Глотка відкривається у два проходи: стравохід та трахея.

Навіть незначне зниження слинних ферментів може призвести до таких симптомів:

• Незварювання шлунка, іноді навіть діарея. Перетравлювати крохмаль і сахариди здатні лише ферменти слинної рідини – відбувається це у роті та глотці.
• Болі в животі.
• Інтоксикація організму.

Поставити точний діагноз, а також призначити адекватне лікування здатний лише лікар. Не варто займатися самодіагностикою, вживати ферментні препарати у великій кількості – це може тільки посилити ситуацію.

Краще якнайшвидше звернутися до кваліфікованого фахівця, а також своєчасно розпочати лікування – це допоможе надалі уникнути безлічі ускладнень.

Травлення в ротовій порожнині та в шлунку - це складний процес, в якому задіяно багато органів. В результаті такої діяльності харчуються тканини та клітини, а також забезпечується надходження енергії.

Травлення – це взаємопов'язані процеси, які забезпечують механічне подрібнення харчової грудки та подальше хімічне розщеплення. Їжа необхідна людині для побудови тканин та клітин в організмі та як джерело енергії.

Засвоєння мінеральних солей, води та вітамінів відбувається у первісному вигляді, а ось більш складні високомолекулярні сполуки у вигляді білків, жирів та вуглеводів вимагають розщеплення на простіші елементи. Щоб зрозуміти, як відбувається такий процес, давайте розберемо травлення в ротовій порожнині і в шлунку.

Перш ніж «зануритися» у процес пізнання травної системи, потрібно дізнатися про її функції:

• відбувається вироблення та виділення травних соків, що містять у собі біологічні речовини та ферменти;
• переносить продукти розпаду, воду, вітаміни, мінерали і т. д. через слизові оболонки шлунково-кишкового тракту прямо в кров;
• виділяє гормони;
• забезпечує подрібнення та просування харчової маси;
• виділяє з організму отримані кінцеві продукти обміну;
• забезпечує захисну функцію.

Увага: для покращення травної функції потрібно обов'язково стежити за якістю вживаних продуктів, ціна на них часом хоч і вище, зате користі набагато більше. Також варто звертати увагу на збалансованість харчування. Якщо у вас є проблеми з травленням, краще звернутися з цим питанням до лікаря.

Значення ферментів у травній системі

Травні залози ротової порожнини та ШКТ продукують ферменти, які займають одну з основних ролей у травленні.

Якщо узагальнювати їх значення, можна виділити деякі властивості:

1. Кожен із ферментів має високу специфічність, каталізуючи лише одну реакцію і діючи однією тип зв'язку. Наприклад, протеолітичні ферменти чи протеази здатні розщеплювати білки до амінокислот, ліпази розщеплюють жири до жирних кислот і гліцерину, амілази розщеплюють вуглеводи до моносахаридів.
2. Вони здатні діяти лише за певних температурах у межах 36-37С. Все, що знаходиться поза цими межами, призводить до спаду їх активності та порушення процесу травлення.
3. Висока «працездатність» досягається лише на певному значенні pH. Наприклад, пепсин у шлунку активізується лише у кислому середовищі.
4. Можуть розщеплювати велику кількість органічних речовин, тому що вони мають високу активність.

Ферменти ротової порожнини та шлунка:

Назва ферменту	Функція
У ротовій порожнині (містяться у слині)
Птіалін (амілаза)	Розщеплює крохмаль до мальтози (дисахариди)
Мальтаза	Розщеплює дисахариди до глюкози
У шлунку
Пепсин	Цей фермент є основним і розщеплює денатуровані білки до пептидів. Початкова його форма представлена ​​у вигляді неактивного пепсиногену, що у такому стані через наявність додаткової частини. Під впливом соляної кислоти ця частина відокремлюється і це призводить до утворення пепсину. Далі цей фермент легко розчиняє білки, після чого перероблені маси йдуть у кишкову зону.
Ліпаза	Цей фермент здатний розщеплювати жир. У дорослих цей процес не має великого значення, як у дітей. Висока температура і перистальтика веде до розпаду сполук більш дрібні, у результаті збільшується ефективний показник ферментного впливу. Все це значно спрощує перетравлення жирних елементів у кишечнику.

Увага: у шлунку активність ферментів підвищена за рахунок продукування соляної кислоти. Це неорганічний елемент, що виконує одну з важливих функцій травлення, сприяючи руйнуванню білка. Також вона знезаражує патогенні мікроорганізми, які надходять разом із їжею і як наслідок запобігає можливому гниття харчових мас у порожнині шлунка.

Роль ферментів в організмі багатогранна і свідчить фото нижче.

Травлення в ротовій порожнині

При зниженні концентрації поживних речовин у крові починається відчуття голоду. Фізіологічна основа цього почуття локалізується у латеральних ядрах гіпоталамуса. Саме збудження центру голоду є спонукальною причиною пошуку їжі.

Отже, їжа перед очима, ми випробували її смак і отримали насичення, але цікаво, що відбувалося в організмі в цей момент?

Початковим відділом травного тракту є ротова порожнина. Знизу вона обмежена діафрагмою рота, зверху небом (твердим та м'яким), а з боків та спереду – яснами та зубами. Також тут протоки травних залоз відкриваються в ротову порожнину, це під'язикові, привушні, підщелепні.

Крім цього присутні й інші слизові оболонки маленькі слинні залози, розташовані по всій порожнині рота. Після захоплення грудки їжі зубами (а їх всього 32, по 16 на нижню та 16 на верхню щелепу), вона розжовується і змочується слиною, що містить фермент птіалін.

Він має властивість розчиняти деякі легкорозчинні речовини, а щільніші розм'якшувати і покривати їжу слизом, що значно полегшує процес ковтання. Також слина містить і муцин з лізоцимом, що мають бактерицидні дії.

За допомогою язика – м'язового органу, покритого слизовою оболонкою відбувається усвідомлення смаку та проштовхування їжі до ковтки після пережовування. Далі підготовлена ​​грудка їжі проходить стравоходом у шлунок.

Ковтання - це складний процес, при якому задіяні м'язи глотки та язика. Під час цього руху відбувається піднімання м'якого піднебіння, завдяки якому закривається вхід у носову порожнину і перегороджується шлях їжі до цієї області. За допомогою надгортанника закривається вхідний отвір у горло.

Через верхню частину травного тракту – глотку, харчова грудка починає просування стравоходом – трубці, довжиною близько 25 см, яка є продовженням глотки. Верхні та нижні стравохідні сфінктери у цей час відкриваються, а саме проходження їжі до шлунка займає близько 3-9 секунд, рідка їжа рухається за 1-2 секунди.

У стравоході не відбувається будь-яких змін, тому що там не секретуються травні соки, решта етапу розщеплення відбуватиметься в шлунку. Дізнатися більше про травлення в порожнині рота можна з відео в цій статті.

Травлення у шлунку

Після стравоходу харчова грудка потрапляє у шлунок. Це найбільш розширений відділ шлунково-кишкового тракту, що має ємність до 3 літрів.

Форма і розміри цього органу можуть змінюватися в залежності від ступеня м'язового скорочення та кількості їжі, що вживається. Слизова оболонка утворена поздовжніми складками, що містять величезну кількість залоз, які продукують шлунковий сік.

Він представлений трьома типами клітин:

• головні– це ті, що виробляють ферменти шлункового соку;
• обкладачі- Вони здатні виробляти соляну кислоту;
• додаткові– з їх допомогою починає вироблятися слиз (мукоїд та муцин), завдяки якому захищаються стінки шлунка від дії пепсину.

Якщо в організмі відбувається порушення виділення шлункового соку, для нормалізації цього процесу існують спеціальні препарати, до яких додається інструкція із застосування. Однак займатися самолікуванням не рекомендується, тому що це може спричинити ускладнення.

Момент проникнення шлункового соку у харчову масу передбачає початок шлункової фази травлення, протягом якої відбувається переважно розщеплення білкових частинок. Відбувається це внаслідок злагодженої роботи ферментів та кислоти шлункового соку. Далі зі шлунка напівперетравлена ​​їжа відправляється в дванадцятипалу кишку через пілоричний сфінктер, що повністю відокремлює при скороченні шлунок і кишку.

Тривалість перебування їжі у порожнині шлунка залежить від її складу. Тверда білкова їжа стимулює секрецію шлункового соку активніше і довше знаходиться в цьому органі, рідка залишає набагато швидше.

У середньому їжа може затримуватись у шлунку на 4-6 годин. По закінченні фази травлення, він знаходиться в стані, що спався, а через кожні 45-90 хвилин починаються періодичні скорочення шлунка, так звана голодна перистальтика.

Як зрозуміли, травлення – це складний багатоступінчастий процес, регульований відділами ЦНС. Кожен етап злагоджено слідує один за одним і в кожному з них задіяно багато органів. Все це регулюється нервовою та гуморальною системою регуляції.

Однак будь-яке порушення може спровокувати збій в автоматичних діях травної системи, що спричинить певні симптоми та ознаки. В цьому випадку потрібно відразу ж звернутися за медичною допомогою, де лікар зможе оглянути та призначити необхідну діагностику.

У ротовій порожнині вуглеводи перетравлюються ферментом слини. α-амілазою. Фермент розщеплює внутрішні (1→4)-глікозидні зв'язки. При цьому утворюються продукти неповного гідролізу крохмалю (або глікогену). декстрини. У невеликій кількості утворюється і мальтоза. В активному центрі -амілази знаходяться іони Са 2+ . Активують фермент іони Na ​​+.

У шлунковому соку перетравлення вуглеводів гальмується, оскільки амілаза в кислому середовищі інактивується.

Головне місце перетравлення вуглеводів – дванадцятипала кишка, куди виділяється у складі панкреатичного соку. α- амілаза. Цей фермент завершує розщеплення крохмалю та глікогену, розпочате амілазою слини, до мальтози. Гідролізα(1→6)-глікозидного зв'язку каталізується ферментами кишечника аміло-1,6-глюкозидазою та оліго-1,6-глюкозидазою .

Перетравлення мальтози та дисахаридів, що надходять з їжею, здійснюється в області щіткової облямівки епітеліальних клітин (ентероцитів) тонкого кишечника. Дисахаридази є інтегральними білками мікроворсинок ентероцитів. Вони утворюють поліферментний комплекс, що складається із чотирьох ферментів, активні центри яких спрямовані в просвіт кишечника.

1. М альтаза(-глюкозидаза) гідролізує мальтозуна дві молекули D-Глюкози.

2. Лактаза(-галактозидаза) гідролізує лактозуна D-галактозу та D-Глюкозу.

3. Ізомальтаза/Сахараза(фермент подвійної дії) має два активні центри, розташованих у різних доменах. Фермент гідролізує сахарозудо D-фруктози та D-глюкози, а за допомогою іншого активного центру фермент каталізує гідроліз ізомальтозидо двох молекул D-Глюкози.

Непереносимість деякими людьми молока, що виявляється болями в животі, його здуттям (метеоризм) та проносом, обумовлена ​​зниженням активності лактази. Можна виділити три типи недостатності лактази.

1. Спадковий дефіцит лактази. Симптоми порушеної толерантності розвиваються дуже швидко після народження . Годування їжею, яка не містить лактози, призводить до зникнення симптомів.

2. Низька активність лактази первинного характеру(Поступове зниження активності лактази у схильних осіб). У 15% дітей країн Європи та 80% дітей країн Сходу, Азії, Африки, Японії синтез даного ферменту в міру їх дорослішання поступово припиняється і у дорослих розвивається непереносимість молока, що супроводжується вказаними вище симптомами. Кисломолочні продукти такими людьми добре переносяться.

2. Низька активність лактази вторинного характеру. Незасвоюваність молока нерідко буває наслідком кишкових захворювань (тропічна та нетропічна форми спру, квашіоркор, коліт, гастроентерит).

Симптоми, аналогічні описаним при недостатності лактази, характерні недостатності інших дисахаридаз. Лікування спрямоване на виключення відповідних дисахаридів із харчового раціону.

Nb! у клітини різних органів глюкоза проникає різними механізмами

Основними продуктами повного перетравлення крохмалю та дисахаридів є глюкоза, фруктоза та галактоза. Моносахариди надходять у кров із кишечника, долаючи два бар'єри: мембрану щіткової облямівки, звернену в просвіт кишечника та базолатеральну мембрану ентероциту.

Відомі два механізми надходження глюкози до клітин: полегшена дифузія і вторинний активний транспорт, пов'язаний з перенесенням іонів Na + . Рис.5.1. Будова переносника глюкози

Переносники глюкози (ГЛУТ), що забезпечують механізм її полегшеної дифузії через клітинні мембрани, формують сімейство споріднених гомологічних білків, характерною ознакою структури яких є довгий поліпептидний ланцюг, що утворює 12 трансмембранних спіральних сегментів (рис.5.1). Один з доменів, розташований на зовнішній поверхні мембрани, містить олігосахарид. N- І C- Кінцеві відділи переносника звернені всередину клітини. 3-й, 5-й, 7-й, і 11-й трансмембранні сегменти переносника, мабуть, утворюють канал, яким глюкоза надходить у клітину. Зміна конформації цих сегментів забезпечує процес переміщення глюкози усередину клітини. Переносники цього сімейства містять 492-524 амінокислотних залишків і розрізняються за спорідненістю до глюкози. Кожен транспортер, мабуть, виконує специфічні функції.

Переносники, що забезпечують вторинний, залежний від іонів натрію, активний транспорт глюкози з кишечника та ниркових канальців (НГЛТ), значно відрізняються за амінокислотним складом від переносників сімейства ГЛУТ, хоча також збудовані з дванадцяти трансмембранних доменів.

Нижче в таб. 5.1. наводяться деякі властивості переносників моносахаридів.

Таблиця 5.1.Характеристика переносників глюкози у тварин
			Основні місця освіти
Вторинний активний транспорт
	Всмоктування глюкози		Тонкий кишечник, канальці нирок
	Всмоктування глюкози		Ниркові канальці
Прискорена дифузія
			Плацента, гематоенцефалічний бар'єр, мозок, еритроцити, нирки, товстий кишечник, ін.
	Сенсор глюкози в клітинах; транспорт з епітеліоцитів нирок та кишечника		Bклітини острівців, печінка, епітелій тонкого кишечника, нирки
	Використання глюкози клітинами у фізіологічних умовах		Мозок, плацента, нирки, ін.
	Стимульоване інсуліном поглинання глюкози		Скелетний і серцевий м'яз, жирова тканина, інші тканини
	Транспорт фруктози		Тонкий кишечник, сперматозоїди

Переходу глюкози та інших моносахаридів в ентероцит сприяє ГЛУТ 5, розташований в апікальній мембрані ентероцита (полегшена дифузія за градієнтом концентрації) та НГЛТ 1, що забезпечує спільне з іонами натрію переміщення (симпорт) глюкози в ентероцит. Іони натрію потім активно, за участю Na+-K+-АТФази, видаляються з ентероциту, що підтримує постійний градієнт їхньої концентрації. Глюкоза залишає ентероцит через базолатеральну мембрану за допомогою ГЛУТ 2 за градієнтом концентрації.

Всмоктування пентоз відбувається шляхом простої дифузії.

Переважна кількість моносахаридів надходить у портальну систему кровообігу та в печінку, незначна частина – у лімфатичну систему та невелике коло кровообігу. У печінці надлишок глюкози відкладається «про запас» як глікогену.

NB! Обмін глюкози у клітині починається з її фосфорилювання

П
вступ глюкози до будь-якої клітини починається з її фосфорилювання. Ця реакція вирішує кілька завдань, головні з яких "захоплення" глюкози для внутрішньоклітинного використання та її активування.

Фосфорильована форма глюкози не проходить через плазматичну мембрану, стає "власністю" клітини та використовується практично у всіх шляхах обміну глюкози. Виняток становить лише відновлювальний шлях (Рис.5.2.).

Реакцію фосфорилювання каталізують два ферменти: гексокіназу та глюкокіназу. Хоча глюкокіназа є одним із чотирьох ізоферментів гесокінази ( гексокіназа 4), між гексокіназою та глюкокіназою є важливі відмінності: 1) гексокіназа здатна фосфорилювати не тільки глюкозу, але й інші гексози (фруктозу, галактозу, маннозу), у той час як глюкокіназа активує лише глюкозу; 2) гексокіназа присутня у всіх тканинах, глюкокіназа – у гепатоцитах; 3) гексокіназа має високу спорідненість до глюкози ( До 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.

Глюкозо-6-фосфат, що утворюється в реакції, вважається алостеричним інгібітором. гексокінази (Але не глюкокінази).

Оскільки глюкокіназна реакція є інсулінзалежною, можна замість глюкози хворим на діабет призначати фруктозу (фруктоза фосфорилюється гексокіназою відразу у фруктозо-6-фосфат).

Глюкозо-6-фосфат використовується у механізмах синтезу глікогену, у всіх окислювальних шляхах перетворення глюкози та у синтезі інших моносахаридів, необхідних для клітини. Місце, яке займає дана реакція в обміні глюкози дозволяє її вважати ключовою реакцією обміну вуглеводів.

Гексокіназна реакція необоротна (G= -16,7 кДж/моль), тому для перетворення глюкозо-6-фосфату на вільну глюкозу в клітинах печінки та нирок є фермент фосфатазу глюкозо-6-фосфату, що каталізує гідроліз глюкозо-6. Клітини цих органів тим самим можуть постачати глюкозу в кров та забезпечувати інші клітини глюкозою.

Ротова порожнина включає переддень та власне рот. Напередодні утворено губами, зовнішньою стороною щік, зубів та ясен. Губи зовні покриті тонким шаром епітелію, зсередини вистелені слизовою оболонкою, що є продовженням внутрішньої сторони щік. Щільно прикривають зуби, кріпляться до ясен за допомогою верхньої та нижньої вуздечки.

Рот утворюють:

• слизова оболонка щік;
• різці, ікла, великі та малі корінні зуби;
• ясна;
• мова;
• м'яке та тверде піднебіння.

Рис. 1. Будова ротової порожнини.

Докладніше про будову ротової порожнини представлено в таблиці.

Ротова порожнина	Будова	Функції
	Зовнішня сторона покрита шкірним епітелієм, внутрішня – слизовою оболонкою. Проміжний шар становлять м'язові волокна, пронизані судинами та нервами.	Розмикають і стуляють ротову щілину, беруть участь у формуванні харчової грудки
	М'язовий (поперечносмугаста мускулатура) орган, пронизаний нервовими волокнами та кровоносними судинами. Зверху покритий слизовою оболонкою, на поверхні якої знаходяться чутливі сосочки, що містять рецептори. Утримується в ротовій порожнині вуздечкою	Оцінює якість та фізичні параметри їжі, формує та просуває харчову грудку
	Тверде - кістка, покрита слизовою оболонкою, м'яке - слизова складка, що лежить позаду твердого піднебіння	Допомагає формувати харчову грудку і просувати її до горлянки
	Складаються з дентину, покритого емаллю. Усередині дентину знаходиться порожнина, заповнена пульпою - пухкою сполучною тканиною. Від порожнини відходять канали, через які в зуб входять кровоносні судини та нервові волокна.	Механічне подрібнення їжі. Різці та ікла захоплюють і утримують їжу, корінні - перетирають
	Відростки щелеп, покриті слизовою оболонкою	Утримують зуби та губи

Рис. 2. Внутрішня будова зуба.

Функції

Основні функції ротової порожнини у процесі травлення:

ТОП-1 статтяякі читають разом з цією

• розпізнавання смаку;
• подрібнення твердої їжі;
• надання температури тіла продуктам, що надходять;
• формування харчової грудки;
• розщеплення цукрів;
• захист від проникнення патогенних мікроорганізмів

Головну функцію травлення у ротовій порожнині людини здійснює слина. Слинні залози, що знаходяться в слизовій оболонці, за допомогою слини, що виділяється, і язика змочують їжу, утворюючи харчовий грудок.
Виділяють три пари великих залоз:

• привушні;
• підщелепні;
• під'язикові.

Рис. 3. Розташування слинних залоз.

Слина на 99% складається із води. Відсоток, що залишився - біологічно активні речовини, що виявляють різні властивості.
У слині містяться:

• лізоцим - Антибактеріальний фермент;
• муцин - білкова в'язка речовина, що зв'язує частинки їжі в єдину грудку;
• амілаза та мальтаза - Ферменти, що розщеплює крохмаль та інші складні цукру.

Ферменти – білкові сполуки, що прискорюють хімічні реакції. Є каталізатором у розщепленні їжі.

У незначній кількості в слині знаходяться інші ферменти-каталізатори, а також органічні солі та мікроелементи.

Травлення

Коротко описати, як відбувається травлення в ротовій порожнині, можна так:

• харчовий шматок потрапляє у порожнину у вигляді різців;
• за рахунок жувальних м'язів, що утримують щелепу, починається процес пережовування;
• корінні зуби перетирають їжу, яка рясно змочується слиною;
• щоки, язик і тверде піднебіння скочують харчову грудку;
• м'яке піднебіння і язик проштовхують підготовлену їжу в горлянку.

Їжа, потрапляючи в ротову порожнину, дратує рецептори різного призначення (температурні, тактильні, нюхові), які відповідають виробленню слини, шлункового соку, жовчі.

Що ми дізналися?

Ротова порожнина має велике значення у процесі травлення. За допомогою щік, зубів, язика їжа, що надходить, подрібнюється і просувається до глотки. Змочена слиною їжа пом'якшується і склеюється в єдину харчову грудку. Перебувають у слині ферменти починають травлення, розщеплюючи крохмаль та інші цукру.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4 . Усього отримано оцінок: 440.

1. Перерахуйте відділи травної системи.

Відділи травної системи: ротова порожнина, ковтка, стравохід, шлунок, тонкий і товстий відділи кишечника, анальний отвір та ряд великих травних залоз: печінка, підшлункова залоза, слинні залози.

2. Які речовини починають розщеплюватись у ротовій порожнині? У якому хімічному середовищі активні ферменти слинних залоз? Назвіть кінцевий продукт цього розщеплення у порожнині рота.

Слина має слаболужну реакцію (рН = 6,5-7,5) і складається на 98-99% із води та на 1-2% із слизу, органічних та неорганічних речовин та травних ферментів. Ферменти слини: амілаза та мальтаза (починають розщеплення вуглеводів у ротовій порожнині) та ліпаза (починає розщеплення жирів). Повного розщеплення речовин у ротовій порожнині не відбувається через нетривалість перебування їжі в ротовій порожнині. При тривалішому знаходженні під впливом ферментів крохмаль розщеплюється до мальтози, а мальтозу до глюкози.

3. Розкажіть про будову зуба.

Зуб складається із прихованого в кістковому осередку щелепи кореня і видимої частини – коронки та шийки. Усередині кореня проходить канал, що розширюється в порожнину зуба і заповнений пульпою, що містить судини та нерви. Зуб побудований із щільної речовини, схожої на кістку, – дентину, в області кореня покритого цементом, а в області коронки – дуже щільною емаллю, яка оберігає зуб від стирання та проникнення бактерій.

4. У якому віці відбувається зміна молочних зубів незмінними?

Прорізування постійних зубів, крім зубів мудрості, починається у 6-7 років і закінчується до 10 – 12 років; прорізування зубів мудрості іноді може закінчуватися до 20-30 років, рідко пізніше.

5. Скільки зубів у людини? З'ясуйте, що таке зубна формула та як вона записується. Використовуючи малюнок, складіть зубну формулу людини.

Всього у людини 32 зуби: на кожній щелепі по 4 різці, 2 ікла, 4 малих корінних (премоляр) та 6 великих корінних (моляр).

Зубна формула - записаний у вигляді спеціальних позначень короткий опис зубної системи ссавців та інших гетеродонтних чотирилапих. Усі зуби поділяються на 4 сектори (проти годинникової стрілки). Зуби нумеруються цифрами від 1 до 8. Так як кісткових утворень всього 32, кожна цифра використовуватиметься для позначення чотирьох однойменних зубів верхньої та нижньої щелеп. Для цього обидва зубні ряди умовно діляться навпіл по лінії між центральними різцями так, щоб з кожного боку від цієї лінії знаходилися: центральний різець - 1; бічний різець – 2; ікло - 3; перший премоляр – 4; другий премоляр – 5; перший моляр - 6; другий моляр - 7; третій моляр - 8.

6. Багатьом із нас знайомий зубний біль. Що саме болить у зубі? Що викликає карієс? Чим він небезпечний?

Зубний біль виникає внаслідок подразнення чутливих рецепторів у пульпі зуба. Найчастішою причиною зубного болю є карієс. Нечищені зуби покриваються залишками їжі, бактеріями, компонентами слини. Цей слиз називається зубним нальотом. Бактерії, харчуючись цукрами із залишків їжі, виділяють кислоту, що руйнує спочатку емаль, а потім і дентин. В результаті у зубі утворюється порожнина і виникає сильний біль. Якщо каріозний процес не припинити, то пошкодження торкнуться каналу зуба, і навіть кісткову тканину щелепи, що може призвести до необхідності видалення каріозного зуба. Якщо карієс з'являється на молочних зубах, то бактерії можуть потрапити на зачатки постійних зубів, і тоді вони також будуть заражені.

7. Що таке слина? Яку функцію вона виконує?

Слина - секрет слинних залоз, що виділяється в ротову порожнину і складається з води, слизу, органічних та неорганічних речовин та травних ферментів. Функції слини: слина змочує їжу під час її пережовування, сприяючи утворенню харчової грудки для проковтування їжі; травні ферменти починають розщеплення вуглеводів та жирів; лізоцим, що міститься в слині, має знезаражуючу дію, руйнуючи оболонки бактеріальних клітин.

8. Яку роль відіграє мова?

При жуванні він спрямовує їжу до зубів, перемішує її і пересуває в глотку для ковтання. Також мова є органом смаку та бере участь у формуванні звуків мови.

9. Який механізм пересування харчової грудки стравоходом?

Пережований, змочений слиною, слизька грудочка їжі надходить у горлянку, а потім – стравохід. По стравоходу їжа проштовхується завдяки перистальтиці – хвилеподібним скороченням його стінок. При цьому м'язи, розташовані в стінці стравоходу, стискаються, проштовхуючи грудку їжі в шлунок. Цей процес займає 6-8 с.

У горлянці перехрещуються шляхи надходження в організм повітря та їжі. Потенційно це створює небезпеку, що грудочки їжі можуть потрапити до органів дихання – у горло, носоглотку. Однак цього не відбувається, тому що під час ковтання їжі хрящ – надгортанник закриває вхід у горло, а язичок м'якого піднебіння піднімається і відокремлює носоглотку від ротоглотки. Ці процеси відбуваються рефлекторно. Якщо розмовляти під час їжі, то надгортанник може прийняти проміжне положення, що може спричинити потрапляння харчової грудки в дихальні шляхи.

11. Чому так важливо ретельно пережовувати їжу?

Чим ретельніше подрібнена в роті їжа, тим краще вона підготовлена ​​до обробки ферментами і, отже, активніше і швидше розщеплюється на складові. І навпаки, чим більше шматки їжі, що потрапляють у шлунок, тим більше треба часу травним сокам, щоб їх просочити і обробити. А надмірна робота залоз травної системи викликає порушення їх функції, що спричиняє різні захворювання органів травлення, наприклад, гастрит. Також надмірне переповнення шлунка тисне на діафрагму та порушує роботу серця.

Великі непрожовані шматки спочатку потрапляють у стравохід. З легкістю вони можуть травмувати його.

Людина, яка їсть швидко, повільніше насичується. Це з тим, що з пережовуванні починає вироблятися гістамін, який досягаючи мозку, подає йому сигнал про насичення. Однак відбувається це тільки через двадцять хвилин після того, як було розпочато прийом їжі. Якщо людина буде їсти повільно, протягом цих двадцяти хвилин вона з'їсть менше їжі та зазнає насичення від меншої кількості калорій.

Всмоктування в кишечнику піддаються лише моносахариди: глюкоза, галактоза, фруктоза. Тому оліго- та полісахариди, що надходять в організм з їжею, повинні гідролізуватися ферментними системами з утворенням моносахаридів. На рис. 5.11 схематично зображено локалізація ферментативних систем, що беруть участь у перетравленні вуглеводів, яке починається в ротовій порожнині з дії ротової -амілази і далі продовжується в різних відділах кишечника за допомогою панкреатичної -амілази, сахаразо-ізомальтазного, глікозлаз- трегалазних комплексів.

Рис. 5.11. Схема локалізації ферментних систем перетравлення вуглеводів

5.2.1. Перетравлення вуглеводів за допомогою ротової та панкреатичної -амілаз ( -1,4-глікозидаз).Поступили з їжею полісахариди, а саме крохмаль (складається з лінійного полісахариду амілози, в якій глюкозильні залишки пов'язані -1,4-глікозидними зв'язками, і амілопектину, розгалуженого полісахариду, де виявляються також і -1 , починають гідролізуватися вже в ротовій порожнині після змочування слиною, що містить гідролітичний фермент -амілазу (-1,4-глікозі-дазу) (К.Ф. 3.2.1.1), що розщеплює в крохмалі 1,4-глікозидні зв'язки, але не що діє на 1,6-глікозидні зв'язки.

Крім того, час контакту ферменту з крохмалем у ротовій порожнині замало, тому крохмаль перетравлюється частково, утворюючи великі фрагменти декстрини і трохи дисахариду мальтози. Дисахариди не піддаються гідролізу під дією амілази слини.

При попаданні в шлунок у кислому середовищі амілаза слини пригнічується, процес перетравлення може відбуватися тільки всередині харчової грудки, де активність амілази може зберігатися на деякий час, поки рН у всьому шматку не стане кислим. У шлунковому соці відсутні ферменти, що розщеплюють вуглеводи, можливий лише незначний кислотний гідроліз глікозидних зв'язків.

Основним місцем гідролізу оліго- та полісахаридів є тонкий кишечник, у різних відділах якого секретуються певні глікозидази.

У дванадцятипалій кишці вміст шлунка нейтралізується секретом підшлункової залози, що містить бікарбонати НСО 3 і має рН 7,5 - 8,0. У секреті підшлункової залози виявляється панкреатична амілаза, яка гідролізує -1,4-глікозидні зв'язки в крохмалі та декстринах з утворенням дисахаридів мальтози (у цьому вуглеводі два залишки глюкози пов'язані -1,4-глікозидним вугіллям) і залишку глюкози, що знаходяться у місцях розгалуження в молекулі крохмалю і пов'язаних -1,6-глікозидними зв'язками). Утворюються також олігосахариди із вмістом 8-10 залишків глюкози, пов'язаних як -1,4-глікозидними, так і -1,6-глікозидними зв'язками.

Обидві амілази є ендоглікозидазами. Панкреатична амілаза також не гідролізує -1,6-глікозидні зв'язки в крохмалі та -1,4-глікозидні зв'язки, якими залишки глюкози з'єднані в молекулі целюлози.

Целюлоза проходить через кишечник незміненою і служить баластною речовиною, надаючи їжі обсягу та сприяючи процесу травлення. У товстому кишечнику під дією бактеріальної мікрофлори целюлоза може частково гідролізуватися з утворенням спиртів, органічних кислот та СО 2 які можуть виступати в якості стимуляторів перистальтики кишечника.

Утворені у верхніх відділах кишечника мальтозу, ізомальтозу і тріозосахариди далі піддаються гідролізу в тонкому кишечнику під дією специфічних глікозидаз. Дисахариди їжі, сахароза і лактоза також гідролізуються специфічними дисахаридазами тонкого кишечника.

У просвіті кишечника активність оліго- та дисахаридаз низька, але більшість ферментів пов'язана з поверхнею епітеліальних клітин, які в кишечнику розташовані на пальцеподібних виростах - ворсинках і самі, у свою чергу, покриті мікроворсинками, всі ці клітини утворюють щіткову облямівку, що збільшує поверхню контакту гідролітичних ферментів з їхніми субстратами.

Розщеплюючі глікозидні зв'язки в дисахаридах, ферменти (дисахаридази) згруповані в ферментні комплекси, що знаходяться на зовнішній поверхні цитоплазматичної мембрани ентероцитів: сахаразо-ізомальтазний, глікоамілазний, -глікозидний.

5.2.2. Сахаразо-ізомальтазний комплекс.Цей комплекс складається з двох поліпептидних ланцюгів та прикріплюється до поверхні ентероциту за допомогою трансмембранного гідрофобного домену, розташованого в N-кінцевій частині поліпептиду. Сахаразо-ізомальтазний комплекс (К.Ф. 3.2.1.48 та 3.2.1.10) розщеплює -1,2- та -1,6-глікозидні зв'язки в сахарозі та ізомальтозі.

Обидва ферменти комплексу здатні гідролізувати також і -1,4-глікозидні зв'язки в мальтозі та мальтотріозі (трисахарид, що містить три залишки глюкози та утворюється при гідролізі крохмалю).

Хоча комплекс має досить високу мальтазну активність, гідролізуючи 80% мальтози, що утворюється при перетравленні оліго-і полісахаридів, основною його специфічністю є все ж таки гідроліз сахарози і ізомальтози, швидкість гідролізу глікозидних зв'язків в яких більша, ніж швидкість гідролізу зв'язків в мальтозі. При цьому сахаразна субодиниця є єдиним ферментом кишечника, що гідролізує сахарозу. Комплекс локалізований в основному в худій кишці, в проксимальній та дистальній частинах кишечника вміст сахаразо-ізомальтазного комплексу незначний.

5.2.3. Глікоамілазний комплекс.Цей комплекс (К.Ф. 3.2.1.3 та 3.2.1.20) гідролізує -1,4-глікозидні зв'язки між залишками глюкози в олігосахаридах. Амінокислотна послідовність глікоамілазного комплексу має 60% гомологію з послідовністю сахаразо-ізомальтазного комплексу. Обидва комплекси відносяться до сімейства 31 глікозилгідролаз. Будучи екзоглікозидазою, фермент діє з відновлювального кінця, може розщеплювати також і мальтозу, виступаючи в цій реакції в якості мальтази (при цьому глікоамілазний комплекс гідролізує 20% мальтози, що утворилася при перетравленні оліго- і полісахаридів). До складу комплексу входять дві каталітичні субодиниці, що мають невеликі відмінності у субстратній специфічності. Найбільшу активність комплекс виявляє у нижніх відділах тонкого кишечника.

5.2.4.  -Глікозидазний комплекс (лактаза).Цей ферментний комплекс здійснює гідроліз -1,4-глікозидних зв'язків між галактозою та глюкозою у лактозі.

Глікопротеїн пов'язаний із щітковою облямівкою та нерівномірно розподілений по всьому тонкому кишечнику. З віком активність лактази падає: вона максимальна у немовлят, у дорослих становить менше 10% рівня активності ферменту, виділеного в дітей віком.

5.2.5. Трегалаза. Цей фермент (К.Ф. 3.2.1.28) являє собою глікозидний комплекс, що гідролізує зв'язки між мономерами в трегалозі, дисахариді, виявленому в грибах і що складається з двох глюкозильних залишків, пов'язаних глікозидним зв'язком між першими аномерними атомами вуглецю.

З вуглеводів їжі в результаті дії глікозилгідролаз утворюються моносахариди: у великій кількості глюкоза, фруктоза, галактоза, меншою мірою - манноза, ксилоза, арабінозу, які всмоктуються епітеліальними клітинами худої та клубової кишок і транспортуються через мембрани цих клітин за допомогою спеціальних.

5.2.6. Транспорт моносахаридів через мембрани епітеліальних клітин кишківника.Перенесення моносахаридів у клітини слизової оболонки кишечника може здійснюватися шляхом полегшеної дифузії та активного транспорту. У разі активного транспорту глюкоза переноситься через мембрану разом з іоном Na+ одним білком-переносником, причому ці речовини взаємодіють із різними ділянками даного білка (рис. 5.12). Іон Na+ надходить у клітину за градієнтом концентрації, а глюкоза – проти градієнта концентрації (вторинно-активний транспорт), тому чим більше градієнт, тим більше перенесеться в ентероцити глюкози. При зниженні концентрації Na+ у позаклітинній рідині зменшується надходження глюкози. Градієнт концентрацій Na + , що лежить в основі активного симпорта, забезпечується дією Na + , К + -АТРази, яка працює як насос, що викачує з клітини Na ​​+ в обмін на іон К + . Так само за механізмом вторинно-активного транспорту в ентероцити надходить галактоза.

Рис. 5.12. Надходження моносахаридів до ентероцитів. SGLT1 – натрій-залежний транспортер глюкози/галактози у мембрані епітеліальних клітин; Na+, K+-АТРаза на базолатеральній мембрані створює градієнт концентрацій іонів натрію та калію, необхідний для функціонування SGLT1. GLUT5 транспортує через мембрану всередину клітини переважно фруктозу. GLUT2 на базолатеральній мембрані здійснює транспорт глюкози, галактози та фруктози з клітини (згідно з )

Завдяки активному транспорту ентероцити можуть поглинати глюкозу при низькій концентрації в просвіті кишечника. При високій концентрації глюкози вона надходить у клітини шляхом полегшеної дифузії за допомогою спеціальних білків-переносників (транспортерів). Так само переноситься всередину епітеліальних клітин фруктоза.

У кровоносні судини моносахариди надходять з ентероцитів переважно за допомогою полегшеної дифузії. Половина глюкози через капіляри ворсинок по воротній вені транспортується до печінки, половина доставляється кров'ю до клітин інших тканин.

5.2.7. Транспорт глюкози з крові у клітини.Надходження глюкози з крові клітини здійснюється шляхом полегшеної дифузії, т. е. швидкість транспорту глюкози визначається градієнтом її концентрацій з обох боків мембрани. У клітинах м'язів та жирової тканини полегшена дифузія регулюється гормоном підшлункової залози – інсуліном. За відсутності інсуліну мембрана клітин не містить транспортерів глюкози. Білок-переносник (транспортер) глюкози з еритроцитів (GLUT1), як видно з рис. 5.13 являє собою трансмембранний білок, що складається з 492 амінокислотних залишків і має доменну структуру. Полярні амінокислотні залишки розташовуються з обох боків мембрани, гідрофобні локалізовані в мембрані, перетинаючи її кілька разів. На зовнішній стороні мембрани є ділянка зв'язування глюкози. При зв'язуванні глюкози змінюється конформація переносника і ділянка зв'язування моносахариду виявляється відкритим всередину клітини. Глюкоза переходить усередину клітини, відокремлюючись від білка-переносника.

5.2.7.1. Транспортери глюкози: ГЛЮТ 1, 2, 3, 4, 5У всіх тканинах виявлені транспортери глюкози, яких є кілька різновидів, які отримали нумерацію в порядку їх виявлення. Описано п'ять видів ГЛЮТ, що мають подібну первинну структуру та доменну організацію.

ГЛЮТ 1, локалізований у мозку, плаценті, нирках, товстому кишечнику, еритроцитах, здійснює надходження глюкози до мозку.

ГЛЮТ 2 переносить глюкозу з органів, що виділяють її в кров: ентероцитів, печінки, транспортує до -клітини острівців Лангерханса підшлункової залози.

ГЛЮТ 3 виявлений у багатьох тканинах, включаючи мозок, плаценту, нирки, що забезпечує приплив глюкози до клітин нервової тканини.

ГЛЮТ 4 переносить глюкозу в клітини м'язів (скелетних та серцевих) та жирової тканини, є інсулінзалежним.

ГЛЮТ 5 виявлено у клітинах тонкого кишечника, можливо, переносить і фруктозу.

Всі переносники можуть розташовуватися як у цитоплазматичних

Рис. 5.13. Структура білка-переносника (транспортера) глюкози з еритроцитів (ГЛЮТ1) (відповідно до )

везикул клітин, так і в плазматичній мембрані. За відсутності інсуліну ГЛЮТ 4 розташовується лише усередині клітини. Під впливом інсуліну везикули переносяться до плазматичної мембрани, зливаються з нею і ГЛЮТ 4 вбудовується в мембрану, після цього транспортер здійснює полегшену дифузію глюкози в клітину. Після зниження концентрації інсуліну в крові транспортери знову повертаються до цитоплазми і транспорт глюкози в клітину припиняється.

У роботі транспортерів глюкози виявлено різноманітні порушення. При спадковому дефекті білків-переносників розвивається інсулінозалежний цукровий діабет. Крім дефектів білка, зустрічаються й інші порушення, зумовлені: 1) дефектом передачі сигналу інсуліну про переміщення транспортера до мембрани; 2) дефектом переміщення транспортера; 3) дефектом включення білка в мембрану; 4) порушенням відшнурівування від мембрани.

5.2.8. Інсулін.Ця сполука є гормоном, секретованим -клітинами острівців Лангерханса підшлункової залози. Інсулін є поліпептидом, що складається з двох поліпептидних ланцюгів: один містить 21 амінокислотний залишок (ланцюг А), інший - 30 амінокислотних залишків (ланцюг В). Ланцюги з'єднані між собою двома дисульфідними зв'язками: А7 В7, А20 В19. Усередині А-ланцюга є внутрішньомолекулярний дисульфідний зв'язок між шостим і одинадцятим залишками. Гормон може існувати у двох конформаціях: Т та R (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Просторова структура мономірної форми інсуліну: а інсулін свині, Т-конформація, б інсулін людини, R-конформація (А-ланцюг зображена червонимкольором, В-ланцюг жовтим) (відповідно )

Гормон може існувати у вигляді мономеру, димеру та гексамеру. У гексамерній формі інсулін стабілізується іоном цинку, що утворює координаційні зв'язки з His10 В-ланцюга всіх шести субодиниць (рис. 5.15).

Інсуліни ссавців мають велику гомологію за первинною структурою з інсуліном людини: так, в інсуліні свині тільки одна заміна – замість треоніну на карбоксильному кінці В-ланцюга стоїть аланін, в інсуліні бика три інші амінокислотні залишки порівняно з інсуліном людини. Найчастіше заміни зустрічаються у положеннях 8, 9 та 10 ланцюга А, але вони не суттєво впливають на біологічну активність гормону.

Заміни амінокислотних залишків у положеннях дисульфідних зв'язків, гідрофобних залишків у С- та N-кінцевих ділянках А-ланцюга та в С-кінцевих ділянках В-ланцюга зустрічаються дуже рідко, що свідчить про значущість цих ділянок у прояві біологічної активності інсуліну. У формуванні активного центру гормону беруть участь залишки Phe24 та Phe25 В-ланцюга та С- та N-кінцеві залишки А-ланцюга.

Рис. 5.15. Просторова структура гексамеру інсуліну (R 6) (відповідно до )

5.2.8.1. Біосинтез інсуліну.Інсулін синтезується у вигляді попередника - препроінсуліну, що містить 110 амінокислотних залишків, на полірибосомах у шорсткому ендоплазматичному ретикулумі. Біосинтез починається з утворення сигнального пептиду, який проникає в просвіт ендоплазматичного ретикулуму і спрямовує рух поліпептиду, що росте. Наприкінці синтезу сигнальний пептид довжиною 24 амінокислотних залишків відщеплюється від препроінсуліну з утворенням проінсуліну, який містить 86 амінокислотних залишків і переноситься в апарат Гольджі, де в цистернах відбувається подальше дозрівання інсуліну. Просторова структура проінсуліну представлена ​​на рис. 5.16.

У процесі тривалого дозрівання під дією серинових ендопептидаз РС2 і РС1/3 відбувається розщеплення спочатку пептидного зв'язку між Arg64 і Lys65, потім гідроліз пептидного зв'язку, утвореної Arg31 і Arg32, з відщепленням С-пептиду, що складається з 31 амінокислотного. Перетворення проінсуліну в інсулін, що містить 51 амінокислотний залишок, закінчується гідролізом залишків аргініну на N-кінці А-ланцюга і С-кінці В-ланцюга під дією карбоксипептидази Е, яка виявляє специфічність, аналогічну карбоксипептидазе В, т. якій належить основній амінокислоті (рис. 5.17 та 5.18).

Рис. 5.16. Можлива просторова структура проінсуліну в конформації, що сприяє протеолізу. Червоними кульками виділені амінокислотні залишки (Arg64 та Lys65; Arg31 та Arg32), пептидні зв'язки між якими піддаються гідролізу в результаті процесингу проінсуліну (відповідно до )

Інсулін та С-пептид в еквімолярних кількостях надходять у секреторні гранули, де інсулін, взаємодіючи з іоном цинку, утворює димери та гексамери. Секреторні гранули, зливаючись із плазматичною мембраною, секретують інсулін та С-пептид у позаклітинну рідину внаслідок екзоцитозу. Час напівперетворення інсуліну в плазмі становить 3-10 хв, С-пептиду - близько 30 хв. Інсулін піддається розпаду під дією ферменту інсулінази, цей процес протікає у печінці та нирках.

5.2.8.2. Регуляція синтезу та секреції інсуліну.Головним регулятором секреції інсуліну є глюкоза, яка регулює експресію гена інсуліну та генів білків, що беруть участь в обміні основних енергоносіїв. Глюкоза може безпосередньо зв'язуватися з транскрипційними факторами – у цьому проявляється прямий вплив на швидкість експресії гена. Можливе вторинне вплив на секрецію інсуліну та глюкагону, коли звільнення інсуліну із секреторних гранул активує транскрипцію мРНК інсуліну. Але секреція інсуліну залежить від концентрації іонів Са 2+ і зменшується при їх дефіциті навіть за високої концентрації глюкози, яка активує синтез інсуліну. Крім того, вона гальмується адреналіном при його зв'язуванні з 2 -рецепторами. Стимуляторами секреції інсуліну виступають гормони росту, кортизол, естрогени, гормони шлунково-кишкового тракту (секретин, холецистокінін, шлунковий пептид, що інгібує).

Рис. 5.17. Синтез та процесинг препроінсуліну (згідно з )

Секреція інсуліну -клітинами острівців Лангерханса у відповідь на підвищення концентрації глюкози в крові реалізується так:

Рис. 5.18. Процесинг проінсуліну в інсулін шляхом гідролізу пептидного зв'язку між Arg64 і Lys65, що каталізується сериновою ендопептидазою РС2, і розщеплення пептидного зв'язку між Arg31 і Arg32 під дією серинової ендопептидази РС1/3, перетворення закон- В-ланцюга під дією карбоксипептидази Е (залишки аргініну, що відщеплюються, зображені в кружечках). В результаті процесингу, крім інсуліну, утворюється С-пептид (відповідно до )

1) глюкоза транспортується в -клітини білком-переносником ГЛЮТ 2;

2) у клітині глюкоза піддається гліколізу і далі окислюється в дихальному циклі з утворенням АТР; інтенсивність синтезу АТР залежить від рівня глюкози у крові;

3) під дією АТР відбувається закриття іонних калієвих каналів та деполяризація мембрани;

4) деполяризація мембрани викликає відкриття потенціал-залежних кальцієвих каналів та вхід кальцію в клітину;

5) підвищення рівня кальцію в клітині активує фосфоліпазу C, що розщеплює один з мембранних фосфоліпідів – фосфатидилінозитол-4,5-дифосфат – на інозитол-1,4,5-трифосфат та діацил-гліцерол;

6) інозитолтрифосфат, зв'язуючись з рецепторними білками ендоплазматичного ретикулуму, викликає різке підвищення концентрації пов'язаного внутрішньоклітинного кальцію, що призводить до вивільнення заздалегідь синтезованого інсуліну, що зберігається в секреторних гранулах.

5.2.8.3. Механізм дії інсуліну.Основна дія інсуліну на м'язові та жирові клітини полягає у посиленні транспорту глюкози через мембрану клітини. Стимуляція інсуліном призводить до збільшення швидкості надходження глюкози всередину клітини у 20-40 разів. При стимуляції інсуліном спостерігається збільшення 5-10 разів вмісту транспортних білків глюкози в плазматичних мембранах при одночасному зменшенні на 50-60% їх вмісту у внутрішньоклітинному пулі. Потрібне при цьому кількість енергії у вигляді АТР необхідно в основному для активації рецептора інсулінового, а не для фосфорилювання білка-транспортера. Стимуляція транспорту глюкози збільшує споживання енергії в 20-30 разів, тоді як для переміщення транспортерів глюкози потрібна лише незначна кількість. Транслокація транспортерів глюкози до мембрани клітини спостерігається вже через кілька хвилин після взаємодії інсуліну з рецептором, і для прискорення або підтримки процесу циклування білків-транспортерів необхідний подальший стимулюючий вплив інсуліну.

Свою дію на клітини інсулін, як і інші гормони здійснює через відповідний білок-рецептор. Інсуліновий рецептор являє собою складний інтегральний білок клітинної мембрани, що складається з двох -субодиниць (130 kDа) та двох -субодиниць (95 кДа); перші розташовані повністю поза клітиною, на її поверхні, другі пронизують плазматичну мембрану.

Рецептор до інсуліну являє собою тетрамер, що складається з двох позаклітинних -субодиниць, що взаємодіють з гормоном і пов'язаних один з одним дисульфідними містками між цистеїнами 524 і триплетом Cys682, Cys683, Cys685 обох -су. а), та двох трансмембранних -субодиниць, що виявляють тирозинкіназну активність, пов'язаних дисульфідним містком між Cys647 () та Cys872. Поліпептидний ланцюг -субодиниці молекулярною масою 135 kDa містить 719 аміно-

Рис. 5.19. Структура димеру інсулінового рецептора: а модульна структура інсулінового рецептора. Вгорі − -субодиниці, пов'язані дисульфідними містками Cys524, Cys683685 і що складаються з шести доменів: двох містять лейцинові повтори L1 і L2, цистеїн-багатої області СR і трьох фібронектинових доменів типу III Fn o , F . Внизу − -субодиниці, пов'язані з -субодиницею дисульфідним містком Cys647Cys872 і що складаються з семи доменів: трьох фібронектинових доменів ID, Fn 1 і Fn 2 , трансмембранного домену ТМ, примикаючого до М СТ; б просторове розташування рецептора, один димер зображений у кольорі, інший  білий, А  активуюча петля, протилежна місцю зв'язування гормону, Х (червоний)  С-кінцева частина -субодиниці, Х (чорний)  N-кінцева частина -суб'єд , жовті кульки 1,2,3 - дисульфідні зв'язки між залишками цистеїну в положеннях 524, 683-685, 647-872 (згідно з

кислотних залишків і складається з шести доменів: двох лейцинових повторів доменів L1 і L2, цистеїн-багатої області СR, де локалізується центр зв'язування інсуліну, і трьох фібронектинових доменів типу III Fn o , Fn 1 , Ins (домена впровадження) (див. рис. 5.18). -Субодиниця включає 620 амінокислотних залишків, має молекулярну масу 95 kDa і складається з семи доменів: трьох доменів фібронектину ID, Fn 1 і Fn 2 , трансмембранного домену ТМ, що примикає до мембрани домену ТМ, тирозинкиназного . На рецепторі виявлено два місця зв'язування інсуліну: одне з високою спорідненістю, інше з низьким. Для проведення сигналу гормону в клітину потрібне зв'язування інсуліну з центром високої спорідненості. Цей центр формується при зв'язуванні інсуліну з L1, L2 і CR доменів однієї -субодиниці та фібронектинових доменів інший, при цьому розташування -субодиниць протилежне відносно один одного, як це показано на рис. 5.19, с.

У відсутність взаємодії інсуліну з центром високої спорідненості рецептора -субодиниці відсунуті від -субодиниць виступом (cam), що є частиною CR домену, що перешкоджає контакту активуючої петлі (А-loop) тирозинкіназного домену однієї - суб-одиниці (рис. 5.20, б). При зв'язуванні інсуліну з центром високої спорідненості інсулінового рецептора змінюється конформація рецептора, виступ більше не перешкоджає зближенню - і -субодиниць, активуючі петлі ТК доменів взаємодіють з сайтами фосфорилювання тирозинів на протилежному ТК доміні , Y1162, Y1163 активуючої петлі (це кіназний регуляторний домен), Y1328, Y1334 СТ домену, Y965, Y972 JM домену (рис. 5.20, а), що призводить до підвищення тирозинкіназної активності рецептора. У позиції 1030 ТК знаходиться залишок лізину, що входить до каталітичного активного центру - АТР-зв'язуючий центр. Заміна цього лізину на багато інших амінокислот шляхом сайтнаправленого мутагенезу знищує тирозинкіназну активність інсулінового рецептора, але не порушує зв'язування інсуліну. Однак приєднання інсуліну до такого рецептора жодної дії на клітинний метаболізм та проліферацію не має. Фосфорилювання деяких залишків серину-треоніну, навпаки, знижує спорідненість до інсуліну та зменшує тирозинкіназну активність.

Відомо кілька субстратів інсулінового рецептора: ІРС-1 (субстрат інсулінового рецептора), ІРС-2, білки сімейства STAT (signal transducer and activator of transcription – переносники сигналу та активатори транскрипції докладно розглянуті нами у Частині 4 «Біохімічні основи»).

ІРС-1 являє собою цитоплазматичний білок, що зв'язується з фосфорильованими тирозинами ТК інсулінового рецептора своїм SH2-доменом і тирозинкіназою, що фосфорилується, рецептора негайно після стимуляції інсуліном. Від ступеня фосфорилювання субстрату залежить збільшення або зменшення клітинної відповіді на інсулін, амплітуда змін у клітинах та чутливість до гормону. Ушкодження гена ІРС-1 можуть бути причиною інсулінзалежного діабету. Пептидна ланцюг ІРС-1 містить близько 1200 амінокислотних залишків, 20-22 потенційних центрів фосфорилювання по тирозину та близько 40 центрів фосфорилювання по серину-треоніну.

Рис. 5.20. Спрощена схема структурних змін при зв'язуванні інсуліну з рецептором інсуліну: а зміна конформації рецептора в результаті зв'язування гормону в центрі високої спорідненості призводить до зміщення виступу, зближення субодиниць і трансфосфорилування ТК доменів; б відсутність взаємодії інсуліну з центром зв'язування високої спорідненості на інсуліновому рецепторі виступ (саm) перешкоджає зближенню - і -субодиниць і трансфосфорилювання ТК доменів. A-петля - активуюча петля ТК домену, цифри 1 і 2 у кружечку - дисульфідні зв'язки між субодиницями, ТК - тирозинкіназний домен, С - каталітичний центр ТК, set 1 і set 2 - амінокислотні послідовності -субодиниць, форми рецептору (згідно з )

Фосфорилювання ІРС-1 за декількома тирозиновими залишками надає йому здатність з'єднуватися з білками, що містять SH2-домени: тирозинфосфатазою syp, p85-субодиницею ФІ-3-кінази (фосфатидилінозитол-3-кінази), адапторним , GAP (активатором малих GTP-зв'язуючих білків). В результаті взаємодії ІРС-1 з подібними білками генеруються численні сигнали.

Рис. 5.21. Транслокація білків-переносників глюкози ГЛЮТ 4 у м'язових та жирових клітинах з цитоплазми в плазматичну мембрану під дією інсуліну. Взаємодія інсуліну з рецептором призводить до фосфорилування субстрату інсулінового рецептора (ІРС), що зв'язує ФІ-3-кіназу (ФІ3К), що каталізує синтез фосфоліпіду фосфатидилінозитол-3,4,5-трифосфату (PtdIns(3,4). Остання сполука, зв'язуючи плекстринові домени (РН), мобілізує до клітинної мембрани протеїнкінази PDK1, PDK2 та РКВ. PDK1 фосфорилює РКВ Thr308, активуючи її. Фосфорильована РКВ асоціює з везикулами, що містять ГЛЮТ 4, викликаючи їх транслокацію в плазматичну мембрану, що призводить до посилення транспорту глюкози всередину м'язових та жирових клітин (згідно з )

Стимульована фосфорильованим ІРС-1 фосфоліпаза С гідролізує фосфоліпід клітинної мембрани фосфатидилінозитол-4,5-дифосфат з утворенням двох вторинних месенджерів: інозитол-3,4,5-трифосфату та діацилгліцерину. Інозитол-3,4,5-трифосфат, діючи на іонні канали ендоплазматичного ретикулуму, вивільняє з нього кальцій. Діацилгліцерин діє на кальмодулін та протеїнкіназу С, яка фосфорилює різні субстрати, призводячи до зміни активності клітинних систем.

Фосфорильований ІРС-1 активує також ФІ-3-кіназу, що каталізує фосфорилювання фосфатидилінозитол-3 -3,4,5-трифосфат.

ФІ-3-кіназа є гетеродимером, що містить регуляторну (р85) і каталітичну (р110) субодиниці. У регуляторній субодиниці є два SH2-домени і SH3-домен, тому ФІ-3-кіназа з високою спорідненістю приєднується до ІРС-1. Похідні фосфатидилінозитолу, що утворилися в мембрані, фосфориловані за положенням 3, зв'язують білки, що містять так званий плекстриновий (РН) домен (домен виявляє високу спорідненість до фосфатидилінозитол-3-фосфатам): протеїнкіназу PDK1РФ (Фосфатид)

Протеїнкіназа В (РКВ) складається з трьох доменів: N-кінцевого плекстринового, центрального каталітичного та С-кінцевого регуляторного. Плекстриновий домен необхідний активації РКВ. Зв'язавшись за допомогою плекстринового домену поблизу клітинної мембрани, РКВ зближується з протеїнкіназою PDK1, яка через

свій плекстриновий домен також локалізується поблизу клітинної мембрани. PDK1 фосфорилює Thr308 кіназного домену РКВ, що призводить до активації РКВ. Активована РКВ фосфорилює кіназу 3 глікогенсинтази (за положенням Ser9), викликаючи інактивацію ферменту і тим самим процес синтезу глікогену. Фосфорилювання піддається також ФІ-3-фосфат-5-кіназу, що діє на везикули, в яких білки-переносники ГЛЮТ 4 зберігаються в цитоплазмі адипоцитів, викликаючи переміщення транспортерів глюкози до клітинної мембрани, вбудовування в неї та трансмембранне перенесення 5.21).

Інсулін не тільки впливає на надходження глюкози в клітину за допомогою білків-переносників ГЛЮТ 4. Він бере участь у регуляції метаболізму глюкози, жирів, амінокислот, іонів, у синтезі білків, впливає на процеси реплікації та транскрипції.

Вплив на метаболізм глюкози в клітині здійснюється шляхом стимулювання процесу гліколізу за допомогою підвищення активності ферментів, що беруть участь у цьому процесі: глюкокінази, фосфофруктокінази, піруваткінази, гексокінази. Інсулін за допомогою аденілатциклазного каскаду активує фосфатазу, дефосфорилюючу глікогенсинтазу, що призводить до активації синтезу глікогену (рис. 5.22) та інгібування процесу його розпаду. Інгібуючи фосфоенолпіруваткарбоксикіназу, інсулін гальмує процес глюконеогенезу.

Рис. 5.22. Схема синтезу глікогену

У печінці та жировій тканині під дією інсуліну стимулюється синтез жирів шляхом активації ферментів: ацетилСоА-карбоксилази, ліпопротеїнліпази. При цьому розпад жирів гальмується, оскільки активована інсуліном фосфатаза, дефосфорилуючи гормончутливу триацилгліцеринліпазу, пригнічує цей фермент і концентрація жирних кислот, що циркулюють у крові, зменшується.

У печінці, жировій тканині, скелетних м'язах, серце інсулін впливає на швидкість транскрипції понад сотню генів.

5.2.9. Глюкагон.У відповідь на зменшення концентрації глюкози в крові -клітини острівців Лангерханса підшлункової залози виробляють «гормон голоду» - глюкагон, який є поліпептидом молекулярної маси 3485 Da, що складається з 29 амінокислотних залишків.

Дія глюкагону протилежна ефектам інсуліну. Інсулін сприяє запасанню енергії, стимулюючи глікогенез, ліпогенез та синтез білка, а глюкагон, стимулюючи глікогеноліз та ліполіз, викликає швидку мобілізацію джерел потенційної енергії.

Рис. 5.23. Структура проглюкагону людини та тканеспецифічний процесинг проглюкагону в пептиди-похідні з проглюкагону: у підшлунковій залозі з проглюкагону утворюються глюкагон та MPGF (mayor proglucagon fragment); у нейроендокринних клітинах кишечника та деяких відділах центральної нервової системи генеруються гліцентин, оксинтомодулін, GLP-1 (пептид, що отримується з проглюкагону), GLP-2, два проміжні пептиди (intervening peptide - IP), GRPP - glicentin-related pancreatic poly підшлункової залози – похідне гліцентину) (згідно з )

Гормон синтезується -клітинами острівців Лангерханса підшлункової залози, а також у нейроендокринних клітинах кишечника і в центральній нервовій системі у вигляді неактивного попередника  проглюкагону (молекулярної маси 9 000 Da), що містить 180 амінокислотних залишків і підверга. різної довжини, у тому числі глюкагон і два глюкагон-подібних пептиду (glucagon like peptide - GLP-1, GLP-2, гліцентин) (рис. 5.23). 14 із 27 амінокислотних залишків глюкагону ідентичні таким у молекулі іншого гормону шлунково-кишкового тракту – секретину.

Для зв'язування глюкагону з рецепторами клітин, що реагують на нього, необхідна цілісність його послідовності 1-27 з N-кінця. Важливу роль у прояві ефектів гормону відіграє залишок гістидину, розташований на N-кінці, а у зв'язуванні з рецепторами - фрагмент 20-27.

У плазмі крові глюкагон не зв'язується з будь-яким транспортним білком, час напівперетворення його дорівнює 5 хв, у печінці він руйнується протеїназами, при цьому розпад починається з розщеплення зв'язку між Ser2 та Gln3 та видалення дипептиду з N-кінця.

Секреція глюкагону пригнічується глюкозою, але стимулюється білковою їжею. GLP-1 інгібує секрецію глюкагону та стимулює секрецію інсуліну.

Глюкагон діє тільки на гепатоцити і жирові клітини, що мають в плазматичній мембрані рецептори до нього. У гепатоцитах, зв'язуючись з рецепторами на плазматичній мембрані, глюкагон за допомогою G-білка активує аденілатциклазу, що каталізує утворення сАМР, який, у свою чергу, призводить до активації фосфорилази, яка прискорює розпад глікогену, та інгібування глікогенсинтази та гальмування утворення глікогену. Глюкагон стимулює глюконеогенез, індукуючи синтез ферментів, що беруть участь у цьому процесі: глюкозо-6-фосфатази, фосфоенолпіруваткарбоксикінази, фруктозо-1,6-дифосфатази. Сумарний ефект глюкагону в печінці зводиться до підвищеного утворення глюкози.

У жирових клітинах гормон також, використовуючи аденілатциклазний каскад, активує гормончутливу триацилгліцеринліпазу, стимулюючи ліполіз. Глюкагон підвищує секрецію катехоламінів мозковою речовиною надниркових залоз. Беручи участь у реалізації реакцій типу «бий або біжи», глюкагон підвищує доступність енергетичних субстратів (глюкози, вільних жирних кислот) для скелетних м'язів та посилює кровопостачання скелетних м'язів за рахунок посилення роботи серця.

Глюкагон не впливає на глікоген скелетних м'язів через практично повну відсутність в них глюкагонових рецепторів. Гормон викликає збільшення секреції інсуліну з β-клітин підшлункової залози та гальмування активності інсулінази.

5.2.10. Регулювання метаболізму глікогену.Накопичення глюкози в організмі у вигляді глікогену та його розпад узгоджуються з потребами організму в енергії. Напрямок процесів метаболізму глікогену регулюється механізмами, залежними від дії гормонів: у печінці інсуліну, глюкагону та адреналіну, у м'язах інсуліну та адреналіну. Перемикання процесів синтезу або розпаду глікогену відбувається при переході від абсорбтивного періоду до постабсорбтивного або зміни стану спокою на фізичну роботу.

5.2.10.1. Регуляція активності глікогенфосфорилази та глікогенсинтази.При зміні концентрації глюкози в крові відбувається синтез та секреція інсуліну та глюкагону. Ці гормони регулюють процеси синтезу та розпаду глікогену, впливаючи на активність ключових ферментів цих процесів: глікогенсинтазу та глікогенфосфорилазу шляхом їх фосфорилювання-дефосфорилування.

Рис. 5.24 Активація глікогенфосфорилази фосфорилюванням залишку Ser14 за допомогою кінази глікогенфосфорилази та інактивація за допомогою фосфатази, що каталізує дефосфорилювання залишку серину (відповідно до )

Обидва ферменти існують у двох формах: фосфорильованій (активна глікогенфосфорилаза ата неактивна глікогенсинтаза) та дефосфорильована (неактивна фосфорилаза bта активна глікогенсинтаза) (рис. 5.24 та 5.25). Фосфорилювання здійснюється кіназою, що каталізує перенесення фосфатного залишку від АТР на залишок серину, а дефосфорилування каталізує фосфопротеінфосфатазу. Активності кінази та фосфатази також регулюються шляхом фосфорилювання-дефосфорилювання (див. рис. 5.25).

Рис. 5.25. Регулювання активності глікогенсинтази. Фермент активується дією фосфопротеїнфосфатази (РР1), що дефосфорилує три залишки фосфосерину поблизу С-кінця в глікогенсинтазі. Кіназа 3 глікогенсинтази (GSK3), що каталізує фосфорилювання трьох залишків серину в глікогенсинтазі, інгібує синтез глікогену та активується фосфорилюванням за допомогою казеїнкінази (СКІІ). Інсулін, глюкоза та глюкозо-6-фосфат активують фосфопротеїнфосфатазу, а глюкагон та адреналін (епінефрін) її інгібують. Інсулін гальмує дію кінази 3 глікогенсинтази (відповідно до )

сАМР-залежна протеїнкіназа А (РКА) фосфорилює кіназу фосфорилази, переводячи її в активний стан, яка у свою чергу фосфорилює глікогенфосфорілазу. Синтез сАМР стимулюється адреналіном та глюкагоном.

Інсулін за допомогою каскаду за участю Ras-білка (сигнальний Ras-шлях) активує протеїнкіназу рр90S6, фосфорилюючу і тим самим фосфопротеїнфосфатазу, що активує. Активна фосфатаза дефосфорилює та інактивує кіназу фосфорилази та глікогенфосфорилазу.

Фосфорилювання за допомогою РКА глікогенсинтази призводить до її інактивації, а дефосфорилювання за допомогою фосфопротеїнфосфатази активує фермент.

5.2.10.2. Регуляція метаболізму глікогену у печінці.Зміна концентрації глюкози у крові змінює і відносні концентрації гормонів: інсуліну та глюкагону. Відношення концентрації інсуліну до концентрації глюкагону в крові називається інсулін-глюкагоновим індексом. У постабсорбтивний період індекс знижується і на регуляцію концентрації глюкози в крові впливає концентрація глюкагону.

Глюкагон, як наведено вище, активує виділення в кров глюкози за рахунок розпаду глікогену (активації глікогенфосфорилази та інгібування глікогенсинтази) або шляхом синтезу з інших речовин глюконеогенезу. З глікогену утворюється глюкозо-1-фосфат, що ізомеризується в глюкозо-6-фосфат, що під дією глюкозо-6-фосфатази гідролізується з утворенням вільної глюкози, здатної вийти з клітини в кров (рис. 5.26).

Дія адреналіну на гепатоцити подібна до дії глюкагону у разі використання  2 -рецепторів і обумовлена ​​фосфорилюванням та активацією глікогенфосфорилази. У разі взаємодії адреналіну з 1 -рецепторами плазматичної мембрани трансмембранна передача гормонального сигналу здійснюється з використанням інозитолфосфатного механізму. В обох випадках активується процес розпаду глікогену. Використання тієї чи іншої типу рецептора залежить від концентрації адреналіну у крові.

Рис. 5.26. Схема фосфоролізу глікогену

У період травлення інсулін-глюкагоновий індекс підвищується та переважає вплив інсуліну. Інсулін знижує концентрацію глюкози в крові, активує, фосфорилуючи через Ras-шлях, фосфодіестеразу сАМР, що гідролізує цей вторинний посередник з утворенням АМР. Інсуліном активується також через Ras-шлях фосфопротеінфосфатазу гранул глікогену, дефосфорилуюча і активує глікогенсинтазу та інактивує кіназу фофорилази та саму глікогенфосфорилазу. Інсулін індукує синтез глюкокінази для прискорення фосфорилювання глюкози в клітині та включення її в глікоген. Таким чином, інсулін активує процес синтезу глікогену та гальмує його розпад.

5.2.10.3. Регуляція метаболізму глікогену у м'язах.У разі інтенсивної роботи м'язів розпад глікогену прискорюється адреналіном, що зв'язується з 2 -рецепторами і через аденілатциклазну систему, що призводить до фосфорилування та активації кінази фосфорилази та глікогенфосфорилази та інгібування глікогенсинтази (рис. 5.27 і 5). Внаслідок подальшого перетворення глюкозо-6-фосфату, що утворився з глікогену, синтезується АТР, необхідний для здійснення інтенсивної роботи м'язів.

Рис. 5.27. Регуляція активності глікогенфосфорилази в м'язах (відповідно до )

У стані спокою глікогенфосфорилаза м'язів неактивна, оскільки знаходиться в дефосфорильованому стані, але розпад глікогену відбувається за рахунок алостеричної активації глікогенфосфорилази b за допомогою АМР та ортофосфату, що утворюються при гідролізі АТР.

Рис. 5.28. Регуляція активності глікогенсинтази в м'язах (відповідно до )

При помірних м'язових скороченнях алостерично (іонами Са 2+) може активуватися кіназ фосфорилази. Концентрація Са 2+ збільшується при скороченні м'язів у відповідь сигнал рухового нерва. При згасанні сигналу зменшення концентрації Са 2+ одночасно «вимикає» активність кінази, таким чином

іони Са 2+ беруть участь у м'язовому скороченні, а й у забезпеченні енергією цих скорочень.

Іони Са 2+ зв'язуються з білком кальмодуліном, в даному випадку виступаючим однією із субодиниць кінази. М'язова кіназа фосфорилази має будову  4  4  4  4 . Каталітичними властивостями має тільки -субодиниця, - і -субодиниці, будучи регуляторними, фосфорилуються по залишках серину за допомогою РКА, -субодиниця ідентична білку кальмодуліну (докладно розглянутий у розд. 2.3.2. чотири іони Са 2+ , що призводить до конформаційних змін, активації каталітичної -субодиниці, хоча кіназ залишається в дефосфорильованому стані.

У період травлення у стані спокою у м'язах також відбувається синтез глікогену. Глюкоза надходить у м'язові клітини за допомогою білків-переносників ГЛЮТ 4 (їх мобілізація у клітинну мембрану під дією інсуліну докладно розглянута у розд. 5.2.4.3 та на рис. 5.21). Вплив інсуліну на синтез глікогену в м'язах здійснюється також за допомогою дефосфорилування глікогенсинтази та глікогенфосфорилази.

5.2.11. Неферментативне глікозилювання білків.Одним із видів посттрансляційної модифікації білків є глікозилювання залишків серину, треоніну, аспарагіну, гідроксилізину за допомогою глікозилтрансфераз. Оскільки в крові в період травлення створюється висока концентрація вуглеводів (відновлювальних цукрів), можливе неферментативне глікозилювання білків, ліпідів та нуклеїнових кислот, що отримало назву глікування. Продукти, що утворюються в результаті багатоступінчастої взаємодії цукрів з білками, називаються продуктами кінцевого глікозилювання (AGEs - Advanced Glycation End-products) та виявлені у багатьох білках людини. Період напіврозпаду цих продуктів більш тривалий, ніж білків (від кількох місяців до декількох років), і швидкість їх утворення залежить від рівня і тривалості експозиції з цукром, що редукує. Передбачається, що саме з їх утворенням пов'язані багато ускладнень, що виникають при діабеті, хворобі Альцгеймера, катаракті.

Процес глікування можна розділити на дві фази: ранню та пізню. На першій стадії глікування відбувається нуклеофільна атака карбонільної групи глюкози -аміногрупою лізину або гуанідінієвої групи аргініну, в результаті якої утворюється лабільна основа Шиффа - N‑глікозилимін (рис. 5.29). Освіта основи Шиффа – процес відносно швидкий та оборотний.

Далі відбувається перегрупування N‑глікозилиміну з утворенням продукту Амадорі – 1‑аміно‑1‑дезоксифруктози. Швидкість цього процесу нижча, ніж швидкість утворення глікозіліміну, але істотно вища, ніж швидкість гідролізу основи Шиффа,

Рис. 5.29. Схема глікування білків. Відкрита форма вуглеводу (глюкози) реагує з -аміногрупою лізину з утворенням Шиффової основи, що перегруповується Амадорі в кетоамін через проміжне утворення еноламіну. Перегрупування Амадорі прискорюється, якщо поблизу залишку лізину розташовуються залишки аспартату та аргініну. Кетоамін далі може давати різноманітні продукти (продукти кінцевого глікування AGE). На схемі наведено реакцію з другою молекулою вуглеводу з утворенням дикетоаміну (згідно з )

тому білки, що містять залишки 1-аміно-1-дезоксифруктози, накопичуються в крові. основний каталіз процесу, а також залишки аспартату, що відтягує протон другого атома вуглецю цукру. Кетоамін може зв'язати ще один залишок вуглеводу по іміногрупі з утворенням двічі глікованого лізину, що перетворюється на дикетоамін (див. рис. 5.29).

Пізня стадія глікування, що включає подальші перетворення N‑глікозилиміну та продукту Амадорі, – повільніший процес, що призводить до утворення стабільних продуктів кінцевого глікування (AGEs). Останнім часом з'явилися дані про безпосередню участь у формуванні AGEs α-дикарбонільних сполук (гліоксалю, метилгліоксалю, 3-дезоксиглюкозону), що утворюються in vivoяк при деградації глюкози, так і в результаті перетворення основи Шиффа при модифікації лізину у складі білків глюкозою (рис. 5.30). Специфічні редуктази та сульгідрильні сполуки (ліпоєва кислота, глутатіон) здатні трансформувати реактивні дикарбонільні сполуки у неактивні метаболіти, що відображається у зменшенні утворення продуктів кінцевого глікування.

Реакції α-дикарбонільних сполук з ε-аміногрупами залишків лізину або гуанідінієвими угрупованнями залишків аргініну в білках призводять до утворення білкових зшивок, які відповідальні за ускладнення, спричинені глікуванням білків, при діабеті та інших захворюваннях. Крім того, в результаті послідовної дегідратації продукту Амадорі при С4 і С5 утворюються 1-аміно-4-дезокси-2,3-діон і -ендіон, які також можуть брати участь в утворенні внутрішньомолекулярних та міжмолекулярних білкових зшивок.

Серед AGEs охарактеризовано N ε ‑карбоксиметиллізин (CML) та N ε ‑карбоксиетилзин (CEL), біс(лізил)імідазольні аддукти (GOLD  гліоксаль-лізил-лізил-димер, MOLD  метилгліоксаль-лізил-лізил-димер, DOLD  дезоксиглюкозон-лізил-лізил-димер), імідазолони (G MG‑H та 3DG‑H), пірралін, аргпіримідин, пентозидин, крослін та весперлізин.На рис. 5.31 наведено деякі

Рис. 5.30. Схема глікування білків у присутності D-глюкози. У рамці показані основні попередники продуктів AGE, що утворюються в результаті глікування (відповідно до )

кінцеві продукти глікування. Наприклад, пентозидин і карбоксиметиллізин (СМL) - кінцеві продукти глікування, що утворюються в умовах окислення, виявлені в довгоживучих білках: колагені шкіри та кристаліні кришталика. Карбоксиметиллізин привносить у білок негативно заряджену карбоксильну групу замість позитивно зарядженої аміногрупи, що може призвести до зміни заряду на поверхні білка, зміни просторової структури білка. СМL є ​​антигеном, пізнаваним антитілами. Кількість цього продукту збільшується лінійно із віком. Пентозидин являє собою крос-лінк (продукт поперечної зшивки) між продуктом Амадорі та залишком аргініну в будь-якому положенні білка, утворюється з аскорбату, глюкози, фруктози, рибози, виявлений у тканинах мозку пацієнтів із хворобою Альцгеймера, у шкірі та плазмі хворих.

Кінцеві продукти глікування можуть сприяти вільно-радикальному окисленню, зміні заряду на поверхні білка, незворотній зшивці між різними ділянками білка, що

порушує їхню просторову структуру та функціонування, робить стійкими до ферментативного протеолізу. У свою чергу вільно-радикальне окислення може викликати неферментативний протеоліз або фрагментацію білків, перекисне окислення ліпідів.

Утворення кінцевих продуктів глікування на білках базальної мембрани (колаген IV типу, ламінін, гепарансульфат протеоглікан) призводить до її потовщення, звуження просвіту капілярів та порушення їх функції. Ці порушення позаклітинного матриксу змінюють структуру та функцію судин (зниження еластичності судинної стінки, зміна відповіді на судинорозширювальну дію оксиду азоту), сприяють більш прискореному розвитку атеросклеротичного процесу.

Кінцеві продукти глікування (КПГ) впливають також на експресію деяких генів, зв'язуючись зі специфічними КПГ-рецепторами, локалізованими на фібробластах, Т-лімфоцитах, у нирках (мезангіальні клітини), у стінці судин (ендотелій і гладком'язові клітини), в у печінці та селезінці, де вони виявляються у найбільшій кількості, тобто у тканинах, багатих макрофагами, які опосередковують трансдукцію цього сигналу за допомогою збільшення утворення вільних радикалів кисню. Останні, своєю чергою, активують транскрипцію ядерного NF-kB чинника – регулятора експресії багатьох генів, відповідальних різні ушкодження.

Одним з ефективних способів запобігання небажаним наслідкам неферментативного глікозилювання білків є зниження калорійності їжі, що відображається у зниженні концентрації глюкози в крові та зменшенні неферментативного приєднання глюкози до довготривалих білків, наприклад, до гемоглобіну. Зниження концентрації глюкози призводить до зниження глікозилювання білків, так і перекисного окислення ліпідів. Негативний ефект глікозилювання обумовлений як порушенням структури та функцій при приєднанні глюкози до довгоживучих білків, так і окислювальним пошкодженням білків, що відбувається внаслідок цього, викликаним вільними радикалами, що утворюються при окисленні цукрів у присутності іонів перехідних металів. Нуклеотиди та ДНК піддаються також неферментативному глікозилюванню, що призводить до мутацій через пряме пошкодження ДНК та інактивацію систем репарації, що викликає підвищену ламкість хромосом. В даний час вивчаються підходи до запобігання впливу глікування на довгоживучі білки за допомогою фармакологічних та генетичних впливів.