Процессы пищеварения

При приеме пищи продукты после пережевывания смешиваются со слюной и затем после проглатывания поступают в желудок, где смешиваются с желудочным соком. Именно здесь начинается химическое переваривание пищи.

Желудочный сок является продуктом нескольких типов клеток. Обкладочные клетки стенок желудка образуют соляную кислоту. Главные клетки секретируют пепсиноген, предшественник протеиназы. Добавочные клетки и другие клетки эпителия секретируют муцинсодержащую слизь (см. ниже).

А. Образование соляной кислоты

Секреция соляной кислоты обкладочными клетками является процессом активного транспорта, потребляющим энергию на преодоление градиента концентрации (см. рис. 221). Протоны соляной кислоты транспортируются Н⁺/К⁺-АТФ-азой [2] из цитоплазматического пространства обкладочных клеток в просвет желудка, при этом концентрация протонов в желудке возрастает примерно в 10⁶ раз (концентрация Н⁺ в клетке примерно 10^-7 M = рН 7, в просвете желудка примерно 10^-1 M = рН 1). Расход протонов в обкладочных клетках компенсируется диссоциацией угольной кислоты (Н₂СО₃). Избыток основного гидрокарбоната (НСО₃^-) в интерстициальном пространстве обменивается на хлорид-ионы (Cl^-) из крови и вместо него поступают в кровь. Диоксид углерода (СО₂) диффундирует из крови в обкладочные клетки, где гидратируется при участии карбонатдегидратазы (карбоангидразы [1]) с образованием угольной кислоты. Хлорид-ионы следуют за активно секретируемыми протонами через хлоридный канал в просвет желудка (для сохранения электронейтральности).

Соляная кислота желудочного сока важна для пищеварения. Она активирует пепсиногены в пепсины (см. ниже), создает оптимальный для их действия рН, денатурирует пищевые белки, которые вследствие этого лучше расщепляются протеиназами, и убивает микроорганизмы.

Активация пепсина. Гидролиз пищевых белков начинается с действия пепсинов желудка. Имеется несколько протеиназ, обладающих различной специфичностью, которые образуются вначале в виде пепсиногенов в главных клетках слизистой желудка. В кислой среде содержимого желудка пепсиногены аутокаталитически отщепляют блокирующие пептиды и превращаются в активную форму — пепсины. Пепсины являются эндопротеиназами с необычно кислым оптимумом рН (около рН 2). Они расщепляют с помощью двух аспартильных остатков в активном центре пептидные связи белков, предпочтительно связи, образованные между Phe и Leu.

Б. Активация пищеварительных ферментов поджелудочной железы

Секрет поджелудочной железы содержит неактивные предшественники пищеварительных ферментов, так называемые проферменты или зимогены (см. рис. 263). Среди множества различных проферментов ключевую роль играет трипсиноген. Попадая в кишечник, он под действием энтеропептидазы превращается в трипсин. Энтеропептидаза — протеиназа, локализованная на поверхности клеток слизистой двенадцатиперстной кишки. Она отщепляет от трипсиногена короткий пептид, вследствие чего функциональные группы в трипсине перестраиваются и образуют активный центр (см. с. 178).

Образующиеся молекулы трипсина могут активировать следующие молекулы трипсиногена, аутокаталитически отщепляя пептид, а также активировать другие зимогены поджелудочной железы. Активированные таким образом ферменты поджелудочной железы способствуют интенсивному перевариванию пищевых белков.

Предотвращение самопереваривания поджелудочной железы, наблюдаемого при панкреатитах, осуществляется благодаря тому, что: 1) большинство ферментов образуется в поджелудочной железе в виде неактивных зимогенов и только в кишечнике они превращаются трипсином в активные гидролазы; 2) преждевременная активация зимогенов трипсином контролируется его ингибитором, образующим с ферментом очень прочный комплекс. Внутренние поверхности желудка и кишечника покрыты муцинами. Эти гликопротеины слизи защищают эпителий пищеварительного тракта от разрушения ферментами.