Funkční biochemie trávicího traktu
Obsah přednášky • Proces trávení v jednotlivých etážích GIT: – slinné žlázy – žaludek – slinivka břišní – játra a žlučové kyseliny – luminální membrána enterocytů
• Vstřebávání z GIT a děje v cytoplazmě enterocytů • Tlusté střevo • Vláknina
Dutina ústní • Alfa-amyláza: štěpí škrob a glykogen – specifita: vnitřní α-1,4 vazby (neštěpí α1,4 vazby před místem větvení ani α-1,6 vazby) – produkt: maltóza, maltotrióza, α-limitní dextriny
• Acidostabilní lipáza: Ebnerovy žlázy, štěpí TAG, pomáhá vnímání chuti
Žaludek • Hlavní buňky – pepsinogen • Krycí (parietální) buňky – HCl, vnitřní faktor • Mucinózní buňky - hlen
• Enteroendokrinní buňky (DNES) gastrin, somatostatin • Nediferencované buňky - mitoticky aktivní
Žaludek • Pepsin: endopeptidasa štěpící téměř všechny proteiny z potravy (i kolagen) –secernován hlavními buňkami jako pepsinogen: autoaktivace – autokatalýza –pH optimum = 2-3 – aktivní jen v žaludku –preferuje vazby mezi aromatickými AK: Phe, Tyr
Žaludek • HCl: –zajišťuje optimální pH pro pepsin
–denaturace proteinů
Žaludek • Acidostabilní lipasa – secernována Ebnerovými žlázkami jazyka a malá množství přímo v žaludku – iniciální hydrolýza neemulgovaných TAG – specifita: preferuje MK do 12 uhlíků a nenasycené MK v polohách 1 a 3 – MK resorbovány žaludeční sliznicí – MAG se spontánně váží na povrch tukových kapének
Slinivka břišní • Endopeptidasy (trypsin, chymotrypsin, elastáza) a karboxypeptidasy – vylučovány inaktivní, aktivace: enteropeptidáza u trypsinogenu a trypsin u ostatních – „serinové proteasy“: Ser v aktivním místě: trypsin, chymotrypsin, elastasa (nesouvisí se specifitou !) – „Zn-peptidasy“: karboxypeptidasy
Slinivka břišní • Endopeptidasy a karboxypeptidasy Enzym
Proenzym
Aktivátor
trypsin
trypsinogen
enteropeptid- Arg, Lys asa, trypsin
chymotrypsin
chymotrypsinogen
trypsin
Tyr, Trp, Phe
elastasa
proelastasa
trypsin
Ala, Gly, Ser
Specifita
karboxypeptidasa A prokarboxypeptidasa A trypsin
Val, Leu, Ile
karboxypeptidasa B prokarboxypeptidasa B trypsin
Arg, Lys
Slinivka břišní • α-amylasa
Slinivka břišní • Pankreatická lipasa – nejdůležitější enzym trávení lipidů – specifická pro MK v polohách 1 a 3 (vznik: FFA + 2-MAG) – secernovaná v aktivní formě, silně však inhibována žlučovými kyselinami – ruší kolipasa
– vazba kolipasy na povrch tukových kapének, kam váže a zároveň aktivuje lipasu – kolipasa secernována jako proenzym (aktivuje trypsin)
Slinivka břišní • Ostatní enzymy trávení lipidů –cholesterolesterhydrolasa –fosfolipasa A2 –lipidesterasa: nespecifický enzym, hydrolyzuje MAG, CE,…
• Ostatní: ribonukleasa a deoxyribonukleasa
Játra • Intermediální metabolismus • Glukostatická funkce • Metabolismus dusíkatých odpadních látek • Syntéza plazmatických proteinů • Biotransformace xenobiotik
• Termoregulace • Tvorba žluče – trávení (emulgace) lipidů • Tvorba somatomedinů – prostředníci GH
• Zásobárna vitamínů rozpustných v tucích
Žluč • Tvorba v játrech, zahuštění ve žlučníku • Žluč: emulgační látky, ne enzymy • Emulgace lipidů z potravy • Tvorba směsných micel • Synergismus kolipázy a pankreatické lipázy
Funkce žlučových kyselin • Lipidy jsou látky hydrofobní • Trávicí enzymy působí ve vodném prostředí • Kromě chemických změn lipidů (štěpení esterové vazby) probíhají i změny fyzikální (emulgace)
Funkce žlučových kyselin • Biologické detergenty • Emulgace lipidových kapének (spolu s PL, lyzo-PL, MAG) • Cesta exkrece cholesterolu (+ vyloučení volného cholesterolu žlučí) • ŽK se váží na povrch lipidových kapének, štěpné produkty vzniklé z TAG, PL a CE difundují do micel → směsné micely
Směsné micely • Usnadňují činnost pankreatické lipase • Zrychlují vstřebávání MAG a FFA
Tenké střevo • Enzymy kartáčového lemu enterocytů • Transport živin do enterocytů • Děje v cytoplazmě enterocytů
Enzymy kartáčového lemu • Substráty: oligomery a dimery vzniklé jako produkty činnosti pankreatických enzymů
Enzymy kartáčového lemu • Disacharidasy: • Různá specifita vzhledem k α/β konformaci i typu glykosidové vazby (dle zúčastněných monosacharidů)
• Celkem 8 typů, např. maltáza, laktáza, trehaláza,…
Enzymy kartáčového lemu • Oligo- a disacharidasy membrány enterocytu Specifita ke glykosidové vazbě
Substrát
Enzym (běžné označení)
Glc (1 4) Glc (oligoči polysacharidu)
amylóza
glukoamylasa
Glc (1 4) Glc
maltóza, maltotriosa
maltasa
Glc (1 6) Glc
isomaltóza, -dextrin
isomaltasa
Glc (1 1) Glc
trehalóza
trehalasa
Glc (1 1) Fru
sacharóza
sacharasa
Gal (1 4) Glc
laktóza
laktasa
Enzymy kartáčového lemu • Sacharidy, které nejsou hydrolyzovány amylasou a/nebo disacharidasami kartáčového lemu, nemohou být resorbovány – průjmy a nadýmání
Deficience laktázy • Přibližně u 75% dospělých celosvětově se vyskytuje nějaká forma snížení laktázové aktivity • Frekvence defektu: 5% v severní Evropě, 71% v jižní Evropě, 90% v některých afrických a asijských zemích • Mezi 20% a 40% dospělých na celém světě trpí vážnou formou
Deficience laktázy
Enzymy kartáčového lemu • Účinkem pepsinu a pankreatických proteas vznikne směs volných AK (40%) a krátkých polypeptidů (60%) • Peptidy jsou buď vstřebány do enterocytu (a tam štěpeny), nebo štěpeny enzymy kartáčového lemu • Aminopeptidasy (i ve funkci dipeptidas), enteropeptidasa
Vstřebání AK • Sekundárně aktivní transport v luminální membráně
• Facilitovaná difúze v bazolaterální • Stereospecifické pro L-formy AK
• 6 transportních systémů • Pro kyselé AK, pro bazické AK, pro neutrální AK s krátkým nebo polárním řetězcem, pro neutrální AK s aromatickým nebo hydrofobním řetězcem, pro iminokyseliny, pro β- aminokyseliny
Vstřebání AK • Resorbovány i di- a tripeptidy – štěpení na aminokyseliny se dokončí v enterocytu • V portální krvi pouze aminokyseliny
• Proteiny se nevstřebávají (kromě krátkého období po narození)
Vstřebávání monosacharidů • D-formy hexos: selektivně vstřebávány specifickými transportními systémy • Ostatní monosacharidy (L-hexosy, pentosy): pouze pasivní difuze – v zanedbatelných množstvích
Vstřebávání monosacharidů • Resorpce glukózy a galaktózy: – luminální membrána: SGLT–1 - sekundárně aktivní transport – bazolaterální m.: GLUT-2 - facilitovaná difúze
• Resorpce fruktózy: – facilitovaná difúze: specifický nosič – fosforylace fruktózy v cytosolu (+ přeměna na Glc-6-P) – udržení koncentračního gradientu
Vstřebávání štěpných produktů lipidů • Resorbovány MAG a FFA • Pasivní difúze ze směsných micel do enterocytu • Koncentrační gradient udržován resyntézou TAG v enterocytu
Vstřebávání štěpných produktů lipidů • Osud FFA v enterocytu je odlišný v závislosti na délce řetězce: –do 12 C: difúze do krve – vazba na albumin –nad 12 C: reesterifikace (ER) – formování chylomikronů (v GA spolu s PL a Apo B48) - chylomikrony uvolněny do lymfy
Tlusté střevo • Rovnováha minerálů a vody • Symbiotické bakterie tvoří vitaminy a štěpí vlákninu • Význam vlákniny pro snižování hladiny cholesterolu a výživu colonocytů
Vláknina • Trávicí enzymy štěpí 1 4 a 1 6 glykosidickou vazbu v polymerech glukózy
• Škrob a glykogen jsou jediné stravitelné polysacharidy • Ostatní polysacharidy v potravě shrnujeme jako vlákninu • Rozlišujeme solubilní (fermentabilní) a nesolubilní (nefermentabilní) vlákninu
Solubilní (fermentabilní) vláknina • Nejsou štěpitelné lidskými enzymy – v tlustém střevě metabolizovány bakteriemi • Produktem štěpení jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA: acetát, propionát, butyrát) • SCFA jsou substrátem pro kolonocyty + resorpce a zapojení do energetického metabolismu v játrech
Solubilní (fermentabilní) vláknina • Solubilní vláknina je obsažena v ovoci (jablka – pektiny), luštěninách a obilovinách (hemicelulóza) • Pokud je nutné použít enterální výživu, je výhodné u onemocněních tlustého střeva používat přípravky s obsahem solubilní vlákniny
Nesolubilní (nefermentabilní) vláknina • Neštěpí ani bakteriálními enzymy: celulóza, lignin
• Zvyšuje objem tráveniny – zpomaluje vyprazdňování žaludku ( postrprandiální inzulinemie), zvyšuje objem stolice a zrychluje pasáž tlustým střevem (protektivní faktor vzniku kolorektálního karcinomu) • Vazba žlučových kyselin a cholesterolu – snížení resorpce – snížení hladiny LDL
