Главная › Басни › Типы пищеварения. Собственный тип пищеварения

Типы пищеварения. Собственный тип пищеварения

Этим термином обозначаются случаи, когда не‑расщепленные или частично расщепленные пищевые вещества проникают внутрь клетки, где подвергаются гидролизу ферментами цитоплазмы, не выделяемыми за пределы клетки. Внутриклеточное пищеварение распространено у простейших и наиболее примитивных многоклеточных организмов, например у губок и плоских червей. Как дополнительный механизм гидролиза пищевых веществ оно встречается у немертин, иглокожих, некоторых кольчатых червей и многих моллюсков. У высших позвоночных животных и человека оно выполняет главным образом защитные функции, например фагоцитоз.

Различаются два типа внутриклеточного пищеварения. Первый связан с транспортом небольших молекул через клеточные мембраны и последующим перевариванием ферментами цитоплазмы. Внутриклеточное пищеварение может также происходить в специальных внутриклеточных полостях – пищеварительных вакуолях, присутствующих постоянно или образующихся при фагоцитозе и пиноцитозе и исчезающих после расщепления захваченной пищи. Второй тип пищеварения в большинстве случаев связан с участием лизосом, которые содержат широкий набор гидролитических ферментов (фосфатаз, протеаз, глюкозидаз, липаз и др.) с оптимумом действия в кислой среде (pH 3.5–5.5). Пищевые структуры или пищевые растворы в околоклеточной среде вызывают впячивания плазматической мембраны, которые затем отшнуровываются и погружаются в цитоплазму, образуя пиноцитозные и фагоцитозные вакуоли. Соединяясь с последними, лизосомы образуют фагосомы, где происходит контакт ферментов с соответствующими субстратами. Образовавшиеся продукты гидролиза всасываются через мембраны фагосом. После завершения пищеварительного цикла остатки фагосом выбрасываются за пределы клетки путем экзоцитоза. Лизосомы играют также важную роль в расщеплении собственных структур клетки, которые используются в качестве пищевого материала либо данной клеткой, либо за ее пределами.

По своим механизмам внутриклеточное пищеварение может быть рассмотрено как сочетание микрополостного и мембранного гидролиза в пределах клетки. Действительно, при внутриклеточном пищеварении ферменты могут оказывать свой гидролитический эффект в цитоплазме клетки или в фагосоме, т.е. в среде, что свойственно полостному пищеварению, а также на внутренней поверхности фагосомной мембраны, что свойственно мембранному пищеварению.

Внутриклеточное пищеварение лимитировано проницаемостью мембраны и процессами эпдоцитоза, которые характеризуются небольшой скоростью и, по‑видимому, не могут играть существенной роли в обеспечении пищевых потребностей высших организмов.

Пищеварение может осуществляться или внутри, или вне клеток. У одноклеточных животных пищеварение обычно по необходимости внутриклеточное. Простейшие набирают пищу в пищеварительную вакуоль и секретируют в эту вакуоль ферменты, расщепляющие углеводы, жиры и белки. Аналогичное внутриклеточ^ ное переваривание происходит у губок и в какой-то мере у кишечнополостных, гребневиков и турбеллярий. В сочетании с внеклеточным пищеварением оно встречается также у ряда более сложно устроенных животных. Например, у двустворчатых моллюсков мелкие пищевые частицы нередко захватываются и перевариваются клетками пищезарительной железы.
Некоторые животные, питающиеся более крупными кусками: пищи, например кишечнополостные, имеют частично внутриклеточное, а частично внеклеточное пищеварение. Переваривание начинается в пищеварительной (гастроваскулярной) полости; затем фрагменты частично переваренной пищи захватываются внутрь клеток, образующих стенки этой полости, где перевариваются окончательно.
Внеклеточное пищеварение имеет одно очевидное преимущество: оно позволяет заглатывать большие куски пищи, тогда как внутриклеточное пищеварение ограничено частичками, достаточно малыми для поглощения их отдельными клетками организма.
Внеклеточное пищеварение обычно сочетается с хорошо развитым пищеварительным трактом, в котором выделяемые ферменты могут воздействовать на пищевой материал. Пищеварительный тракт может иметь одно отверстие, как у кишечнополостных, офиур и плоских червей. У этих животных все непереваренные материалы выбрасываются через то же отверстие, которое служит ртом. У более сложных животных пищеварительный тракт имеет два отверстия: рот и анус. Это позволяет осуществить «конвейерный» процесс переваривания. Пища, поступающая внутрь через рот, передвигается дальше и подвергается действию" ряда пищеварительных ферментов; растворимые продукты переваривания всасываются, а непереваренный материал в конце концов выбрасывается через анус, не мешая приему пищи. При таком способе прием пищи может продолжаться во время пищеварения, и прохождение пищи по пищеварительному тракту может осуществляться без перерывов.
Все кишечнополостные - плотоядные. Они имеют хватательные приспособления - щупальца, которые помогают им ловить и парализовать добычу. Щупальца снабжены специализированными клетками - нематоцистами, которые, соприкоснувшись с подходящей добычей, выбрасывают тонкую полую нить, пронзающукgt; жертву. Через эту нить из клетки выходит яд, который парализует добычу. Затем щупальца заталкивают жертву в гастральную полость для переваривания.
У плоского червя (планарии) рот ведет в гастроваскулярную полость, разветвления которой расходятся по всему телу. Благодаря своей разветвленности эта полость не только служит длй пищеварения, но и доставляет пищу ко всем частям организма.
Система ветвей увеличивает также общую поверхность гастровас- кулярной полости, что способствует всасыванию переваренной пищи. У планарий внеклеточное пищеварение помогает измельчению пищи, но большая часть пищевых частиц захватывается клетками, выстилающими полость, и переваривается внутриклеточно.

Страница 1

В зависимости от происхождения гидролитических ферментов различают:

1) собственное пищеварение - оно идет за счет ферментов, вырабатываемых человеком или животным;

2) симбионтное - за счет ферментов симбионтов, например, ферментов микроорганизмов, населяющих толстый кишечник;

3) аутолитическое - за счет ферментов, вводимых вместе с пищей. Это, например, характерно для молока матери, в нем содержатся ферменты, необходимые для створаживания молока и гидролиза его компонентов. У взрослого человека главное значение в процессах пищеварения имеет собственное пищеварение.

В зависимости от локализации процесса гидролиза питательных веществ различают: внутриклеточное и внеклеточное пищеварение, причем внеклеточное делится на дистантное (или полостное) и контактное (или пристеночное) пищеварение.

Внутриклеточное пищеварение

представляет собой процесс, происходящий внутри клетки. Фагоциты - яркий пример использования этого способа гидролиза. Как правило, внутриклеточное пищеварение осуществляется с помощью гидролаз, расположенных в лизосомах. В процессе собственного (истинного) пищеварения у человека основная роль принадлежит полостному и пристеночному пищеварению.

Полостное пищеварение

совершается в различных отделах ЖКТ, начиная с ротовой полости, но его выраженность различна. Слюнные железы, железы желудка, панкреатическая железа, многочисленные железы кишечника вырабатывают соответствующие соки (слюну - в ротовой полости), в которых помимо различных компонентов содержатся ферменты - гидролазы, осуществляющие гидролиз соответствующих полимеров - белков, сложных углеводов, жиров. Как правило, гидролиз происходит в водной фазе и во многом он определяется рН среды, температурой, а для липаз - содержанием в среде эмульгатора жира - желчных кислот. Он заканчивается образованием мелких молекул - дисахаридов, дипептидов, жирных кислот, моноглицеридов.

Пристеночное (мембранное) пищеварение

Идея о его существовании была высказана А. М. Уголевым в 1963 г. Проводя опыты с отрезком тонкой кишки, он обнаружил, что гидролиз крахмала под влиянием амилазы в присутствии отрезка тонкой кишки крысы, обработанного специальным образом (для удаления собственной амилазы), происходит значительно быстрее, чем без него. А. М. Уголев предположил, что в апикальной части энтероцитов происходит процесс, способствующий окончательному перевариванию питательных веществ. Последующее развитие науки подтвердило правильность этой гипотезы, которая в настоящее время признана аксиомой физиологии пищеварения.

Пристеночное пищеварение осуществляется на апикальной поверхности энтероцита. Здесь, в его мембране, встроены ферменты-гидролазы, которые совершают окончательный гидролиз питательных веществ, например, мальтаза, расщепляющая мальтозу до двух молекул глюкозы, инвертаза, расщепляющая сахарозу до глюкозы и фруктозы, дипептидазы. Эти ферменты состоят из двух частей - гидрофильной и гидрофобной. Гидрофильная часть находится над мембраной, а гидрофобная часть - внутри мембраны, она выполняет «якорную» функцию. Ферменты, которые осуществляют пристеночное пищеварение, как правило, синтезируются внутри самого энтероцита, в том числе мальтаза, инвертаза, изомальтаза, гамма-амилаза, лактаза, трегалаза, щелочная фосфатаза, моноглицеридлипа-за, пептидазы, аминопептидазы, карбоксипептидазы и другие. После синтеза эти ферменты встраиваются в мембрану как типичные интегральные белки. Эффективность пристеночного пищеварения во многом возрастает благодаря тому, что этот процесс сопряжен со следующим этапом - транспортом молекулы через энтероцит в кровь или лимфу, т. е. с процессом всасывания. Как правило, вблизи от фермента-гидролазы находится транспортный механизм («транспортер», по терминологии А. М. Уголева), который, как в эстафете, принимает на себя образовавшийся мономер и транспортирует его через апикальную мембрану энтероцита внутрь клетки.

Энтероцит покрыт микроворсинками, в среднем до 1700-3000 штук на клетку. На 1 мм2 таких ворсинок - около 50-200 млн. За счет них площадь мембраны, на которой совершается пристеночное пищеварение, возрастает в 14-39 раз. В мембранах этих микроворсинок и локализуются ферменты - гидролазы. Между микроворсинками и на их поверхности расположен слой гликокаликса - это перпендикулярно по отношению к поверхности мембраны энтероцита расположенные филаменты (диаметр их от 2 до 5 нм, высота - 0,3-0,5 мкм), которые образуют своеобразный пористый реактор. Периодически, когда гликокаликс чрезмерно загрязнен, он, для очистки поверхности энтероцита, отторгается. При патологии возможны ситуации, когда клетка вообще надолго лишается гликокаликса, и в этом случае нарушается процесс пристеночного пищеварения. Гликокаликс обеспечивает над апикальной мембраной энтероцита своеобразную среду. Гликокаликс является молекулярным ситом и ионообменником - расстояния между соседними филаментами гликокаликса таковы, что они не пропускают внутрь гликокаликса крупные частицы, в том числе «недопереваренные» продукты, микроорганизмы, которые населяют тонкий кишечник. Благодаря наличию электрических зарядов (катионов, анионов) гликокаликс является ионообменником. В целом, гликокаликс обеспечивает стерильность и избирательную проходимость для среды, расположенной над мембраной энтероцита. Между филаментами гликокаликса расположены ферменты - гидролазы, основная часть которых происходит из соков - кишечного и панкреатического, и здесь они довершают начатый в полости кишечника процесс частичного гидролиза.

Описание экосистемы пресного водоема
Растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Пищевые цепи сложно переплетены. Если какой-ни...

Описание экосистемы океана
В питании животных океана преимущественное значение имеет планктон. Водорослями и простейшими питаются веслоногие рачки. Рачков поедают сельди и другие рыбы. Сельди идут в пищу хищным рыбам и чайкам. Исключительно планктоном питаются усат...

Античная наука о природе
Впервые наука в истории человечества возникает в Древней Греции в VI веке до н. э. В отличие от ряда древних цивилизаций (Египта, Вавилона, Ассирии) именно в культуре Древней Греции обнаруживаются характерные особенности зарождающейся нау...

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕМА РЕФЕРАТА

«Питание клетки: лизосомы и внутриклеточное пищеварение

Выполнил

Фурсова Анастасия Алексеевна

Тверь, 2015

1. Питание - одно из свойств живых организмов

Все мы знаем, что живая клетка дышит, реагирует на воздействие внешней среды, выделяет ненужные ей вещества, размножается, т.е. для нее характерны все свойства живого, а значит, клетка способна питаться. Как это происходит?

Питание клетки происходит в результате целого ряда сложных химических реакций. В ходе этих реакций неорганические вещества, поступившие в клетку из внешней среды (углекислый газ, минеральные соли, вода), преобразуются в органические и входят в состав тела самой клетки в виде белков, сахаров, жиров, масел, азотных и фосфорных соединений.

2. Лизосома - органелла эукариотической клетки

питание клетка лизосома фермент

Активное участие в питании клетки принимает лизосома.

Лизосома -- небольшое тельце, ограниченное от цитоплазмы одинарной мембраной. (диаметр 0,2-0,4 мкм). Лизосомы были впервые описаны в 1955 году Кристианом де Дювом в животной клетке, а позже были обнаружены и в растительной. Наличие лизосом характерно для клеток всех эукариот. У прокариот лизосомы отсутствуют, так как у них отсутствует фагоцитоз и нет внутриклеточного пищеварения

Лизосомы -- гетерогенные (сборные) органеллы, имеющие разную форму, размеры, ультраструктурные и цитохимические особенности, что обусловлено их функцией. В них находятся литические ферменты, имеющие общее название - кислые гидролазы; они способны расщеплять биополимеры. К таким ферментам относятся: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНКазы, РНКазы. В функцию этих ферментов входит катализ гидролитического расщепления нуклеиновых кислот, белков, жиров, полисахаридов и других химических соединений при низких значениях pH (4,5). Таким образом, гидролитические ферменты лизосом активны исключительно в кислой среде. Расщепление этих веществ рассматривается как внутриклеточное переваривание веществ и структур клетки.

Лизосомы формируются из пузырьков (везикул), отделяющихся от пластинчатого комплекса, и пузырьков (эндосом), в которые попадают вещества при эндоцитозе. В образовании аутолизосом (аутофагосом) принимают участие мембраны эндоплазматического ретикулума.

Различают первичные, вторичные лизосомы и постлизосомы (остаточные тельца). Первичные образуются в области пластинчатого комплекса, в них находятся ферменты в неактивном состоянии. Вторичные же содержат активные ферменты. (Обычно ферменты лизосом активируются при понижении рН). Образуются вторичные лизосомы из первичных лизосом. Они подразделяются на гетеролизосомы (фагосомы или фаголизосомы) и аутолизосомы (цитолисомы или цитолизосомы).

В гетеролизосомах переваривается материал, поступающий в клетку извне путем фагоцитоза (твердые частицы) и пиноцитоза (жидкости). В аутолизосомах разрушаются собственные клеточные образования, которые завершают свой жизненный путь. Например, митохондрии, фрагменты мембран.

Остаточные тельца (телолизосомы) - это те самые вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершен. В них отсутствуют гидролитические ферменты и находится материал, не подлежащий разрушению.

3. Функции лизосомы в клетке. Внутриклеточное пищеварение

* переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток);

* аутофагия -- уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки;

* автолиз -- самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток). Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела;

* растворение внешних структур.

Ферменты лизосом нередко высвобождаются при разрушении мембраны лизосомы. Обычно при этом они инактивируются в нейтральной среде цитоплазмы. Однако при одновременном разрушении всех лизосом клетки может произойти ее саморазрушение -- автолиз. Различают патологический и обычный автолиз. Распространенный вариант патологического автолиза -- посмертный автолиз тканей.

В норме процессы автолиза сопровождают многие явления, связанные с развитием организма и дифференцировкой клеток. Так, аутолиз клеток описывается как механизм разрушения тканей у личинок насекомых при полном превращении, а также при рассасывании хвоста у головастика. Правда, эти описания относятся к периоду, когда различия между апоптозом и некрозом еще не были установлены, и в каждом случае требуется выяснять, не лежит ли на самом деле в основе деградации органа или ткани апоптоз, не связанный с автолизом.

4. Роль пероксисом в патологии клетки

Пероксисома (лат. peroxysoma) -- обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции.

Открыты бельгийским цитологом Христианом де Дювом в 1965 году. Имеет размер от 0,2 до 1,5 мкм, отделена от цитоплазмы одной мембраной. Она содержит в себе мелкозернистый и гомогенный матрикс. Пероксисомы сходны по строению с лизосомами. Длительность жизни пероксисом незначительная - всего 5-6 суток.

Новые органоиды образуются чаще всего в результате деления предшествующих, как митохондрии и хлоропласты.

Одним из самых характерных свойств пероксисом является их локализация в непосредственной близости от каналов и цистерн незернистой цитоплазматической сети. Мелкозернистый матрикс содержит два вида ферментов: оксидазы и пероксидазы. Оба эти фермента относятся к классу оксидоредуктаз. Они катализируют реакции, в ходе которых может образовываться перекись водорода. Оксидаза обеспечивает синтез перекиси водорода. Пероксисомы, как показывает ряд исследований, являются неким «депо» каталазы. Каталаза - фермент, катализирующий распад перекиси водорода на воду и кислород. Пероксидаза же вызывает перенос кислорода из перекиси водорода на вещества, способные к окислению, т.е. она участвует в защитных реакциях клетки, освобождая её от перекисей. Набор функций пероксисом различается в клетках разных типов. Среди них: окисление жирных кислот, фотодыхание, разрушение токсичных соединений, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, построение миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фитановой кислоты и т. д. Наряду с митохондриями пероксисомы являются главными потребителями O2 в клетке.

Интерес к метаболизму перекисей очень высок, поскольку они оказывают вредное влияние на клетку.

Объектом действия перекиси водорода и образующихся из нее активированных форм кислорода в клетке могут стать органические соединения. Кроме того, ионы металлов оказывают значительное влияние на способность перекиси водорода вызывать деструкцию (разрушение) функциональных групп белков, что приводит к денатурации белка, снижает активность многих ферментов. При действии перекиси водорода на биологические мембраны наблюдается окисление сульфидгидридных групп белков, что способствует разрушению биомембран.

Сравнивая ферментный состав пероксисом растений и животных, ученые пришли к выводу об их важной роли в регуляции метаболических процессов. Эта роль заключается в создании обмена веществ, направленного на рост и развитие организма. «Управление» метаболизмом может осуществляться за счет изменения содержания пероксисом в клетке либо качественного и количественного состава их ферментов. Все ферменты, находящиеся в пероксисоме, должны быть синтезированы на рибосомах вне её. Для их переноса из цитозоля внутрь органеллы мембраны пероксисом имеют систему избирательного транспорта.

Выход этих самых ферментов из пероксисом возможен вследствие повреждения пероксисомальной мембраны.

Следствием глубокого повреждения мембраны и надмолекулярных комплексов может стать переход в растворимое состояние (солюбилизация). Так же существенное влияние на устойчивость мембран оказывает сдвиг pH среды, изменение температуры. Пероксисомы практически не повреждаются при pH 6,2 - 6,6.

Существование пероксисом - пример одного из интереснейших принципов организации живого - компартментализации внутриклеточного метаболизма. В пероксисомах оказались изолированы, ограничены мембраной многие ферменты, продукты действия которых токсичны для ряда внутриклеточных компонентов. Если совместная локализация данных ферментов будет нарушена и периксосомальные ферменты получат возможность продуцировать вне пероксисом перекись водорода, то могут возникнуть опасные для клетки последствия.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Клетка как структурно-функциональная единица развития живых организмов. Мембранные и немембранные компоненты: лизосомы, митохондрия, пластиды, вакуоли и рибосомы. Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи. Строение животной клетки. Функции органоидов.

презентация , добавлен 07.11.2014

Авторы создания клеточной теории. Особенности архей и цианобактерий. Филогения живых организмов. Строение эукариотической клетки. Подвижность и текучесть мембран. Функции аппарата Гольджи. Симбиотическая теория происхождения полуавтономных органелл.

презентация , добавлен 14.04.2014

Лизосомы как гетерогенные органеллы, разнообразие их форм и типов, роль и значение в организме. Механизм транспорта молекул в лизосомы и зависимость данного процесса от источника молекул. Этапы образования лизосом. Механизм узнавания лизосомных белков.

реферат , добавлен 25.11.2010

Виды, функции и особенности тканей. Эпителиальная, соединительная и нервная ткань. Понятие и функции клетки. Связь человека и всех живых существ между собой соединительными структурами. Питание и обмен веществ клетки. Кровь как внутренняя среда организма.

конспект урока , добавлен 22.01.2011

Элементы строения клетки и их характеристика. Функции мембраны, ядра, цитоплазмы, клеточного центра, рибосомы, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий и пластид. Отличия в строении клетки представителей разных царств организмов.

презентация , добавлен 26.11.2013

Общая характеристика клетки: форма, химический состав, отличия эукариот от прокариот. Особенности строения клеток различных организмов. Внутриклеточное движение цитоплазмы клетки, метаболизм. Функции липидов, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.

лекция , добавлен 27.07.2013

Сущность органоидов, классификация включений цитоплазмы по функциональному назначению. Отличительные особенности растительной и животной клеток, роль ядра в их функционировании. Основные органоиды клетки: комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.

презентация , добавлен 27.12.2011

презентация , добавлен 25.11.2015

Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.

реферат , добавлен 14.05.2011

Изучение клеточного уровня организации жизни. Сущность и строение эукариотической клетки - открытой системы, связанной с окружающей средой обменом веществ и энергии. Взаимосвязь строения и функций органоидов клеток: цитоплазмы, ядра, лизосом, митохондрий.

План

Введение……………………………………………………….3

Сущность процессов, происходящих в желудочно-кишечном тракте……………………………………………...4

Типы пищеварения…………………………………………....5

Всасывание…………………………………………………….9

Регуляция всасывания……………………………………….11

Заключение…………………………………………………..14

Список литературы………………………………………….15

Введение

Все вещества, необходимые для выполнения физической и умственной работы, поддержания температуры тела, а также роста и восстановления разрушающихся тканей и других функций, организм получает в виде пищи и воды. Пищевые продукты состоят из питательных веществ, основными из которых являются белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины, вода. Эти вещества входят в состав клеток организма. Большинство пищевых продуктов не может использоваться организмом без предварительной обработки. Она заключается в механической переработке пищи и химическом расщеплении ее на простые растворимые вещества, которые поступают в кровь и поглощаются из нее клетками. Такая обработка пищи называется пищеварением.

Пищеварительная система - это совокупность органов пищеварения у животных и человека. У человека пищеварительная система представлена ротовой полостью, глоткой, пищеводом, желудком, кишечником, печенью и поджелудочной железой.

В ротовой полости пища измельчается (разжевывается), затем подвергается сложной химической обработке пищеварительными соками. Слюнные железы выделяют слюну, железы желудка, поджелудочная и кишечная железы – различные соки, а печень – желчь. В результате воздействия этих соков белки, жиры и углеводы расщепляются до более простых растворимых соединений. Но это возможно лишь при движении пищи по пищеварительному каналу и тщательном ее перемешивании. Перемещение и перемешивание пищи осуществляется благодаря мощным сокращениям мускулатуры стенок пищеварительного канала. Переход питательных веществ в кровь и лимфу выполняется слизистой оболочкой отдельных участков пищеварительного канала.

Сущность процессов, происходящих

в желудочно-кишечном тракте

Ежесуточно взрослый человек должен получать около 80-100 г белков, 80-100 г жира и 400 г углеводов. Они поступают с пищей. Вместе с ними в пище содержатся минеральные соли, микроэлементы, витамины, а также балластные вещества, которые являются ценным компонентом пищи.

Сущность пищеварения (рис.1) заключается в том, что после необходимой механической обработки, т. е. размельчения и растирания пищи во рту, желудке и в тонком кишечнике происходит гидролиз белков, углеводов и жиров. Он проходит в два этапа - вначале в полости пищеварительного тракта происходит разрушение полимера до олигомеров, а затем - в области мембраны энтероцита (пристеночное, или мембранное пищеварение) - происходит окончательный гидролиз до мономеров - аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, моноглицеридов. Молекулы-мономеры с помощью специальных механизмов всасываются, т. е. реабсорбируются через апикальную поверхность энтероцитов и переходят в кровь или лимфу, откуда поступают в различные органы, проходя первоначально через систему воротной вены печени. Все «балластные» вещества, которые не смогли быть гидролизованы ферментами желудочно-кишечного тракта, идут в толстый кишечник, где с помощью микроорганизмов подвергаются дополнительному расщеплению (частичному или полному), при этом часть продуктов этого расщепления всасывается в кровь макроорганизма, а часть идет на питание микрофлоры. Микрофлора способна также продуцировать биологически активные вещества и ряд витаминов, например, витамины группы В.

Заключительным этапом пищеварения является формирование каловых масс и их эвакуация (акт дефекации). В среднем их масса достигает 150-250 г. В норме акт дефекации совершается 1 раз в сутки, у 30% людей - 2 раза и больше, а у 8% - реже 1 раз в сутки. За счет аэрофагии и жизнедеятельности микрофлоры в желудочно-кишечном тракте накапливается около 100-500 мл газа, который частично выделяется при дефекации или вне ее.

Рис.1. Сущность процессов переваривания компонентов пищи.

Типы пищеварения

В зависимости от происхождения гидролитических ферментов различают:

1) собственное пищеварение - оно идет за счет ферментов, вырабатываемых человеком или животным;

Внутриклеточное пищеварение представляет собой процесс, происходящий внутри клетки. Фагоциты - яркий пример использования этого способа гидролиза. Как правило, внутриклеточное пищеварение осуществляется с помощью гидролаз, расположенных в лизосомах. В процессе собственного (истинного) пищеварения у человека основная роль принадлежит полостному и пристеночному пищеварению.

Полостное пищеварение совершается в различных отделах ЖКТ, начиная с ротовой полости, но его выраженность различна. Слюнные железы, железы желудка, панкреатическая железа, многочисленные железы кишечника вырабатывают соответствующие соки (слюну - в ротовой полости), в которых помимо различных компонентов содержатся ферменты - гидролазы, осуществляющие гидролиз соответствующих полимеров - белков, сложных углеводов, жиров. Как правило, гидролиз происходит в водной фазе и во многом он определяется рН среды, температурой, а для липаз - содержанием в среде эмульгатора жира - желчных кислот. Он заканчивается образованием мелких молекул - дисахаридов, дипептидов, жирных кислот, моноглицеридов.

Пристеночное (мембранное) пищеварение - идея о его существовании была высказана А. М. Уголевым в 1963 г. Проводя опыты с отрезком тонкой кишки, он обнаружил, что гидролиз крахмала под влиянием амилазы в присутствии отрезка тонкой кишки крысы, обработанного специальным образом (для удаления собственной амилазы), происходит значительно быстрее, чем без него. А. М. Уголев предположил, что в апикальной части энтероцитов происходит процесс, способствующий окончательному перевариванию питательных веществ. Последующее развитие науки подтвердило правильность этой гипотезы, которая в настоящее время признана аксиомой физиологии пищеварения.

Над гликокаликсом имеется также еще один слой - так называемый слой слизистых наложений. Он образован слизью, продуцируемой бокаловидными клетками, и фрагментами слущивающегося кишечного эпителия. В этом слое сорбировано много ферментов панкреатического сока, кишечного сока. Этот слой является местом примембранного пищеварения.

Таким образом, переход от полостного пищеварения к пристеночному осуществляется постепенно, через два важных в функциональном отношении слоя - слоя слизистых наложений и слоя гликокаликса. Затем идет собственно слой пристеночного (мембранного) пищеварения, в котором совершается окончательный гидролиз питательных веществ и последующий их транспорт через энтероцит в кровь или лимфу.

Всасывание

Всасывание нутриентов, т. е. питательных веществ является конечной целью процесса пищеварения. Этот процесс осуществляется на всем протяжении ЖКТ - от ротовой полости до толстого кишечника, но его интенсивность различна: в ротовой полости, в основном, всасываются моносахариды, некоторые лекарственные вещества, например, нитроглицерин; в желудке, в основном, всасываются вода и алкоголь; в толстом кишечнике - вода, хлориды, жирные кислоты; в тонком кишечнике - все основные продукты гидролиза. В 12-перстной кишке всасываются ионы кальция, магния, железа; в этой кишке и в начале тощей кишки идет преимущественно всасывание моносахаридов, более дистально происходит всасывание жирных кислот, моноглицеридов, а в подвздошной кишке - всасывание белка, аминокислот. Жирорастворимые и водорастворимые витамины всасываются в дистальных участках тощей кишки и в проксимальных участках подвздошной (рис.2).

Рис.2. Всасывание продуктов расщепления белков, углеводов и жиров (вероятные варианты). Всасывание в кровь (К).

А - аминокислоты, М - моносахариды в сопряжении с Na, Г - глицерин, Ж - жирные кислоты - синтез уподобленных триглицеридов в эпителиоцитах - формирование Хм - хиломикронов и всасывание в лимфу (ЛК). Жел - желчные кислоты частично возвращаются в полость кишечника, частично всасываются в кровь и возвращаются в печень.

PAGE_BREAK--

Не все области тонкой кишки «заняты» процессом всасывания, дистальные участки обычно не участвуют в этом процессе. Однако при патологии проксимальных участков дистальные участки берут на себя эту функцию. Таким образом, в организме существует защитный вариант всасывания.

Механизмы транспорта, т. е. всасывания веществ многообразны. Часть веществ, например вода, может проходить через межклеточные (межэнтероцитарные) промежутки - это механизм персорбции. Также происходит и процесс реабсорбции воды в собирательных трубках почки. В ряде случаев имеет место механизм эндоцитоза, т. е. поглощение энтероцитом большой, неразрушенной молекулы внутрь клетки, а затем выделение ее в интерстиций и в кровь за счет механизма экзоцитоза. Очевидно, таким способом транспортируются иммуноглобулины у новорожденных и грудных детей, вскармливаемых женским молоком. Не исключено, что у взрослых ряд молекул тоже транспортируется за счет эндо- и экзоцитоза.

Важное место среди механизмов всасывания занимают механизмы пассивного транспорта - диффузия, осмос, фильтрация, а также облегченная диффузия (транспорт без затрат энергии по градиенту концентрации, но с использованием «транспортеров»). Механизм осмоса позволяет реабсорбировать большой объем воды - в среднем за сутки около 8 л (2,5 - с пищей, остальная вода - это вода пищеварительных соков): вместе с осмотически активными веществами, например, с глюкозой, аминокислотами, ионами натрия, кальция, калия - в энтероциты входит пассивно вода. Частично вода входит в интерстиций (а затем и в кровь) за счет процессов фильтрации - если гидростатическое давление в полости кишечника превышает осмотическое давление в этой среде, то это создает возможность для реабсорбции воды с помощью фильтрационного механизма.

Основным механизмом, обеспечивающим реабсорбцию различных веществ (глюкозы, аминокислот, солей натрия, кальция, железа) является активный транспорт, для реализации которого необходима энергия, возникающая в результате гидролиза АТФ. Ионы натрия транспортируются за счет механизма первично-активного транспорта, а глюкоза, аминокислоты и ряд других веществ - за счет вторично-активного транспорта, зависимого от транспорта натрия.

Особое положение в транспорте занимают продукты липолиза и сами жиры. Будучи жирорастворимыми, они могут проходить через мембранные барьеры пассивно, по градиенту концентрации. Но для этого необходимо «организовать» такой поток, сделать его реальным. Очевидно, с этой целью в полости кишки продукты гидролиза липидов - жирные кислоты, имеющие длинные цепочки, 2-моноглицериды, холестерин - объединяются в мицеллы - мельчайшие капельки, которые способны диффундировать через апикальную мембрану энтероцита внутрь его. Процесс образования мицелл связан с действием желчных кислот. Внутри энтероцита из вновь синтезируемых липидов образуются структуры, удобные для дальнейшего транспорта - хиломикроны. Не исключено, что для облегчения транспорта мицелл и хиломикрон в мембранах имеются специфические переносчики, т.е. имеет место облегченная диффузия.

Регуляция всасывания

Она осуществляется за счет изменений процессов кровотока через слизистую кишечника, желудка, лимфотока, энергетики, а также за счет синтеза «транспортеров» (насосов и специфических переносчиков).

Кровоток в чревной области во многом зависит от стадии пищеварения. Известно, что в условиях «пищевого покоя» в чревной кровоток поступает 15-20% МОК. При усилении функциональной активности ЖКТ он может возрастать в 8-10 раз. Это способствует не только увеличению продукции пищеварительных соков, моторной активности, но и повышает процесс всасывания, т. е. кровоток через ворсинки слизистой кишечника при этом возрастает, и создаются благоприятные условия для оттока крови, богатой всосавшимся нутриентом. Усиление кровотока происходит главным образом за счет продукции вазодилататоров, особенно серотонина - наиболее сильного вазодилататора прекапилляров ЖКТ. Другие гормоны, например, гастрин, гистамин, холецистокинин-панкреозимин тоже способствуют этому процессу. Когда по каким-то причинам системное давление меняется, то кровоток через ворсинку все-таки сохраняется (в диапазоне изменения системного давления от 100 до 30 мм рт. ст.). Это обеспечивается за счет достаточно выраженного механизма ауторегуляции подобно тому, что имеет место в сосудах мозга.

Интенсивность кровотока и, особенно, лимфотока может также регулироваться за счет сократительной активности ворсинки: имеющиеся в ней ГМК при выделении в кровь интестинальных гормонов активируются и вызывают периодическое сокращение ворсинки, происходит выдавливание содержимого кровеносного и лимфатического сосудов, что способствует удалению нутриентов от энтероцита. Считается, что таким гуморальным веществом является вилликинин, продуцируемый в тонком кишечнике.

Активность продольной и циркулярной мускулатуры тонкого кишечника способствует перемешиванию химуса, созданию оптимального внутрикишечного давления - все это тоже облегчает процесс всасывания. Поэтому все факторы, положительно влияющие на моторную активность кишечника, повышают эффективность всасывания.

Регуляция синтеза «транспортеров» осуществляется, как правило, за счет «классических» гормонов - альдостерона, глюкокортикоидов, 1,25-дигидрооксихолекальциферола (1,25-витамин Д3) и других гормонов. Например, повышение продукции альдестерона сопровождается увеличением образования в энтероцитах натриевых насосов, способствующих активному транспорту натрия. Косвенно это отражается на вторично-активном транспорте аминокислот и моносахаридов. Метаболит витамина Д3-1,25-дигидрооксихолекальциферол повышает синтез кальцийсвязываю-щего белка в кишечнике, способствуя всасыванию ионов кальция. Паратгормон повышает скорость образования этого метаболита из витамина Д3 (холекальциферол) и косвенно способствует повышению всасывания кальция.

Гормоны, меняющие процесс реабсорбции данного вещества в кишечнике, одновременно и в том же направлении меняют и процессы реабсорбции этого же вещества в почках, так как механизмы реабсорбции в кишечнике и в почках во многом общие.

Заключение

Пищеварение - это совокупность процессов, обеспечивающих механическое измельчение и химическое (главным образом ферментативное) расщепление пищевых веществ на компоненты, лишённые видовой специфичности и пригодные к всасыванию и участию в обмене веществ организма животных и человека. Поступающая в организм пища всесторонне обрабатывается под действием различных пищеварительных ферментов, синтезируемых специализированными клетками, причём расщепление сложных пищевых веществ (белков, жиров и углеводов) на всё более мелкие фрагменты происходит с присоединением к ним молекулы воды. Белки расщепляются в конечном итоге на аминокислоты, жиры - на глицерин и жирные кислоты, углеводы - на моносахариды. Эти относительно простые вещества подвергаются всасыванию, а из них в органах и тканях вновь синтезируются сложные органические соединения. Известно 3 основных типа пищеварения: внутриклеточное, дистантное (полостное) и контактное (пристеночное). Всасывание нутриентов является конечной целью процесса пищеварения. Этот процесс осуществляется на всем протяжении ЖКТ.

Список литературы

Агаджанян Н.А., Тель Л.З., Циркин В.И., Чеснокова С.А. Физиология человека (курс лекций) СПб., СОТИС, 1998.

Мамонтов С.Г. Биология (Учеб. пособие) М., Дрофа, 1997.

Оке С. Основы нейрофизиологии М., 1969.

Сидоров Е.П. Общая биология М., 1997.

Фомин Н.А. Физиология человека М., 1992.