Trawienie pokarmów jako złożony proces chemiczny

Proces trawienia pokarmów polega na enzymatycznej hydrolizie makrocząsteczek na rozpuszczalne monomery, które mogą zostać wchłonięte. Rozkład złożonych związków chemicznych na proste - w przypadku białek i kwasów nukleinowych - ma jeszcze inne znaczenie. Powstające w wyniku hydrolizy białek aminokwasy, a z kwasów nukleinowych: cukier - pentoza, kwas ortofosforowy oraz zasady purynowe pirymidynowe są związkami nieswoistymi, a więc trawiąc wyżej wymienione makrocząsteczki zapobiega się wprowadzeniu do organizmu ze światła jelita - uważanego za uchyłek środowiska zewnętrznego - zwiąsków "cudzych", to znaczy o innej kolejności monomerów w porównaniu z kolejnością występującą we "własnych" białkach i kwasach nukleinowych.

Enzymy katalizujące trawienie należą do grupy hydrolaz, inaczej enzymów hydrolitycznych. Zgodnie z nazwą enzymy te katalizują rozkład związków bardziej złożonych do prostszych, z przyłączeniem wody. Hydrolazy wydzielane w przewodzie pokarmowym można ogólnie podzielić, biorąc pod uwagę rodzaj związku chemicznego na który działają, na następujące grupy:
- enzymy proteolityczne. Katalizują one rozszczepianie wiązań peptydowych. Ze względu na miejsce ataku na łańcuch polipeptydowy wyróżnia się endopeptydazy = proteazy = proteinazy i egzopeptydazy = peptydazy. Pierwsze z nich rozszczepiają białka i wyższe polipeptydy w określonych miejscach w środku łańcucha na niższe polipeptydy oligopeptydy. Do nich należą: pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna. Egzopeptydazy działają na koniec łańcucha peptydowego powodując uwalnianie końcowych aminokwasów. Jedne z nich atakują wiązania peptydowe od strony końca karboksylowego i te noszą nazwę karboksypeptydazy, inne - od strony końca aminowego i wówczas zwą się aminopeptydazami.Wiele egzopeptydaz działa głównie na małe fragmenty: oligopeptydy i niższe polipeptydy;
- enzymy amylolityczne. Katalizują one rozkład wiązań glikozydowych występujących w cukrach. Do nich zaliczamy: amylazę rozkładającą skrobię i glikogeny poprzez dekstryny (oligosacharydy) do maltozy, maltazę rozszczepiającą maltozę na dwie cząsteczki glukozy, sacharazę rozkładającą sacharozę na glukozę i fruktozę oraz laktozę rozszczepiającą laktozę na glukozę i galaktozę;
- enzymy lipolityczne, inaczej lipazy. Katalizują one rozczepianie wiązań estrowych w tłuszczach (trójglicerydach). W wyniku ich działania następuje stopniowe odłączenie cząsteczek kwasów tłuszczowych od cząsteczki glicerolu (alkoholu trój wodorotlenowego);
- enzymy trawiące kwasy nukleinowe, zwane nukleazami. Wyróżnia się, podobnie jak w przypadku enzymów proteolitycznych, endonukleazy iegzonukleazy. W zależności od rodzaju kwasu nukleinowego, na który działają, dzieli się je na rybonukleazy i deoksyrybonukleazy. Końcowymi produktami trawienia kwasów nukleinowych są: ryboza (bądź deoksyryboza), zasady purynowe i pirymidynowe oraz kwas ortofosforowy.

Enzymy trawienne wydzielanie są do światła przewodu pokarmowego tylko w pewnych jego odcinkach(jamie ustnej, żołądku i jelicie cienkim).

Do jamy ustnej jest wydzielana ślina o pH około 7, będąca produktem trzech par dużych ślinianek oraz drobnych gruczołów występujących w jej błonie śluzowej. Wyróżnia się ślinę surowiczą zawierająca amylazę, zwaną opisowo ptialiną, i śline sluzową, w której występuje mucyna (glikoproteina). Ślina śluzowa ułatwia połykanie kęsa pokarmu. Ślinianki przyuszne wydzielają ślinę surowiczą, a podżuchwowe i podjęzykowe - ślinę śluzowo -surowiczą. W związku z obecnością w ślinie amylazy ślinowej - enzymu działającego na skrobię, w jamie ustnej dochodzi do jej rozkładu na dekstryny i maltozę.

Do światła żołądka jest wydzielany przez gruczoły błony śluzowej żołądka sok żołądkowy o pH około 1 (treść żołądka ma Ph w granicach 1,8 - 2,3 ). Zawiera on HCl, enzymy trawienne, sole mineralne, śluz i wodę. W ślinie kwaśnym środowisku enzymy amylolityczne nie działają i nie są zawarte w soku żołądkowym, ale skrobia występująca w kęsach pokarmowych, wypełniających środkowa część światła żołądka (zdala od jego ściany) jest jeszcze dość długo trawiona amylazą ślinową. Traw to do momentu zakwaszenia pokarmu po wymieszaniu go z sokiem żołądkowym, w którym znajdują się:
- pepsynogen- proenzym (enzym nieaktywny) proteolityczny; w ślinie kwaśnym środowisku zostaje on aktywowany w czynną pepsynę (wydzielanie enzymów proteolitycznych pod postacią nieaktywnych proenzymów ma na celu zabezpieczenie komórek gruczołowych przed strawieniem ich białek),
- renina = podpuszczka = chymozyna - wydzielana u młodych ssaków (jej obecność u niemowląt nie jest pewna ); powoduje "ścinanie" rozpuszczalnego białka mleka (kazeinogenu) w nierozpuszczalną parakazeinę i zapoczątkowuje jej trawienie;
- lipaza żołądkowa - jej funkcjonowanie jest ograniczone, ponieważ lipazy lepiej działają w środowisku zasadowym, obojętnym lub najwyżej lekko kwaśnym i tam, gdzie tłuszcze zmieniane są na emulsję. W żołądku trawi ona tylko tłuszcz przyjęty w formie zemulgowanej, np. w mleku, śmietanie, jajku (niektórzy fizjologowie podają w wątpliwość istnienie lipazy żołądkowej).

Zakwaszona treść żołądka, przedostająca sie małymi porcjami do dwunastnicy, ulega alkalizacji do pH w granicach 7,1 - 8,4 pod wpływem zasadowego śluzu wydzielanego przez gruczoły dwunastnicze podśluzowe i soku trzustkowego produkowanego przez trzustkę, a przekazywanego do światła dwunastnicy przewodem trzustkowym. Sok trzustkowy zawiera:
- proenzym proteolityczny - trypsynogen, który pod wpływem enzymu enterokinazy zawartego w błonie śluzowej jelita zostaje aktywowany w czynna trypsyne, a ta aktywuje następne porcje trypsynogenu dostające się do dwunastnicy,
- proenzym proteolityczny - chymotrypsynogen, który zostaje aktywowany w czynną chymotrypsynę przez trypsyne,
- proaminopeptydazy i prokarboksypeptydazy,
- amylazę trzystkową,
- lipazę trzustkową,
- nukleazy

Oprócz soku trzustkowego do dwunastnicy wydziela się żółć będąca produktem wątroby magazynowanym w pęcherzyku żółciowym. Na początku trawienie w jelicie cienkim do dwunastnicy wpływa ciemna i gęsta żółć pęcherzykowa, a gdy jej zaczyna brakować, pojawia sie jaśniejsza i mniej gęsta żółć wątrobowa. Żółć nie jest enzymem.

Zawiera ona głównie sole kwasów żółciowych, które zmniejszają napięcie powierzchniowej emulgują tłuszcze, przez co ułatwiają dostęp lipazom do cząsteczek tłuszczu. Ponadto: aktywują lipazę, ułatwiają wchłanianie tłuszczów wraz z witaminami rozpuszczalnymi w tłuszczach, zwiększają ruch jelit.

Do światła jelita cienkiego wydzielany jest sok jelitowy. W początkowym odcinku dwunastnicy gruczoły dwunastnicze podśluzówkowe wydzielają gęsty zasadowy śluz chroniący błonę śluzowa jelita przed uszkodzeniem przez kwaśną treść żołądka, a występujące w błonie śluzowej jelita cienkiego gruczoły jelitowe produkują wydzielinę zawierająca następujące enzymy trawienne:
- proaminopeptydazy
- amylazę jelitową (w małych ilościach)
- malatazę, sacharazę ilaktazę
- lipazę jelitową
- nukleazy.

Gruczoły występujące w ścianie jelita grubego nie produkują enzymów; wydzielają jedynie śluz. Jednak pokarm dostający się do jelita grubego jest jeszcze przez pewien czas trawiony przez enzymy zawarte w miazdze pokarmowej z jelita cienkiego.