Procesy trawienia

Spośród składników zawartych w pokarmie tylko nieliczne, jak np. woda i cukry proste, mogą być bezpośrednio przyswajane przez organizm. Inne substancje muszą zostać rozłożone do drobnocząsteczkowych związków chemicznych , łatwo przenikających przez błony komórkowe. Zachodzące w przewodzie pokarmowym procesy mechaniczne i chemiczne, które prowadzą do takiego rozkładu złożonych związków organicznych, nazywamy trawieniem. Trawienie może się odbywać wewnątrzkomórkowo lub zewnątrzkomórkowo.

Jak przebiega trawienie pokarmu?

Trawienie mechaniczne zachodzące podczas obróbki pokarmu to kolejno: żucie, nawilżanie, połykanie i przesuwanie treści pokarmowej. Natomiast trawienie chemiczne to złożony proces, w którym wielkocząsteczkowe związki chemiczne pod wpływem enzymów ulegają rozłożeniu na drobne cząsteczki, możliwe do wchłonięcia oraz przyswojenia przez organizm. Wszystkie enzymy biorące udział w trawieniu należą do enzymów hydrolitycznych (hydrolaz), które katalizują rozpad wewnątrzcząsteczkowych wiązań chemicznych z udziałem cząsteczki wody.

Trawienie jest procesem wieloetapowym, przebiegającym w kolejnych odcinkach przewodu pokarmowego. Produkty tego procesu wchłaniane są do krwi i limfy, a następnie transportowane do każdej komórki organizmu.

Trawienie cukrów

Trawienie cukrów złożonych przebiega w jamie ustnej i jelicie cienkim z udziałem enzymów - amylaz i disacharydaz (sacharazy, laktazy i maltazy). Amylazy rozcinają wiązania glikozydowe między cukrami prostymi wchodzącymi w skład wielocukrów, natomiast disacharydazy - wiązania w dwucukrach. W rezultacie tych przemian powstają ostatecznie wolne cukry proste, które wchłaniane są do krwi. W ten sposób trawione są najważniejsze wielocukry w diecie człowieka, czyli roślinna skrobia i zwierzęcy glikogen, a także dwucukry, takie jak sacharoza, laktoza czy maltoza. Trawienie cukrów rozpoczyna się już w jamie ustnej, a kończy w jelicie cienkim.

W pokarmie roślinnym występują również węglowodany strukturalne, takie jak celuloza i pektyny. Budują one ściany komórkowe roślin. Celuloza, tak jak skrobia, jest polimerem zbudowanym wyłącznie z cząsteczek glukozy, jednak są one połączone wiązaniami ß‑1,4‑glikozydowymi, których nie trawi amylaza ślinowa i trzustkowa. W rezultacie polisacharydy te nie są trawione i nie są przyswajalne przez człowieka. 

olive

Ciekawostka

3,3

Celulaza to kompleks trzech enzymów, które trawią celulozę: endo‑ß-1,4‑glukanazy, egzo‑ß-1,4‑glukanazy i  ß‑1,4‑glukozydazy. Jednym ze zwierząt, u których stwierdzono jej wydzielanie, jest żywiący się drewnem świdrak okrętowy (Teredo navalis) – bezkręgowiec wyrządzający niegdyś wielkie szkody w drewnianych kadłubach statków. Drewnem żywią się również rybiki cukrowe (Lepisma saccharina) – prymitywne owady bezskrzydłe. Ponadto celulazy wydzielane są przez symbiotyczne bakterie i pierwotniaki żyjące w obszernych komorach przewodów pokarmowych zwierząt przeżuwających, takich jak krowy i owce.

RQdL9ZMqZBGUS

Zdjęcie przedstawia rybika. Jego ciało jest nieco grzbietobrzusznie przypłaszczone, szerokie z przodu i zwężające się ku tyłowi. Odwłok jest segmentowany.

Trawienie białek

Enzymy trawiące białka

Enzymy trawiące białka rozcinają wiązania peptydowe pomiędzy aminokwasami. Jednym z kryteriów ich klasyfikacji jest położenie hydrolizowanego wiązania peptydowego w łańcuchu polipeptydowym. Wyróżnia się: endopeptydazy, egzopeptydazy i dipeptydazy.

RVumxmew3HZEb

Schemat przedstawia łańcuchy wiązania peptydowego ulegającego hydrolizie. Na początku łańcucha mamy zapis H²N, dalej łańcuch składa się z pojedynczych amojokowasów połączonych wiązania peptydowymi. Kolejno oznaczono: egzopeptydazy (aminopeptydazy), endopeptydazy (pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna), egzopeptydazy (karboksypeptydazy). Łańcuch kończy się zapisem COOH.

Wszystkie peptydazy są wydzielane w formie nieaktywnych proenzymów. Dzięki temu nie rozkładają białek budujących komórki gruczołów, w których są wytwarzane, ani narządów, do których są wydzielane. Kiedy docierają do miejsca działania, ulegają aktywacji. Ściany przewodu pokarmowego są chronione przed aktywnymi enzymami przez warstwę śluzu.

Etapy trawienia białek

Trawienie białek odbywa się w żołądku oraz dwunastnicy.

W soku żołądkowym młodych ssaków, w tym również człowieka, znajduje się specjalny enzym proteolityczny – podpuszczka, zwana też renniną. Powoduje ona ścinanie (wytrącenie z roztworu) głównego białka mleka - kazeiny. W ten sposób białko to przygotowywane jest do trawienia przez pepsynę. Wraz z dojrzewaniem organizmu wydzielanie podpuszczki jest stopniowo ograniczane, aż do całkowitego zaniku.

R10ot6yNnT9yX

Zdjęcie przedstawia talerze, na których znajdują się różne rodzaje smakowe serów podpuszczkowych.

Trawienie tłuszczów

Wspólną cechą wszystkich tłuszczów jest to, że są nierozpuszczalne w wodzie. Z tego powodu ich trawienie wymaga emulgacjiemulgacjaemulgacji, a następnie enzymatycznego rozkładu do alkoholu i kwasów tłuszczowych.

Emulgacja tłuszczów

Emulgacja jest procesem, który polega na rozbijaniu dużych kropli tłuszczu zawieszonych w wodzie na wiele drobnych kropelek. Objętość tłuszczu pozostaje taka sama, jednak powierzchnia kontaktu wielu kropelek tłuszczu z wodą jest o wiele większa niż w przypadku jednej dużej kropli. Powiększona powierzchnia tłuszczu ułatwia oddziaływanie enzymów trawiennych oraz zwiększa ich skuteczność. Emulgację powodują kwasy żółciowekwasy żółciowekwasy żółciowe – główny składnik żółciżółćżółci produkowanej przez wątrobę, magazynowanej w pęcherzyku żółciowym i wydzielanej do dwunastnicy.

RHA5H5UNRB5PD

Schemat składający się z trzech ilustracji przedstawia trawienie tłuszczów. Na pierwszym rysunku widać wodę i olej. Przebiegająca między tymi cieczami granica jest prosta, a na granicy fazy olej – woda lokują się w szeregu cząsteczki kwasów żółciowych. Na drugim obrazku można dostrzec, że linia graniczna obleju staje się pofałdowana, a duże krople tłuszczu odrywają się od jego brzegu i są rozbijane na wiele drobnych kropelek. Objętość tłuszczu pozostaje taka sama, jednak powierzchnia kontaktu wielu kropelek tłuszczu z wodą jest o wiele większa niż w przypadku jednej dużej kropli. Na trzeciej ilustracji znajdują się już tylko kropelki tłuszczu. Zostają one otoczone w koło szeregiem cząsteczek kwasów żółciowych.

Enzymatyczny rozkład tłuszczy

Zemulgowane tłuszcze są trawione przez lipazy będące (tak jak większość enzymów) białkami. Lipazy działają w różnych częściach przewodu pokarmowego.

RLT7HJcCbaOsS

Ilustracja przedstawia proces, w którym w wyniku hydrolizy tłuszczów nie wszystkie cząsteczki zostają rozłożone całkowicie na glicerol i kwasy tłuszczowe. Na dużą cząsteczkę tłuszczu działają sole kwasów żółciowych i następuje emulgacja. Duża kropla tłuszczu rozbijana jest na sześć mniejszych kropli tłuszczu (każda zawiera jedną cząsteczkę trójglicerydu). Działają na nie kolejno lipazy. Część z nich zostaje rozłożona do diglicerydów (glicerolu połączonego z dwoma cząsteczkami kwasów tłuszczowych) i jednej cząsteczki kwasu tłuszczowego, część do monoglicerydów (glicerolu połączonego z jedną cząsteczką kwasu tłuszczowego) i dwóch cząsteczek kwasu tłuszczowego, a pozostałe do glicerolu i trzech cząsteczek kwasów tłuszczowych.

Trawienie kwasów nukleinowych

Kwasy nukleinowe, czyli DNA oraz RNA, to związki organiczne zbudowane z nukleotydów. Trawienie kwasów nukleinowych odbywa się w jelicie cienkim w wyniku działania nukleaz, które katalizują hydrolizę wiązań fosfodiestrowych łączących nukleotydy. Ze względu na miejsce działania w cząsteczce kwasu nukleinowego wyróżnia się endonukleazyendonukleazyendonukleazy i egzonukleazyendonukleazyegzonukleazy. Nukleazy są wydzielane przez trzustkę i jelito cienkie .

Nukleazy trzustkowe rozkładają DNA i RNA w dwunastnicy do oligonukleotydów, trinukleotydów i dinukleotydów. Są one dalej hydrolizowane do wolnych nukleotydów przez nukleazy jelitowe. Następnie nukleotydy są dalej rozkładane przez inne enzymy jelitowe (nukleotydazy i nukleozydazy) na wchłanialne produkty końcowe: zasady azotowe, cukry i fosforany. 

Podsumowanie

• Trawienie polega na mechanicznym rozdrobnieniu i chemicznym rozłożeniu złożonych składników pokarmowych (makrocząsteczek) na proste związki, które organizm może wchłonąć i wykorzystać. 

• Trawieniu podlegają cukry złożone, białka i peptydy, tłuszcze oraz kwasy nukleinowe. Substancje drobnocząsteczkowe, takie jak cukry proste, aminokwasy, wolne kwasy tłuszczowe i witaminy nie ulegają trawieniu i są bezpośrednio wchłaniane przez organizm.

• Trawienie chemiczne związane jest z działalnością enzymów trawiennych - hydrolaz, które rozszczepiają wiązania chemiczne z udziałem wody.

• Trawienie różnych substancji pokarmowych przebiega w różnych odcinkach przewodu pokarmowego, z udziałem różnych enzymów.

• Trawienie tłuszczy poprzedzone jest ich emulgacją, czyli rozbiciem na drobne kropelki, które są następnie atakowane przez enzymy trawienne.   

• Trawienie cukrów

• Trawienie białek

• Trawienie tłuszczy i kwasów nukleinowych

Ćwiczenia utrwalające