V ustni votlini ne pride do razcepitve. Človeški prebavni sistem. Aktivni encimi, ki sodelujejo pri prebavi hrane

Za ohranitev življenja ljudje najprej potrebujejo hrano. Izdelki vsebujejo veliko esencialnih snovi: mineralne soli, organske elemente in vodo. Hranilne komponente so gradbeni material za celice in vir za stalno človeško dejavnost. Med razgradnjo in oksidacijo spojin se sprosti določena količina energije, ki označuje njihovo vrednost.

Začne se proces prebave ustne votline. Izdelek predela prebavni sok, ki deluje nanj s pomočjo vsebovanih encimov, zaradi česar se tudi pri žvečenju kompleksni ogljikovi hidrati, beljakovine in maščobe pretvorijo v molekule, ki se absorbirajo. Prebava je zapleten proces, ki zahteva izpostavljenost produktom številnih sestavin, ki jih sintetizira telo. Pravilno žvečenje in prebava sta ključ do zdravja.

Funkcije sline v procesu prebave

Prebavni trakt vključuje več glavnih organov: ustno votlino, žrelo s požiralnikom, trebušno slinavko in želodec, jetra in črevesje. Slina opravlja številne funkcije:

Kaj se zgodi s hrano? Glavna naloga substrata v ustih je sodelovanje pri prebavi. Brez nje določenih vrst živil telo ne bi razgradilo ali pa bi bila nevarna. Tekočina zmoči hrano, mucin jo zlepi v kepo in jo pripravi za požiranje in premikanje po prebavnem traktu. Nastaja glede na količino in kakovost hrane: pri tekoči hrani manj, pri suhi hrani več, pri pitju vode pa se ne tvori. Žvečenje in slinjenje je mogoče pripisati najpomembnejšemu procesu v telesu, na vseh stopnjah katerega se spreminja zaužiti izdelek in dostava hranil.

Sestava človeške sline

Slina je brez barve, okusa in vonja (glejte tudi: kaj storiti, če zadihate z amoniakom?). Lahko je nasičeno, viskozno ali zelo redko, vodeno - odvisno je od beljakovin, ki sestavljajo sestavo. Glikoprotein mucin daje videz sluzi in olajša požiranje. Izgubi svoje encimske lastnosti kmalu po tem, ko vstopi v želodec in se pomeša z njegovim sokom.

Ustna tekočina vsebuje majhno količino plinov: ogljikov dioksid, dušik in kisik ter natrij in kalij (0,01%). Vsebuje snovi, ki prebavljajo nekatere ogljikove hidrate. Obstajajo tudi druge sestavine organskega in anorganskega izvora, pa tudi hormoni, holesterol, vitamini. Je 98,5% vode. Dejavnost sline je mogoče razložiti z ogromnim številom elementov, ki jih vsebuje. Katere funkcije opravlja vsak od njih?

organska snov

Najpomembnejša sestavina intraoralne tekočine so beljakovine - njihova vsebnost je 2-5 gramov na liter. Zlasti so to glikoproteini, mucin, A in B globulini, albumini. Vsebuje ogljikove hidrate, lipide, vitamine in hormone. Večina beljakovin je mucin (2-3 g / l), in zaradi dejstva, da vsebuje 60% ogljikovih hidratov, naredi slino viskozno.

V zmešani tekočini je prisotnih okoli sto encimov, med njimi tudi ptialin, ki sodeluje pri razgradnji glikogena in njegovi pretvorbi v glukozo. Poleg predstavljenih sestavin vsebuje: ureazo, hialuronidazo, encime glikolize, nevraminidazo in druge snovi. Pod delovanjem intraoralne snovi se hrana spremeni in spremeni v obliko, potrebno za asimilacijo. V primeru patologije ustne sluznice, bolezni notranjih organov se pogosto uporablja laboratorijske raziskave encimov za prepoznavanje vrste bolezni in vzrokov za nastanek.

Katere snovi lahko uvrstimo med anorganske?

Sestava mešane ustne tekočine vključuje anorganske sestavine. Tej vključujejo:

Mineralne komponente ustvarjajo optimalno reakcijo okolja na vhodno hrano, vzdržujejo raven kislosti. Pomemben del teh elementov absorbira sluznica črevesja, želodca in se pošlje v kri. Žleze slinavke aktivno sodelujejo pri ohranjanju stabilnosti notranjega okolja in delovanju organov.

Proces slinjenja

Proizvodnja sline se pojavi tako v mikroskopskih žlezah ustne votline kot v velikih: parolingvalnih, submandibularnih in parotidnih parih. Kanali parotidne žleze se nahajajo blizu drugega molarja od zgoraj, submandibularni in sublingvalni kanali se izvlečejo pod jezik v enih ustih. Suha hrana proizvaja več sline kot mokra hrana. Žleze pod čeljustjo in jezikom sintetizirajo 2-krat več tekočine kot parotidne žleze - odgovorne so za kemično predelavo izdelkov.

Odrasel človek proizvede približno 2 litra sline na dan. Izločanje tekočine čez dan je neenakomerno: med uporabo izdelkov se začne aktivna proizvodnja do 2,3 ml na minuto, v sanjah se zmanjša na 0,05 ml. V ustni votlini se skrivnost, pridobljena iz vsake žleze, meša. Umiva in vlaži sluznico.

Izločanje sline nadzoruje avtonomno živčni sistem. Povečana sinteza tekočine se pojavi pod vplivom občutkov okusa, vohalnih dražljajev in pri draženju s hrano med žvečenjem. Izločanje močno upočasnijo stres, prestrašenost in dehidracija.

Aktivni encimi, ki sodelujejo pri prebavi hrane

Prebavni sistem pretvori hranila v hrani v molekule. Postanejo gorivo za tkiva, celice in organe, ki nenehno opravljajo presnovne funkcije. Absorpcija vitaminov in mikroelementov poteka na vseh ravneh.

Hrana se prebavi od trenutka, ko pride v usta. Tu se izvede mešanje z ustno tekočino, ki vključuje encime, hrana se namaže in pošlje v želodec. Snovi, ki jih vsebuje slina, razgradijo izdelek na preproste elemente in ščitijo človeško telo pred bakterijami.

Zakaj encimi v slini delujejo v ustih, v želodcu pa prenehajo delovati? Delujejo le v alkalnem okolju, nato pa se v prebavnem traktu spremeni v kislo. Tukaj delujejo proteolitični elementi, ki nadaljujejo stopnjo asimilacije snovi.

Encim amilaza ali ptialin – razgrajuje škrob in glikogen

Amilaza je prebavni encim, ki razgradi škrob v molekule ogljikovih hidratov, ki se absorbirajo v črevesju. Pod delovanjem komponente se škrob in glikogen pretvorita v maltozo, s pomočjo dodatnih snovi pa se pretvorita v glukozo. Če želite zaznati ta učinek, pojejte kreker – ko ga žvečite, ima izdelek sladek priokus. Snov deluje le v požiralniku in v ustih, pri čemer pretvarja glikogen, vendar izgubi svoje lastnosti v kislem okolju želodca.

Ptialin proizvajajo trebušna slinavka in žleze slinavke. Vrsta encima, ki ga proizvaja trebušna slinavka, se imenuje pankreasna amilaza. Komponenta zaključi fazo prebave in absorpcije ogljikovih hidratov.

Lingvalna lipaza - za razgradnjo maščob

Encim spodbuja pretvorbo maščob v enostavne spojine: glicerol in maščobne kisline. V ustni votlini se začne proces prebave, v želodcu pa snov preneha delovati. Želodčne celice proizvajajo malo lipaze, komponenta, ki posebej razgrajuje mlečno maščobo in je še posebej pomembna za dojenčke, saj olajša proces asimilacije izdelkov in absorpcijo elementov za njihov nerazvit prebavni sistem.

Različice proteaze - za cepitev beljakovin

Proteaza je splošni izraz za encime, ki razgrajujejo beljakovine v aminokisline. V telesu se proizvajajo tri glavne vrste:

Želodčne celice proizvajajo pepsikogen, neaktivno sestavino, ki se ob stiku s kislim okoljem spremeni v pepsin. Razbija peptide – kemične vezi beljakovin. Trebušna slinavka je odgovorna za proizvodnjo tripsina in kimotripsina, ki vstopata v tanko črevo. Ko se že obdelana z želodčnim sokom in delno prebavljena hrana pošlje iz želodca v črevesje, te snovi prispevajo k nastanku preprostih aminokislin, ki se absorbirajo v kri.

Zakaj v slini primanjkuje encimov?

Pravilna prebava je odvisna predvsem od encimov. Njihovo pomanjkanje vodi v nepopolno prebavo hrane, lahko se pojavijo bolezni želodca in jeter. Simptomi njihovega pomanjkanja so zgaga, napenjanje in pogosto riganje. Čez nekaj časa se lahko pojavijo glavoboli, delo endokrinega sistema bo moteno. Majhna količina encimov vodi do debelosti.

Običajno so mehanizmi za proizvodnjo zdravilnih učinkovin genetsko določeni, zato je motnja delovanja žlez prirojena. Poskusi so pokazali, da človek prejme encimski potencial ob rojstvu in če ga porabimo brez dopolnjevanja, ga hitro zmanjka.

Procese, ki se dogajajo v telesu, je mogoče nadzorovati. Da bi poenostavili njegovo delo, je treba zaužiti fermentirano hrano: kuhano na pari, surovo, visoko kalorično (banane, avokado).

Razlogi za pomanjkanje encimov so:

• njihova majhna zaloga od rojstva;
• uživanje živil, pridelanih v tleh, revnih z encimi;
• uživanje prekuhane, ocvrte hrane brez surove zelenjave in sadja;
• stres, nosečnost, bolezni in patologije organov.

Delo encimov se v telesu ne ustavi niti za minuto in podpira vsak proces. Ščitijo človeka pred boleznimi, povečujejo vzdržljivost, uničujejo in odstranjujejo maščobe. Z njihovo majhno količino pride do nepopolne razgradnje produktov in imunski sistem se začne boriti z njimi, kot s tujim telesom. To oslabi telo in vodi v izčrpanost.

V črevesju se absorbirajo samo monosaharidi: glukoza, galaktoza, fruktoza. Zato morajo oligo- in polisaharide, ki pridejo v telo s hrano, hidrolizirati encimski sistemi, da nastanejo monosaharidi. Na sl. 5.11 shematično prikazuje lokalizacijo encimskih sistemov, ki sodelujejo pri prebavi ogljikovih hidratov, ki se začne v ustni votlini z delovanjem oralne -amilaze in se nato nadaljuje v različnih delih črevesja s pomočjo pankreasne -amilaze, saharaze-izomaltaze. , glikoamilaza, -glikozidaza (laktaza), trehalazni kompleksi.

riž. 5.11. Shema lokalizacije encimskih sistemov za prebavo ogljikovih hidratov

5.2.1. Prebava ogljikovih hidratov v ustih in trebušni slinavki -amilaza ( -1,4-glikozidaza). Prehranski polisaharidi, in sicer škrob (sestoji iz linearnega amiloznega polisaharida, v katerem so glukozilni ostanki povezani z -1,4-glikozidnimi vezmi, in amilopektina, razvejanega polisaharida, kjer se nahajajo tudi -1,6-glikozidne vezi), začnejo hidrolizirati že v ustni votlini po omočenju s slino, ki vsebuje hidrolitični encim -amilazo (-1,4-glikozidazo) (EC 3.2.1.1), ki cepi 1,4-glikozidne vezi v škrobu, vendar ne deluje na 1,6-glikozidne vezi.

Poleg tega je kontaktni čas encima s škrobom v ustni votlini kratek, zato se škrob delno prebavi, pri čemer nastanejo veliki fragmenti – dekstrini in nekaj disaharida maltoze. Disaharidi se ne hidrolizirajo s slinsko amilazo.

Ko vstopi v želodec v kislem okolju, je slinasta amilaza zavirana, proces prebave se lahko pojavi le znotraj živilske kome, kjer lahko aktivnost amilaze traja nekaj časa, dokler pH v celotnem kosu ne postane kisel. V želodčnem soku ni encimov, ki razgrajujejo ogljikove hidrate, možna je le rahla kislinska hidroliza glikozidnih vezi.

Glavno mesto hidrolize oligo- in polisaharidov je tanko črevo, v različnih delih katerega se izločajo določene glikozidaze.

V dvanajstniku se vsebina želodca nevtralizira z izločkom trebušne slinavke, ki vsebuje bikarbonate HCO 3 - in ima pH 7,5-8,0. V izločku trebušne slinavke se nahaja pankreasna amilaza, ki hidrolizira -1,4-glikozidne vezi v škrobu in dekstrinih s tvorbo disaharidov maltoze (v tem ogljikovem hidratu sta dva ostanka glukoze povezana z -1,4-glikozidom vezi) in izomaltozo (v tem ogljikovem hidratu dva ostanka glukoze, ki se nahajata na mestih razvejanja v molekuli škroba in sta povezana z α-1,6-glikozidnimi vezmi). Nastajajo tudi oligosaharidi, ki vsebujejo 8–10 glukoznih ostankov, povezanih z -1,4-glikozidnimi in -1,6-glikozidnimi vezmi.

Obe amilazi sta endoglikozidazi. Pankreasna amilaza tudi ne hidrolizira -1,6-glikozidnih vezi v škrobu in -1,4-glikozidnih vezi, s katerimi so ostanki glukoze povezani v molekuli celuloze.

Celuloza prehaja skozi črevesje nespremenjena in služi kot balastna snov, daje hrani volumen in olajša prebavo. V debelem črevesu lahko celuloza pod vplivom bakterijske mikroflore delno hidrolizira s tvorbo alkoholov, organskih kislin in CO 2, ki lahko delujejo kot stimulansi črevesne gibljivosti.

Sladkorji maltoza, izomaltoza in trioza, ki nastanejo v zgornjem delu črevesa, se v tankem črevesu nadalje hidrolizirajo s specifičnimi glikozidazami. Prehranski disaharidi, saharoza in laktoza, se prav tako hidrolizirajo s posebnimi disaharidazami v tankem črevesu.

V črevesnem lumnu je aktivnost oligo- in disaharidaz nizka, vendar je večina encimov povezanih s površino epitelijskih celic, ki se v črevesju nahajajo na prstastih izrastkih - resicah in so prekrite s mikrovili, vse te celice tvorijo krtačasto obrobo, ki poveča kontaktno površino hidrolitskih encimov z njihovimi substrati.

Encimi (disaharidaze), ki cepijo glikozidne vezi v disaharidah, so združeni v encimske komplekse, ki se nahajajo na zunanji površini citoplazemske membrane enterocitov: saharaza-izomaltaza, glikoamilaza, -glikozidaza.

5.2.2. Kompleks saharoza-izomaltaza. Ta kompleks je sestavljen iz dveh polipeptidnih verig in je pritrjen na površino enterocita s pomočjo transmembranske hidrofobne domene, ki se nahaja v N-terminalnem delu polipeptida. Kompleks saharaza-izomaltaza (EC 3.2.1.48 in 3.2.1.10) cepi -1,2- in -1,6-glikozidne vezi v saharozi in izomaltozi.

Oba encima kompleksa sta sposobna tudi hidrolizirati α-1,4-glikozidne vezi v maltozi in maltotriozi (trisaharid, ki vsebuje tri glukozne ostanke in nastane pri hidrolizi škroba).

Čeprav ima kompleks precej visoko aktivnost maltaze, saj hidrolizira 80% maltoze, ki nastane med presnovo oligo- in polisaharidov, je njegova glavna specifičnost še vedno hidroliza saharoze in izomaltoze, pri kateri je stopnja hidrolize glikozidnih vezi večja od hitrost hidrolize vezi v maltozi in maltotriozi. Podenota saharoze je edini črevesni encim, ki hidrolizira saharozo. Kompleks je lokaliziran predvsem v jejunumu, v proksimalnem in distalnem delu črevesja je vsebnost kompleksa saharaze-izomaltaze nepomembna.

5.2.3. kompleks glikoamilaze. Ta kompleks (EC 3.2.1.3 in 3.2.1.20) hidrolizira -1,4-glikozidne vezi med glukoznimi ostanki v oligosaharidih. Aminokislinsko zaporedje kompleksa glikoamilaze ima 60 % homologijo z zaporedjem kompleksa saharaza-izomaltaza. Oba kompleksa pripadata družini 31 glikozil hidrolaz. Ker je eksoglikozidaza, encim deluje z redukcijskega konca, lahko tudi cepi maltozo in v tej reakciji deluje kot maltaza (v tem primeru kompleks glikoamilaze hidrolizira preostalih 20% oligo- in polisaharidov maltoze, ki nastanejo med prebavo) . Kompleks vključuje dve katalitični podenoti z majhnimi razlikami v specifičnosti substrata. Kompleks je najbolj aktiven v spodnjih delih tankega črevesa.

5.2.4.  -Glikozidazni kompleks (laktaza). Ta encimski kompleks hidrolizira -1,4-glikozidne vezi med galaktozo in glukozo v laktozi.

Glikoprotein je povezan s krtačastim robom in je neenakomerno porazdeljen po tankem črevesu. S starostjo se aktivnost laktaze zmanjša: največja je pri dojenčkih, pri odraslih je manj kot 10% stopnje encimske aktivnosti, izolirane pri otrocih.

5.2.5. Tregalaza. Ta encim (EC 3.2.1.28) je kompleks glikozidaze, ki hidrolizira vezi med monomeri v trehalozi, disaharidu, ki ga najdemo v glivah in je sestavljen iz dveh glukozilnih ostankov, povezanih z glikozidno vezjo med prvimi anomernimi ogljiki.

Kot posledica delovanja glikozilhidrolaz nastanejo monosaharidi iz živilskih ogljikovih hidratov kot posledica delovanja glikozil hidrolaz: glukoza, fruktoza, galaktoza v veliki količini, v manjši meri - manoza, ksiloza, arabinoza, ki jih absorbira epitelijske celice jejunuma in ileuma ter se prenašajo skozi membrane teh celic s posebnimi mehanizmi.

5.2.6. Transport monosaharidov skozi membrane črevesnih epitelijskih celic. Prenos monosaharidov v celice črevesne sluznice lahko poteka z olajšano difuzijo in aktivnim transportom. V primeru aktivnega transporta se glukoza skupaj z ionom Na + prenaša skozi membrano z enim nosilnim proteinom in te snovi medsebojno delujejo z različnimi deli tega proteina (slika 5.12). Ion Na + vstopa v celico po koncentracijskem gradientu, glukoza  proti koncentracijskemu gradientu (sekundarni aktivni transport), zato večji kot je gradient, več glukoze bo prešlo v enterocite. Z zmanjšanjem koncentracije Na + v zunajcelični tekočini se zmanjša preskrba z glukozo. Koncentracijski gradient Na +, na katerem temelji aktivni simport, je zagotovljen z delovanjem Na +, K + -ATPaze, ki deluje kot črpalka, ki črpa Na + iz celice v zameno za ion K +. Na enak način galaktoza vstopi v enterocite z mehanizmom sekundarnega aktivnega transporta.

riž. 5.12. Vstop monosaharidov v enterocite. SGLT1 - od natrija odvisen prenašalec glukoze/galaktoze v membrani epitelijskih celic; Na +, K + -ATPaza na bazolateralni membrani ustvarja koncentracijski gradient natrijevih in kalijevih ionov, ki je potreben za delovanje SGLT1. GLUT5 prenaša predvsem fruktozo skozi membrano v celico. GLUT2 na bazolateralni membrani prenaša glukozo, galaktozo in fruktozo iz celice (glede na )

Zaradi aktivnega transporta lahko enterociti absorbirajo glukozo v njeni nizki koncentraciji v črevesnem lumnu. Pri visoki koncentraciji glukoze prehaja v celice z olajšano difuzijo s pomočjo posebnih nosilnih proteinov (transporterjev). Na enak način se fruktoza prenese v epitelne celice.

Monosaharidi vstopajo v krvne žile iz enterocitov predvsem z olajšano difuzijo. Polovica glukoze skozi kapilare resic skozi portalno veno se transportira v jetra, polovica se s krvjo dostavi v celice drugih tkiv.

5.2.7. Prenos glukoze iz krvi v celice. Vstop glukoze iz krvi v celice poteka z olajšano difuzijo, tj. Hitrost transporta glukoze je določena z gradientom njenih koncentracij na obeh straneh membrane. V mišičnih celicah in maščobnem tkivu olajšano difuzijo uravnava hormon trebušne slinavke inzulin. Če insulina ni, celična membrana ne vsebuje prenašalcev glukoze. Prenašalec glukoze (transporter) iz eritrocitov (GLUT1), kot je prikazano na sl. 5.13 je transmembranski protein, sestavljen iz 492 aminokislinskih ostankov in ima domensko strukturo. Polarni aminokislinski ostanki se nahajajo na obeh straneh membrane, hidrofobni so lokalizirani v membrani in jo večkrat prečkajo. Na zunanji strani membrane je vezavno mesto za glukozo. Ko se glukoza veže, se konformacija nosilca spremeni in mesto za vezavo monosaharida se odpre znotraj celice. Glukoza prehaja v celico in se loči od nosilnega proteina.

5.2.7.1. Prenašalci glukoze: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Prenašalci glukoze so bili najdeni v vseh tkivih, od katerih obstaja več vrst, oštevilčenih po vrstnem redu odkritja. Opisanih je pet tipov GLUT, ki imajo podobno primarno strukturo in domensko organizacijo.

GLUT 1, lokaliziran v možganih, placenti, ledvicah, debelem črevesu, eritrocitih, oskrbuje možgane z glukozo.

GLUT 2 prenaša glukozo iz organov, ki jo izločajo v kri: enterociti, jetra, prenaša jo do β-celic Langerhansovih otočkov trebušne slinavke.

GLUT 3 se nahaja v številnih tkivih, vključno z možgani, placento, ledvicami in zagotavlja dotok glukoze v celice živčnega tkiva.

GLUT 4 prenaša glukozo v mišične celice (skeletne in srčne) in maščobno tkivo ter je odvisen od insulina.

GLUT 5 se nahaja v celicah tankega črevesa in lahko prenaša tudi fruktozo.

Vsi nosilci se lahko nahajajo tako v citoplazmi

riž. 5.13. Struktura beljakovine nosilca (transporterja) glukoze iz eritrocitov (GLUT1) (glede na)

veziklov v celicah in v plazemski membrani. V odsotnosti insulina se GLUT 4 nahaja samo znotraj celice. Pod vplivom inzulina se vezikli transportirajo do plazemske membrane, se zlijejo z njo in GLUT 4 se vgradi v membrano, nato pa transporter olajša difuzijo glukoze v celico. Po znižanju koncentracije inzulina v krvi se prenašalci ponovno vrnejo v citoplazmo in transport glukoze v celico se ustavi.

Pri delu prenašalcev glukoze so bile ugotovljene različne motnje. Z dedno okvaro nosilnih beljakovin se razvije sladkorna bolezen, ki ni odvisna od insulina. Poleg okvare beljakovin obstajajo še druge motnje, ki jih povzročajo: 1) okvara v prenosu inzulinskega signala o gibanju prenašalca na membrano, 2) okvara v gibanju prenašalca, 3) okvara v vključitev proteina v membrano, 4) kršitev vezave iz membrane.

5.2.8. Insulin. Ta spojina je hormon, ki ga izločajo β-celice Langerhansovih otočkov trebušne slinavke. Insulin je polipeptid, sestavljen iz dveh polipeptidnih verig: ena vsebuje 21 aminokislinskih ostankov (veriga A), druga pa 30 aminokislinskih ostankov (veriga B). Verigi sta med seboj povezani z dvema disulfidnima vezema: A7-B7, A20-B19. Znotraj A-verige obstaja intramolekularna disulfidna vez med šestim in enajstim ostankom. Hormon lahko obstaja v dveh konformacijah: T in R (slika 5.14).

riž. 5.14. Prostorska struktura monomerne oblike insulina: a prašičji insulin, T-konformacija, b humani insulin, R-konformacija (prikazana je A-veriga rdeča barva, B-veriga  rumena) (po navedbah )

Hormon lahko obstaja kot monomer, dimer in heksamer. V heksamerni obliki insulin stabilizira cinkov ion, ki koordinira z verigo His10 B vseh šestih podenot (slika 5.15).

Inzulini sesalcev so v primarni strukturi zelo podobni s človeškim inzulinom: pri prašičjem inzulinu je na primer le ena zamenjava - namesto treonina na karboksilnem koncu B-verige je alanin, pri govejem inzulinu pa tri druge aminokisline. ostankov v primerjavi s humanim insulinom. Najpogosteje pride do zamenjav na mestih 8, 9 in 10 verige A, vendar ne vplivajo bistveno na biološko aktivnost hormona.

Zamenjave aminokislinskih ostankov na mestih disulfidnih vezi, hidrofobnih ostankov v C- in N-terminalnih regijah A-verige ter v C-terminalnih regijah B-verige so zelo redke, kar kaže na pomembnost teh regije pri manifestaciji biološke aktivnosti insulina. Ostanki Phe24 in Phe25 B-verige ter C- in N-končni ostanki A-verige sodelujejo pri tvorbi aktivnega središča hormona.

riž. 5.15. Prostorska struktura insulina heksamer (R 6) (glede na )

5.2.8.1. biosinteza insulina. Insulin se sintetizira kot prekurzor, preproinsulin, ki vsebuje 110 aminokislinskih ostankov, na poliribosomih v grobem endoplazmatskem retikulumu. Biosinteza se začne s tvorbo signalnega peptida, ki vstopi v lumen endoplazmatskega retikuluma in usmerja gibanje rastočega polipeptida. Na koncu sinteze se signalni peptid, dolg 24 aminokislinskih ostankov, odcepi od preproinsulina, da nastane proinsulin, ki vsebuje 86 aminokislinskih ostankov in se prenese v Golgijev aparat, kjer v rezervoarjih poteka nadaljnje zorenje insulina. Prostorska struktura proinsulina je prikazana na sl. 5.16.

V procesu dolgotrajnega zorenja se pod delovanjem serin endopeptidaz PC2 in PC1/3 najprej razcepi peptidna vez med Arg64 in Lys65, nato se hidrolizira peptidna vez, ki jo tvorita Arg31 in Arg32, pri čemer se C-peptid sestoji iz 31 aminokislinskih ostankov, ki se cepijo. Pretvorba proinzulina v inzulin, ki vsebuje 51 aminokislinskih ostankov, se konča s hidrolizo argininskih ostankov na N-koncu A-verige in C-koncu B-verige pod delovanjem karboksipeptidaze E, ki kaže specifičnost, podobno kot karboksipeptidaza B, t.j. hidrolizira peptidne vezi, imino skupino, ki pripada glavni aminokislini (sl. 5.17 in 5.18).

riž. 5.16. Predlagana prostorska struktura proinsulina v konformaciji, ki spodbuja proteolizo. Rdeče kroglice označujejo aminokislinske ostanke (Arg64 in Lys65; Arg31 in Arg32), peptidne vezi med katerimi so podvržene hidrolizi zaradi predelave proinzulina (glede na )

Insulin in C-peptid v ekvimolarnih količinah vstopita v sekretorne granule, kjer insulin v interakciji s cinkovim ionom tvori dimere in heksamere. Sekretorna zrnca, ki se spajajo s plazemsko membrano, izločajo insulin in C-peptid v zunajcelično tekočino kot rezultat eksocitoze. Razpolovna doba insulina v krvni plazmi je 3–10 minut, C-peptida pa približno 30 minut. Insulin se razgradi pod delovanjem encima insulinaze, ta proces poteka v jetrih in ledvicah.

5.2.8.2. Regulacija sinteze in izločanja insulina. Glavni regulator izločanja inzulina je glukoza, ki uravnava izražanje inzulinskega gena in proteinskih genov, ki sodelujejo pri presnovi glavnih nosilcev energije. Glukoza se lahko neposredno veže na transkripcijske faktorje, kar neposredno vpliva na hitrost izražanja genov. Možen je sekundarni učinek na izločanje insulina in glukagona, ko sproščanje insulina iz sekretornih zrnc aktivira transkripcijo insulinske mRNA. Toda izločanje insulina je odvisno od koncentracije ionov Ca 2+ in se z njihovim pomanjkanjem zmanjša tudi pri visoki koncentraciji glukoze, ki aktivira sintezo insulina. Poleg tega ga zavira adrenalin, ko se veže na  2 receptorje. Stimulatorji izločanja inzulina so rastni hormoni, kortizol, estrogeni, hormoni prebavnega trakta (sekretin, holecistokinin, želodčni inhibitorni peptid).

riž. 5.17. Sinteza in predelava preproinsulina (po )

Izločanje insulina s strani β-celic Langerhansovih otočkov kot odziv na povečanje koncentracije glukoze v krvi poteka na naslednji način:

riž. 5.18. Predelava proinsulina v inzulin s hidrolizo peptidne vezi med Arg64 in Lys65, ki jo katalizira serin endopeptidaza PC2, in cepitev peptidne vezi med Arg31 in Arg32 s serin endopeptidazo PC1/3, pretvorba se konča s cepitvijo argininskih ostankov na N -konec A-verige in C-konec B-verig pod delovanjem karboksipeptidaze E (odcepljeni ostanki arginina so prikazani v krogih). Kot rezultat predelave se poleg insulina tvori še C-peptid (glede na)

1) glukozo prenaša v -celice nosilni protein GLUT 2;

2) v celici je glukoza podvržena glikolizi in se nadalje oksidira v dihalnem ciklu s tvorbo ATP; intenzivnost sinteze ATP je odvisna od ravni glukoze v krvi;

3) pod delovanjem ATP se kalijevi ionski kanali zaprejo in membrana se depolarizira;

4) depolarizacija membrane povzroči odprtje napetostno odvisnih kalcijevih kanalčkov in vstop kalcija v celico;

5) povečanje ravni kalcija v celici aktivira fosfolipazo C, ki cepi enega od membranskih fosfolipidov - fosfatidilinozitol-4,5-difosfat - v inozitol-1,4,5-trifosfat in diacilglicerol;

6) inozitol trifosfat, ki se veže na receptorske proteine ​​endoplazmatskega retikuluma, povzroči močno povečanje koncentracije vezanega znotrajceličnega kalcija, kar povzroči sproščanje predhodno sintetiziranega insulina, shranjenega v sekretornih granulah.

5.2.8.3. Mehanizem delovanja insulina. Glavni učinek insulina na mišične in maščobne celice je povečanje transporta glukoze skozi celično membrano. Stimulacija z insulinom vodi do povečanja hitrosti vstopa glukoze v celico za 20-40-krat. Pri stimulaciji z insulinom pride do 5-10-kratnega povečanja vsebnosti transportnih proteinov glukoze v plazemskih membranah s hkratnim zmanjšanjem njihove vsebnosti v znotrajceličnem bazenu za 50-60%. Potrebna količina energije v obliki ATP je potrebna predvsem za aktivacijo inzulinskega receptorja in ne za fosforilacijo proteina transporterja. Stimulacija transporta glukoze poveča porabo energije za 20–30-krat, medtem ko je za premikanje transporterjev glukoze potrebna le majhna količina glukoze. Translokacijo prenašalcev glukoze na celično membrano opazimo že nekaj minut po interakciji insulina z receptorjem in potrebni so nadaljnji stimulativni učinki insulina za pospešitev ali vzdrževanje procesa kroženja transportnih proteinov.

Inzulin tako kot drugi hormoni deluje na celice preko ustreznega receptorskega proteina. Inzulinski receptor je kompleksen integralni protein celične membrane, sestavljen iz dveh -podenot (130 kDa) in dveh -podenot (95 kDa); prvi se nahajajo povsem zunaj celice, na njeni površini, drugi prodrejo v plazemsko membrano.

Inzulinski receptor je tetramer, sestavljen iz dveh zunajceličnih α-podenot, ki medsebojno delujeta s hormonom in sta med seboj povezani z disulfidnimi mostovi med cisteini 524 in trojčkom Cys682, Cys683, Cys685 obeh α-podenot (glej sliko 5.19, a) in dve transmembranski -podenoti, ki kažeta aktivnost tirozin kinaze, povezani z disulfidnim mostom med Cys647 () in Cys872. Polipeptidna veriga α-podenote z molekulsko maso 135 kDa vsebuje 719 amino-

riž. 5.19. Struktura dimera insulinskega receptorja: a modularna struktura insulinskega receptorja. Zgoraj - α-podenote, povezane z disulfidnimi mostovi Cys524, Cys683-685 in sestavljene iz šestih domen: dve vsebujeta levcinske ponovitve L1 in L2, regijo CR, bogato s cisteinom, in tri domene fibronektina tipa III Fn o, Fn 1, ID (uvod domena). Spodaj - -podenote, povezane z -podenoto z disulfidnim mostom Cys647Cys872 in sestavljene iz sedmih domen: tri fibronektinske domene ID, Fn 1 in Fn 2, transmembranska domena TM, ki meji na membrano domene JM, domena tirozin kinaze TK, C-končni ST; b prostorska razporeditev receptorja, en dimer je prikazan barvno, drugi bel, A  aktivacijska zanka nasproti hormonskega vezavnega mesta, X (rdeča)  C-terminalni del -podenote, X (črna)  N-terminalni del -podenote, rumene kroglice 1,2,3 - disulfidne vezi med cisteinskimi ostanki na položajih 524, 683-685, 647-872 (glede na )

kislinskih ostankov in je sestavljena iz šestih domen: dveh domen L1 in L2, ki vsebujeta levcinske ponovitve, regije CR, bogate s cisteinom, kjer se nahaja center za vezavo insulina, in treh domen fibronektina tipa III Fn o, Fn 1, Ins (uvodna domena) ( glej sliko 5.18). -podenota vključuje 620 aminokislinskih ostankov, ima molekulsko maso 95 kDa in je sestavljena iz sedmih domen: treh fibronektinskih domen ID, Fn 1 in Fn 2, transmembranske TM domene, JM domene, ki meji na membrano, TK domeno tirozin kinaze in C-terminalni CT. Na receptorju sta bili najdeni dve mesti za vezavo insulina: eno z visoko afiniteto, drugo z nizko afiniteto. Za prenos hormonskega signala v celico se mora insulin vezati na mesto z visoko afiniteto. Ta center nastane, ko se inzulin veže z domen L1, L2 in CR ene -podenote in domen fibronektina druge, medtem ko je razporeditev -podenot druga proti drugi, kot je prikazano na sl. 5.19, z.

V odsotnosti interakcije insulina s središčem visoke afinitete receptorja se -podenote odmaknejo od -podenot s štrlino (cam), ki je del domene CR, ki preprečuje stik aktivacijske zanke (A -zanko) domene tirozin kinaze ene -podenote s fosforilacijskimi mesti na drugi -podenoti (slika 5.20, b). Ko se inzulin veže na visoko afinitetni center inzulinskega receptorja, se konformacija receptorja spremeni, štrlina ne preprečuje več približevanja - in -podenot, aktivacijske zanke TK domen interagirajo s fosforilacijskimi mesti tirozina na nasprotni TK. transfosforilacija -podenot poteka na sedmih tirozinskih ostankih: Y1158, Y1162, Y1163 aktivacijske zanke (to je regulacijska domena kinaze), Y1328, Y1334 domene ST, Y965, Y972 domene JM (slika 5.20). , a), kar vodi do povečanja aktivnosti tirozin kinaze receptorja. Na mestu 1030 TK je lizinski ostanek vključen v katalitično aktivni center – ATP-vezni center. Zamenjava tega lizina s številnimi drugimi aminokislinami z na mesto usmerjeno mutagenezo odpravi aktivnost tirozin kinaze insulinskega receptorja, vendar ne poslabša vezave insulina. Vendar pa dodatek inzulina takemu receptorju ne vpliva na celični metabolizem in proliferacijo. Fosforilacija nekaterih serin-treoninskih ostankov, nasprotno, zmanjša afiniteto za insulin in zmanjša aktivnost tirozin kinaze.

Znanih je več substratov insulinskega receptorja: IRS-1 (substrat insulinskega receptorja), IRS-2, proteini iz družine STAT (pretvornik signala in aktivator transkripcije – signalni pretvorniki in aktivatorji transkripcije so podrobno obravnavani v 4. delu »Biokemične osnove obrambe). reakcije").

IRS-1 je citoplazemski protein, ki se s svojo domeno SH2 veže na fosforilirane tirozine inzulinskega receptorja TK in ga takoj po inzulinski stimulaciji fosforilira tirozin kinaza receptorja. Stopnja fosforilacije substrata je odvisna od povečanja ali zmanjšanja celičnega odziva na inzulin, amplitude sprememb v celicah in občutljivosti na hormon. Poškodba gena IRS-1 je lahko vzrok za sladkorno bolezen, odvisno od insulina. Peptidna veriga IRS-1 vsebuje približno 1200 aminokislinskih ostankov, 20–22 potencialnih fosforilacijskih centrov tirozina in približno 40 serin-treoninskih fosforilacijskih centrov.

riž. 5.20. Poenostavljena shema strukturnih sprememb pri vezavi insulina na insulinski receptor: a sprememba konformacije receptorja kot posledica vezave hormona na visoko afinitetni center vodi do premika protruzije, konvergence podenot in transfosforilacije TK domen; b v odsotnosti interakcije insulina z visoko afinitetnim vezavnim mestom na insulinskem receptorju, protruzija (cam) preprečuje pristop - in -podenot in transfosforilacijo TK domen. A-zanka - aktivacijska zanka domene TK, številki 1 in 2 v krogu - disulfidne vezi med podenotami, TK - domena tirozin kinaze, C - katalitski center TK, sklop 1 in niz 2 - aminokislinska zaporedja -podenot ki tvorijo mesto visoke afinitete insulina do receptorja (glede na )

Fosforilacija IRS-1 na več tirozinskih ostankih mu daje sposobnost vezave na proteine, ki vsebujejo domene SH2: tirozin fosfatazo syp, p85 podenoto PHI-3-kinaze (fosfatidilinozitol-3-kinaza), adapterski protein Grb2, protein tirozin fosfatazo SH- PTP2, fosfolipaza C, GAP (aktivator malih GTP-vezavnih proteinov). Kot rezultat interakcije IRS-1 s podobnimi proteini nastane več signalov navzdol.

riž. 5.21. Translokacija glukoznih transportnih proteinov GLUT 4 v mišičnih in maščobnih celicah iz citoplazme v plazemsko membrano pod delovanjem insulina. Interakcija insulina z receptorjem vodi do fosforilacije substrata insulinskega receptorja (IRS), ki veže PI-3-kinazo (PI3K), ki katalizira sintezo fosfatidilinozitol-3,4,5-trifosfat fosfolipida (PtdIns(3, 4,5)P3). Slednja spojina z vezavo plekstrinskih domen (PH) mobilizira proteinske kinaze PDK1, PDK2 in PKV na celično membrano. PDK1 fosforilira RKB pri Thr308 in ga aktivira. Fosforilirani RKV se poveže z vezikli, ki vsebujejo GLUT4, kar povzroči njihovo translokacijo na plazemsko membrano, kar vodi do povečanega transporta glukoze v mišične in maščobne celice (glede na )

Fosfolipaza C, stimulirana s fosforiliranim IRS-1, hidrolizira fosfolipid celične membrane fosfatidilinozitol-4,5-difosfat, da tvorita dva sekundarna posrednika: inozitol-3,4,5-trifosfat in diacilglicerol. Inozitol-3,4,5-trifosfat z delovanjem na ionske kanale endoplazmatskega retikuluma sprošča kalcij iz njega. Diacilglicerol deluje na kalmodulin in protein kinazo C, ki fosforilira različne substrate, kar povzroči spremembo aktivnosti celičnih sistemov.

Fosforiliran IRS-1 prav tako aktivira PHI-3-kinazo, ki katalizira fosforilacijo fosfatidilinozitol-4-fosfata in fosfatidilinozitol-4,5-difosfata na položaju 3, da nastane fosfatidilinozitol-3-fosfat, fosfatidilinozitol-3,4-difosfat, oziroma fosfatidilinozitol -3,4,5-trifosfat.

PHI-3-kinaza je heterodimer, ki vsebuje regulatorno (p85) in katalitično (p110) podenoto. Regulativna podenota ima dve domeni SH2 in domeno SH3, tako da se kinaza PI-3 z visoko afiniteto pritrdi na IRS-1. Derivati ​​fosfatidilinozitola, ki nastanejo v membrani, fosforilirani na položaju 3, vežejo proteine, ki vsebujejo tako imenovano plekstrinsko (PH) domeno (domena ima visoko afiniteto za fosfatidilinozitol-3-fosfate): protein kinazo PDK1 (od fosfatidilinozitida odvisna kinaza), protein kinaza B (PKV).

Protein kinaza B (PKB) je sestavljena iz treh domen: N-terminalne plekstrinske, centralne katalitične in C-terminalne regulatorne. Domena plektrina je potrebna za aktivacijo RKV. Z vezavo s pomočjo plekstrinske domene ob celični membrani se PKV približa protein kinazi PDK1, ki preko

njegova plekstrinska domena je prav tako lokalizirana v bližini celične membrane. PDK1 fosforilira Thr308 domene PKV kinaze, kar povzroči aktivacijo PKV. Aktivirana PKV fosforilira glikogen sintazo kinazo 3 (na položaju Ser9), kar povzroči inaktivacijo encima in s tem proces sinteze glikogena. Phi-3-fosfat-5-kinaza je podvržena tudi fosforilaciji, ki deluje na vezikle, v katerih so shranjeni nosilni proteini GLUT 4 v citoplazmi adipocitov, kar povzroči premik glukoznih prenašalcev na celično membrano, vgradnjo vanjo in transmembranski transport glukoze v mišične in maščobne celice (slika 5.21).

Inzulin ne vpliva samo na vstop glukoze v celico s pomočjo nosilnih proteinov GLUT 4. Sodeluje pri uravnavanju presnove glukoze, maščob, aminokislin, ionov, pri sintezi beljakovin in vpliva na procese replikacijo in transkripcijo.

Učinek na metabolizem glukoze v celici se izvaja s spodbujanjem procesa glikolize s povečanjem aktivnosti encimov, ki sodelujejo v tem procesu: glukokinaza, fosfofruktokinaza, piruvat kinaza, heksokinaza. Insulin prek kaskade adenilat ciklaze aktivira fosfatazo, ki defosforilira glikogen sintazo, kar vodi do aktivacije sinteze glikogena (slika 5.22) in zaviranja procesa njegove razgradnje. Z zaviranjem fosfoenolpiruvat karboksikinaze inzulin zavira proces glukoneogeneze.

riž. 5.22. Diagram sinteze glikogena

V jetrih in maščobnem tkivu se pod delovanjem insulina stimulira sinteza maščob z aktivacijo encimov: acetil-CoA karboksilaze, lipoprotein lipaze. Hkrati je zavirana razgradnja maščob, saj inzulinsko aktivirana fosfataza, defosforilacija hormonsko občutljive triacilglicerol lipaze, zavira ta encim in koncentracijo krožečega v krvi maščobne kisline zmanjša.

V jetrih, maščobnem tkivu, skeletnih mišicah in srcu inzulin vpliva na hitrost prepisovanja več kot sto genov.

5.2.9. Glukagon. Kot odziv na zmanjšanje koncentracije glukoze v krvi -celice Langerhansovih otočkov trebušne slinavke proizvajajo "hormon lakote" - glukagon, ki je polipeptid z molekulsko maso 3485 Da, sestavljen iz 29 aminokislin. ostanki.

Delovanje glukagona je nasprotno učinkom insulina. Inzulin spodbuja shranjevanje energije s spodbujanjem glikogeneze, lipogeneze in sinteze beljakovin, glukagon pa s spodbujanjem glikogenolize in lipolize povzroča hitro mobilizacijo potencialnih virov energije.

riž. 5.23. Struktura človeškega proglukagona in tkivno specifična predelava proglukagona v iz proglukagona izvedene peptide: glukagon in MPGF (mayor proglucagon fragment) nastaneta iz proglukagona v trebušni slinavki; v nevroendokrinih celicah črevesja in nekaterih delih centralnega živčnega sistema glicentin, oksintomodulin, GLP-1 (peptid, pridobljen iz proglukagona), GLP-2, dva vmesna peptida (vmesni peptid - IP), GRPP - glicentinu sorodni pankreatični polipeptid (polipeptid iz trebušne slinavke - derivat glicentina) (po )

Hormon sintetizirajo -celice Langerhansovih otočkov trebušne slinavke, pa tudi v nevroendokrinih celicah črevesja in v centralnem živčnem sistemu v obliki neaktivnega prekurzorja  proglukagona (molekulska masa 9000 Da), ki vsebuje 180 aminokislinskih ostankov in se obdeluje z uporabo konvertaze 2 in tvori več peptidov različnih dolžin, vključno z glukagonom in dvema glukagonu podobnima peptidoma (glukagonu podoben peptid  GLP-1, GLP-2, glicentin) (slika 5.23). 14 od 27 aminokislinskih ostankov glukagona je enakih tistim v molekuli drugega hormona prebavnega trakta, sekretina.

Za vezavo glukagona na receptorje odzivnih celic je potrebna celovitost njegovega zaporedja 1-27 od N-konca. Pomembno vlogo pri manifestaciji učinkov hormona igra histidinski ostanek, ki se nahaja na N-koncu, in pri vezavi na receptorje, fragment 20-27.

V krvni plazmi se glukagon ne veže na noben transportni protein, njegova razpolovna doba je 5 minut, v jetrih ga uničijo proteinaze, medtem ko se razgradnja začne s pretrganjem vezi med Ser2 in Gln3 in odstranitvijo dipeptida. od N-konca.

Izločanje glukagona zavira glukoza, spodbuja pa ga beljakovinska hrana. GLP-1 zavira izločanje glukagona in spodbuja izločanje insulina.

Glukagon deluje le na hepatocite in maščobne celice, ki imajo zanj receptorje v plazemski membrani. Glukagon v hepatocitih z vezavo na receptorje na plazemski membrani s pomočjo G-proteina aktivira adenilat ciklazo, ki katalizira tvorbo cAMP, ta pa povzroči aktivacijo fosforilaze, ki pospešuje razgradnjo glikogena. , ter zaviranje glikogen sintaze in zaviranje tvorbe glikogena. Glukagon stimulira glukoneogenezo tako, da inducira sintezo encimov, ki sodelujejo pri tem procesu: glukoza-6-fosfataza, fosfoenolpiruvat karboksikinaza, fruktoza-1,6-difosfataza. Neto učinek glukagona v jetrih je povečanje proizvodnje glukoze.

V maščobnih celicah hormon tudi s pomočjo kaskade adenilat ciklaze aktivira hormonsko občutljivo triacilglicerol lipazo, ki spodbuja lipolizo. Glukagon poveča izločanje kateholaminov v meduli nadledvične žleze. S sodelovanjem pri izvajanju reakcij kot je "boj ali beg" glukagon poveča razpoložljivost energijskih substratov (glukoza, proste maščobne kisline) za skeletne mišice in poveča prekrvavitev skeletnih mišic s pospešenim delovanjem srca.

Glukagon ne vpliva na glikogen skeletnih mišic zaradi skoraj popolne odsotnosti glukagonskih receptorjev v njih. Hormon povzroči povečanje izločanja insulina iz β-celic trebušne slinavke in zaviranje aktivnosti insulinaze.

5.2.10. Regulacija metabolizma glikogena. Kopičenje glukoze v telesu v obliki glikogena in njena razgradnja sta skladni z energetskimi potrebami telesa. Smer presnovnih procesov glikogena uravnavajo mehanizmi, odvisni od delovanja hormonov: v jetrih inzulin, glukagon in adrenalin, v mišicah inzulin in adrenalin. Preklop procesov sinteze ali razgradnje glikogena se pojavi med prehodom iz absorpcijskega obdobja v postabsorbtivno obdobje ali ko se stanje počitka spremeni v fizično delo.

5.2.10.1. Regulacija aktivnosti glikogen fosforilaze in glikogen sintaze. Ko se koncentracija glukoze v krvi spremeni, pride do sinteze in izločanja insulina in glukagona. Ti hormoni uravnavajo procese sinteze in razgradnje glikogena tako, da z njihovo fosforilacijo-defosforilacijo vplivajo na aktivnost ključnih encimov teh procesov: glikogen sintaze in glikogen fosforilaze.

riž. 5.24 Aktivacija glikogen fosforilaze s fosforilacijo ostanka Ser14 s kinazo glikogen fosforilaze in inaktivacija s fosfatazo, ki katalizira defosforilacijo serinskega ostanka (v skladu z )

Oba encima obstajata v dveh oblikah: fosforilirani (aktivna glikogen fosforilaza a in neaktivna glikogen sintaza) in defosforilirana (neaktivna fosforilaza b in aktivna glikogen sintaza) (sliki 5.24 in 5.25). Fosforilacijo izvaja kinaza, ki katalizira prenos fosfatnega ostanka iz ATP v serinski ostanek, defosforilacijo pa katalizira fosfoprotein fosfataza. Aktivnosti kinaze in fosfataze uravnava tudi fosforilacija-defosforilacija (glej sliko 5.25).

riž. 5.25. Regulacija aktivnosti glikogen sintaze. Encim se aktivira z delovanjem fosfoprotein fosfataze (PP1), ki defosforilira tri fosfoserinske ostanke blizu C-konca v glikogen sintazi. Glikogen sintaza kinaza 3 (GSK3), ki katalizira fosforilacijo treh serinskih ostankov v glikogen sintazi, zavira sintezo glikogena in se aktivira s fosforilacijo kazein kinaze (CKII). Insulin, glukoza in glukoza-6-fosfat aktivirajo fosfoprotein fosfatazo, glukagon in epinefrin (epinefrin) pa jo zavirata. Insulin zavira delovanje glikogen sintaze kinaze 3 (glede na)

cAMP-odvisna protein kinaza A (PKA) fosforilira fosforilazo kinazo in jo spremeni v aktivno stanje, ki nato fosforilira glikogen fosforilazo. Sintezo cAMP spodbujata adrenalin in glukagon.

Insulin preko kaskade, ki vključuje Ras protein (Ras signalna pot) aktivira protein kinazo pp90S6, ki fosforilira in s tem aktivira fosfoprotein fosfatazo. Aktivna fosfataza defosforilira in inaktivira fosforilazo kinazo in glikogen fosforilazo.

Fosforilacija s PKA glikogen sintaze povzroči njeno inaktivacijo, defosforilacija s fosfoprotein fosfatazo pa aktivira encim.

5.2.10.2. Regulacija presnove glikogena v jetrih. Sprememba koncentracije glukoze v krvi spremeni tudi relativne koncentracije hormonov: insulina in glukagona. Razmerje med koncentracijo insulina in koncentracijo glukagona v krvi se imenuje "insulin-glukagonski indeks". V postabsorpcijskem obdobju se indeks zniža in na uravnavanje koncentracije glukoze v krvi vpliva koncentracija glukagona.

Glukagon, kot je navedeno zgoraj, aktivira sproščanje glukoze v kri zaradi razgradnje glikogena (aktivacija glikogen fosforilaze in inhibicija glikogen sintaze) ali s sintezo iz drugih snovi - glukoneogeneza. Iz glikogena nastane glukoza-1-fosfat, ki se izomerizira v glukoza-6-fosfat, ki se hidrolizira z delovanjem glukoza-6-fosfataze v prosto glukozo, ki lahko zapusti celico v kri (slika 5.26).

Delovanje adrenalina na hepatocite je podobno delovanju glukagona v primeru uporabe  2 receptorjev in je posledica fosforilacije in aktivacije glikogen fosforilaze. V primeru interakcije adrenalina z  1 receptorji plazemske membrane se transmembranski prenos hormonskega signala izvede z uporabo inozitol fosfatnega mehanizma. V obeh primerih se aktivira proces razgradnje glikogena. Uporaba ene ali druge vrste receptorjev je odvisna od koncentracije adrenalina v krvi.

riž. 5.26. Shema fosforolize glikogena

Med prebavo se inzulinsko-glukagonski indeks poveča in prevladuje vpliv inzulina. Inzulin zmanjša koncentracijo glukoze v krvi, aktivira s fosforilacijo po poti Ras cAMP fosfodiesterazo, ki hidrolizira ta drugi prenašalec s tvorbo AMP. Insulin preko poti Ras aktivira tudi fosfoprotein fosfatazo glikogenskih zrnc, ki defosforilira in aktivira glikogen sintazo ter inaktivira fosforilazo kinazo in samo glikogen fosforilazo. Insulin inducira sintezo glukokinaze, da pospeši fosforilacijo glukoze v celici in njeno vgradnjo v glikogen. Tako inzulin aktivira proces sinteze glikogena in zavira njegovo razgradnjo.

5.2.10.3. Regulacija metabolizma glikogena v mišicah. Pri intenzivnem mišičnem delu razgradnjo glikogena pospeši adrenalin, ki se veže na  2 receptorje in preko sistema adenilat ciklaze vodi do fosforilacije in aktivacije fosforilaze kinaze in glikogen fosforilaze ter zaviranja glikogen sintaze (slika 5.27 in 5.28). Kot rezultat nadaljnje pretvorbe glukoza-6-fosfata, ki nastane iz glikogena, se sintetizira ATP, ki je potreben za izvajanje intenzivnega mišičnega dela.

riž. 5.27. Regulacija aktivnosti glikogen fosforilaze v mišicah (glede na)

V mirovanju je mišična glikogen fosforilaza neaktivna, saj je v defosforiliranem stanju, vendar pride do razgradnje glikogena zaradi alosterične aktivacije glikogen fosforilaze b s pomočjo AMP in ortofosfata, ki nastane pri hidrolizi ATP.

riž. 5.28. Regulacija aktivnosti glikogen sintaze v mišicah (glede na)

Pri zmernih mišičnih kontrakcijah se lahko fosforilaza kinaza aktivira alosterično (s Ca 2+ ioni). Koncentracija Ca 2+ se poveča s krčenjem mišic kot odgovor na signal motoričnega živca. Ko je signal oslabljen, zmanjšanje koncentracije Ca 2+ hkrati "izklopi" aktivnost kinaze, tako

Ca 2+ ioni niso vključeni samo v mišično kontrakcijo, temveč tudi pri zagotavljanju energije za te kontrakcije.

Ioni Ca 2+ se vežejo na protein kalmodulin, ki v tem primeru deluje kot ena od podenot kinaze. Mišična fosforilaza kinaza ima strukturo  4  4  4  4. Samo -podenota ima katalitične lastnosti, - in -podenoti, ki sta regulatorni, sta fosforilirani na serinskih ostankih z uporabo PKA, -podenota je identična proteinu kalmodulina (podrobno obravnavano v razdelku 2.3.2, 2. del " Biokemija gibanja"), veže štiri ione Ca 2+, kar vodi do konformacijskih sprememb, aktivacije katalitične -podenote, čeprav kinaza ostane v defosforiliranem stanju.

Med prebavo v mirovanju pride tudi do sinteze mišičnega glikogena. Glukoza vstopi v mišične celice s pomočjo nosilnih proteinov GLUT 4 (njihova mobilizacija v celično membrano pod delovanjem insulina je podrobno obravnavana v poglavju 5.2.4.3 in na sliki 5.21). Vpliv insulina na sintezo glikogena v mišicah poteka tudi preko defosforilacije glikogen sintaze in glikogen fosforilaze.

5.2.11. Neencimska glikozilacija proteinov. Ena od vrst post-translacijske modifikacije proteinov je glikozilacija ostankov serina, treonina, asparagina in hidroksilizina z uporabo glikoziltransferaz. Ker se med prebavo v krvi ustvari visoka koncentracija ogljikovih hidratov (reducirajočih sladkorjev), je možna neencimska glikozilacija beljakovin, lipidov in nukleinskih kislin, imenovana glikacija. Produkte, ki nastanejo pri večstopenjski interakciji sladkorjev z beljakovinami, imenujemo končni produkti napredne glikacije (AGE) in jih najdemo v številnih človeških beljakovinah. Razpolovna doba teh produktov je daljša kot pri beljakovinah (od nekaj mesecev do nekaj let), hitrost njihovega nastajanja pa je odvisna od stopnje in trajanja izpostavljenosti reducirajočemu sladkorju. Domnevajo, da so z njihovim nastankom povezani številni zapleti, ki izhajajo iz sladkorne bolezni, Alzheimerjeve bolezni in sive mrene.

Proces glikacije lahko razdelimo na dve fazi: zgodnjo in pozno. Na prvi stopnji glikacije pride do nukleofilnega napada karbonilne skupine glukoze s strani -amino skupine lizina ali gvanidinijeve skupine arginina, kar povzroči nastanek labilne Schiffove baze – n-glikozilimin (slika 5.29).Tvorba Schiffove baze je razmeroma hiter in reverzibilen proces.

Sledi preureditev n-glikozilimin s tvorbo produkta Amadori - 1-amino-1-deoksifruktoza. Hitrost tega procesa je nižja od hitrosti tvorbe glikozilimina, vendar znatno višja od hitrosti hidrolize Schiffove baze,

riž. 5.29. Diagram glikacije beljakovin. Odprta oblika ogljikovih hidratov (glukoza) reagira z -amino skupino lizina in tvori Schiffovo bazo, ki je podvržena prerazporeditvi Amadorija v ketoamin z vmesno tvorbo enolamina. Amadorijeva preureditev se pospeši, če se ostanki aspartata in arginina nahajajo v bližini ostanka lizina. Ketoamin lahko nadalje daje različne produkte (končni produkti glikacije - AGE). Diagram prikazuje reakcijo z drugo molekulo ogljikovih hidratov, da nastane diketoamin (glede na )

zato se beljakovine, ki vsebujejo ostanke 1-amino-1-deoksifruktoze, kopičijo v krvi.Modifikacije lizinskih ostankov v beljakovinah v zgodnji fazi glikacije so očitno olajšene s prisotnostjo ostankov histidina, lizina ali arginina v neposredni bližini reagirajoča amino skupina, ki izvaja kislino - glavno katalizo procesa, kot tudi ostanki aspartata, ki potegnejo proton iz drugega ogljikovega atoma sladkorja. Ketoamin lahko veže drug ostanek ogljikovih hidratov na imino skupino, da nastane dvojno glikirani lizin, ki se spremeni v diketoamin (glej sliko 5.29).

Pozna stopnja glikacije, vključno z nadaljnjimi transformacijami n‑glikozilimin in produkt Amadori, počasnejši proces, ki vodi do tvorbe stabilnih končnih produktov glikacije (AGE). V zadnjem času so se pojavili podatki o neposredni udeležbi pri tvorbi AGE α-dikarbonilnih spojin (glioksal, metilglioksal, 3-deoksiglukozon), ki nastanejo v vivo tako med razgradnjo glukoze kot kot posledica transformacij Schiffove baze med modifikacijo lizina v sestavi beljakovin z glukozo (slika 5.30). Specifične reduktaze in sulfhidrilne spojine (lipoična kislina, glutation) so sposobne pretvoriti reaktivne dikarbonilne spojine v neaktivne metabolite, kar se odraža v zmanjšanju tvorbe končnih produktov glikacije.

Reakcije α-dikarbonilnih spojin z ε-amino skupinami lizinskih ostankov ali gvanidinijevimi skupinami argininskih ostankov v proteinih vodijo do nastanka proteinskih zamreženj, ki so odgovorne za zaplete, ki jih povzroča glikacija proteinov pri sladkorni bolezni in drugih boleznih. Poleg tega se kot posledica zaporedne dehidracije produkta Amadori pri C4 in C5 tvorita 1-amino-4-deoksi-2,3-dion in -endion, ki lahko sodelujeta tudi pri tvorbi intramolekularnih in medmolekularnih proteinskih zamreženj. .

Med AGEs značilno n ε ‑karboksimetillizin (CML) in n ε -karboksietillizin (CEL), adukti bis(lizil)imidazola (GOLD - glioksal-lizil-lizil-dimer, MOLD - metilglioksal-lizil-lizil-dimer, DOLD - deoksiglukozon-lizil-lizil-dimer), imidazoloni (G-H, MG‑ H in 3DG-H), piralin, argpirimidin, pentozidin, kroslin in vesperlizin. 5.31 prikazuje nekaj

riž. 5.30. Shema glikacije beljakovin v prisotnosti D-glukoze. Okvir prikazuje glavne prekurzorje produktov AGE, ki nastanejo pri glikaciji (glede na )

končni produkti glikacije. Na primer, pentozidin in karboksimetil lizin (CML), končna produkta glikacije, ki nastaneta v oksidativnih pogojih, najdemo v dolgoživih beljakovinah: kožnem kolagenu in kristalinu leče. Karboksimetillizin namesto pozitivno nabite amino skupine vnese v protein negativno nabito karboksilno skupino, kar lahko vodi do spremembe naboja na površini proteina, do spremembe prostorske strukture proteina. CML je antigen, ki ga prepoznajo protitelesa. Količina tega izdelka linearno narašča s starostjo. Pentosidin je navzkrižna povezava (produkt navzkrižne povezave) med produktom Amadori in ostankom arginina v katerem koli položaju proteina, nastane iz askorbata, glukoze, fruktoze, riboze, ki jih najdemo v možganskih tkivih bolnikov z Alzheimerjevo boleznijo, v koži in krvni plazmi bolnikov s sladkorno boleznijo.

Končni produkti glikacije lahko spodbujajo oksidacijo prostih radikalov, spremembo naboja na površini proteina, nepovratno navzkrižno povezovanje med različnimi deli proteina, kar

poruši njihovo prostorsko zgradbo in delovanje, naredi jih odporne na encimsko proteolizo. Po drugi strani lahko oksidacija s prostimi radikali povzroči neencimsko proteolizo ali fragmentacijo beljakovin, peroksidacijo lipidov.

Tvorba končnih produktov glikacije na beljakovinah bazalne membrane (kolagen tipa IV, laminin, heparan sulfat proteoglikan) povzroči njeno zgostitev, zoženje lumena kapilar in motnje njihovega delovanja. Te kršitve zunajceličnega matriksa spremenijo strukturo in delovanje krvnih žil (zmanjšanje elastičnosti žilne stene, spremembe v odzivu na vazodilatacijski učinek dušikovega oksida), prispevajo k hitrejšemu razvoju aterosklerotičnih procesov.

Končni produkti glikacije (AGE) vplivajo tudi na izražanje več genov z vezavo na specifične receptorje AGE, lokalizirane na fibroblastih, T-limfocitih, v ledvicah (mezangialne celice), v žilni steni (endotelij in gladkomišične celice), v možganih. , pa tudi v jetrih in vranici, kjer jih je največ, tj. v tkivih, bogatih z makrofagi, ki posredujejo pri prenosu tega signala s povečanjem tvorbe prostih kisikovih radikalov. Slednji pa aktivirajo transkripcijo jedrnega faktorja NF-kB, ki uravnava izražanje številnih genov, ki se odzivajo na različne poškodbe.

Eden od učinkovitih načinov preprečevanja neželenih posledic neencimske glikozilacije beljakovin je zmanjšanje kalorične vrednosti hrane, kar se odraža v zmanjšanju koncentracije glukoze v krvi in ​​zmanjšanju neencimske vezave beljakovin. glukoze v dolgožive beljakovine, kot je hemoglobin. Zmanjšanje koncentracije glukoze povzroči zmanjšanje glikozilacije beljakovin in peroksidacije lipidov. Negativni učinek glikozilacije je posledica kršitve strukture in funkcij, ko je glukoza vezana na dolgo živeče beljakovine, in posledične oksidativne poškodbe beljakovin, ki jih povzročajo prosti radikali, ki nastanejo med oksidacijo sladkorjev v prisotnosti ionov prehodnih kovin. . Nukleotidi in DNK so podvrženi tudi neencimski glikozilaciji, kar vodi do mutacij zaradi neposredne poškodbe DNK in inaktivacije popravljalnih sistemov, kar povzroča večjo krhkost kromosomov. Trenutno se preučujejo pristopi za preprečevanje učinka glikacije na dolgo živeče beljakovine z uporabo farmakoloških in genetskih posegov.

Ogljikove hidrate v ustih prebavijo encimi sline. α-amilaze. Encim cepi notranje α(1→4)-glikozidne vezi. V tem primeru nastanejo produkti nepopolne hidrolize škroba (ali glikogena) - dekstrini. Maltoza se tvori tudi v majhni količini. Aktivni center α-amilaze vsebuje ione Ca 2+. Na + ioni aktivirajo encim.

V želodčnem soku je prebava ogljikovih hidratov ovirana, saj se amilaza inaktivira v kislem okolju.

Glavno mesto prebave ogljikovih hidratov je dvanajstniku kjer se izloči s trebušnim sokom α- amilaze. Ta encim dokonča razgradnjo škroba in glikogena, ki jo sproži slinska amilaza, do maltoze. Hidrolizo α(1→6)-glikozidne vezi katalizirata črevesna encima amilo-1,6-glukozidaza in oligo-1,6-glukozidaza .

Prebava maltoze in disaharidov iz hrane poteka na območju krtačne meje epitelijskih celic (enterocitov) tankega črevesa. Disaharidaze so sestavni proteini mikrovil enterocitov. Tvorijo poliencimski kompleks, sestavljen iz štirih encimov, katerih aktivni centri so usmerjeni v črevesni lumen.

1M altaza(-glukozidaza) hidrolizira maltoza za dve molekuli D-glukoza.

2. Laktaza(-galaktozidaza) hidrolizira laktoza na D-galaktozo in D-glukoza.

3. izomaltaza/sladkoraza(dvojno delujoči encim) ima dva aktivna centra, ki se nahajata v različnih domenah. Encim hidrolizira saharoza prej D- fruktozo in D-glukoza, s pomočjo drugega aktivnega mesta pa encim katalizira hidrolizo izomaltoza do dve molekuli D-glukoza.

Intoleranca za mleko pri nekaterih ljudeh, ki se kaže z bolečino v trebuhu, napenjanjem (flatulence) in drisko, je posledica zmanjšane aktivnosti laktaze. Obstajajo tri vrste pomanjkanja laktaze.

1. dedno pomanjkanje laktaze. Simptomi motene tolerance se razvijejo zelo hitro po rojstvu . Hranjenje s hrano brez laktoze vodi do izginotja simptomov.

2. Nizka aktivnost primarne laktaze(postopno zmanjšanje aktivnosti laktaze pri nagnjenih posameznikih). Pri 15 % otrok v Evropi in 80 % otrok na vzhodu, v Aziji, Afriki in na Japonskem se z odraščanjem postopoma ustavi sinteza tega encima, pri odraslih pa se razvije intoleranca na mleko, ki jo spremljajo zgoraj navedeni simptomi. Mlečne izdelke takšni ljudje dobro prenašajo.

2. Nizka aktivnost sekundarne laktaze. Slaba prebava mleka je pogosto posledica črevesnih bolezni (tropske in netropske oblike sprue, kvashiorkor, kolitis, gastroenteritis).

Simptomi, podobni tistim, ki so opisani pri pomanjkanju laktaze, so značilni za pomanjkanje drugih disaharidaz. Zdravljenje je usmerjeno v izločanje ustreznih disaharidov iz prehrane.

Nb! Glukoza vstopa v celice različnih organov z različnimi mehanizmi.

Glavni produkti popolne prebave škroba in disaharidov so glukoza, fruktoza in galaktoza. Monosaharidi vstopajo v kri iz črevesja in premagajo dve oviri: membrano krtačaste meje, obrnjeno proti lumnu črevesja, in bazolateralno membrano enterocita.

Znana sta dva mehanizma vstopa glukoze v celice: olajšana difuzija in sekundarni aktivni transport, povezan s prenosom Na + ionov. Slika 5.1. Zgradba prenašalca glukoze

Prenašalci glukoze (GLUT), ki zagotavljajo mehanizem za njeno olajšano difuzijo skozi celične membrane, tvorijo družino sorodnih homolognih proteinov, katerih značilna strukturna lastnost je dolga polipeptidna veriga, ki tvori 12 transmembranskih vijačnih segmentov (slika 5.1). Ena od domen na zunanji površini membrane vsebuje oligosaharid. n- in C- končni deli nosilca so obrnjeni znotraj celice. Zdi se, da 3., 5., 7. in 11. transmembranski segment transporterja tvorijo kanal, skozi katerega glukoza vstopa v celico. Sprememba konformacije teh segmentov zagotavlja proces premikanja glukoze v celico. Nosilci te družine vsebujejo 492-524 aminokislinskih ostankov in se razlikujejo po afiniteti do glukoze. Zdi se, da vsak transporter opravlja posebne funkcije.

Nosilci, ki zagotavljajo sekundarni, od natrijevih ionov odvisen aktivni transport glukoze iz črevesja in ledvičnih tubulov (SGLT), se po aminokislinski sestavi bistveno razlikujejo od nosilcev iz družine GLUT, čeprav so prav tako zgrajeni iz dvanajstih transmembranskih domen.

Spodaj, v zavihku. 5.1. podane so nekatere lastnosti monosaharidnih nosilcev.

Prehod glukoze in drugih monosaharidov v enterocit olajšata GLUT 5, ki se nahaja v apikalni membrani enterocita (olajšana difuzija po koncentracijskem gradientu) in SGLT 1, ki skupaj z natrijevimi ioni zagotavlja gibanje (simport) glukoze v enterocit. Nato se natrijevi ioni aktivno, s sodelovanjem Na + -K + -ATPaze, odstranijo iz enterocita, kar vzdržuje konstanten gradient njihove koncentracije. Glukoza zapusti enterocit skozi bazolateralno membrano s pomočjo GLUT 2 po koncentracijskem gradientu.

Absorpcija pentoz poteka s preprosto difuzijo.

Velika večina monosaharidov vstopi v portalni obtočni sistem in jetra, majhen del - v limfni sistem in pljučni obtok. Presežek glukoze se shrani v jetrih v obliki glikogena.

NB! Izmenjava glukoze v celici se začne z njeno fosforilacijo.

p
Vstop glukoze v katero koli celico se začne z njeno fosforilacijo. Ta reakcija rešuje več problemov, med katerimi je glavni »ujetje« glukoze za znotrajcelično uporabo in njena aktivacija.

Fosforilirana oblika glukoze ne prehaja skozi plazemsko membrano, postane "lastnina" celice in se uporablja v skoraj vseh poteh metabolizma glukoze. Edina izjema je obnovitvena pot (slika 5.2.).

Reakcijo fosforilacije katalizirata dva encima: heksokinaza in glukokinaza. Čeprav je glukokinaza eden od štirih izoencimov hezokinaze ( heksokinaza 4), obstajajo pomembne razlike med heksokinazo in glukokinazo: 1) heksokinaza lahko fosforilira ne le glukozo, ampak tudi druge heksoze (fruktozo, galaktozo, manozo), medtem ko glukokinaza aktivira samo glukozo; 2) heksokinaza je prisotna v vseh tkivih, glukokinaza - v hepatocitih; 3) heksokinaza ima visoko afiniteto za glukozo ( Za M< 0,1 ммоль/л), напротив, глюкокиназа имеет высокую К M (около 10 ммоль/л), т.е. ее сродство к глюкозе мало и фосфорилирование глюкозы возможно только при массивном поступлении ее в клетки, что в физиологических условиях происходит на высоте пищеварения в печеночных клетках. Активирование глюкокиназы препятствует резкому увеличению поступления глюкозы в общий кровоток; в перерывах между приемами пищи для включения глюкозы в обменные процессы вполне достаточно гексокиназной активности. При диабете из-за низкой активности глюкокиназы (синтез и активность которой зависят от инсулина) этот механизм не срабатывает, поэтому глюкоза не задерживается в печени и вызывает гипергликемию.

Glukoza-6-fosfat, ki nastane pri reakciji, velja za alosterični inhibitor heksokinaza (vendar ne glukokinaza).

Ker je glukokinazna reakcija odvisna od insulina, lahko sladkornim bolnikom namesto glukoze predpišemo fruktozo (fruktozo heksokinaza fosforilira neposredno v fruktozo-6-fosfat).

Glukoza-6-fosfat se uporablja v mehanizmih sinteze glikogena, v vseh oksidativnih poteh za pretvorbo glukoze in v sintezi drugih monosaharidov, potrebnih za celico. Mesto, ki ga ta reakcija zaseda v presnovi glukoze, omogoča, da se šteje za ključno reakcijo presnove ogljikovih hidratov.

Heksokinazna reakcija je ireverzibilna (G = -16,7 kJ / mol), zato je za pretvorbo glukoza-6-fosfata v prosto glukozo v celicah jeter in ledvic prisoten encim glukoza-6-fosfat fosfataza, ki katalizira hidroliza glukoza-6-fosfata. Celice teh organov lahko tako dovajajo glukozo v kri in oskrbujejo druge celice z glukozo.

Začetni proces predelave hrane poteka v ustni votlini. V ustni votlini se pojavi: mletje hrane; močenje s slino; nastanek prehranskega bolusa.

Hrana ostane v ustih 10-15 sekund, nato pa jo mišične kontrakcije jezika potisnejo v žrelo in požiralnik.

Hrana, ki pride v usta, draži okusne, taktilne in temperaturne receptorje, ki se nahajajo v sluznici jezika in so razpršeni po ustni sluznici.

Impulzi iz receptorjev vzdolž centripetalnih vlaken trigeminalnega, obraznega in glosofaringealnega živca vstopajo v živčne centre, refleksno stimulirajo izločanje žlez slinavk, žlez želodca in trebušne slinavke, izločanje žolča. Eferentni vplivi spreminjajo tudi motorično aktivnost požiralnika, želodca, proksimalnega tankega črevesa, vplivajo na prekrvavitev prebavnih organov, refleksno povečajo porabo energije, potrebne za predelavo in asimilacijo hrane.

Tisti. kljub kratkemu zadrževanju hrane v ustni votlini (15-18 s), izvirajo začetni vplivi njenih receptorjev na skoraj celoten prebavni trakt. Posebej pomembna so draženja receptorjev jezika, ustne sluznice in zob pri izvajanju prebavnih procesov v sami ustni votlini.

Žvečenje je ena od začetnih faz procesa absorpcije hrane, ki obsega mletje, drgnjenje in mešanje hrane s slino, tj. pri nastanku prehranskega bolusa.

Močenje in mešanje s slino je potrebno za raztapljanje, brez česar ni mogoče oceniti okusa hrane in njene hidrolize.

Žvečenje nastane zaradi kontrakcij žvečilnih mišic, ki premikajo spodnjo čeljust glede na zgornjo čeljust. V procesu sodelujejo tudi obrazne mišice in mišice jezika.

Človek ima 2 vrsti zob. Vsak ima sekalce (2), kanine (2), male (2) in velike (3) kočnike. Sekalci in zobje odgriznejo hrano, mali kočniki jo zdrobijo, veliki kočniki jo meljejo. Sekalci lahko razvijejo pritisk na hrano 11-25 kg / cm 2, kočniki - 29-90. Dejanje žvečenja se izvaja refleksno, ima verižni značaj, avtomatizirane in poljubne komponente.

Pri regulaciji žvečenja sodelujejo motorična jedra podolgovate medule, rdeče jedro, črna snov, subkortikalna jedra in možganska skorja. Niz nevronov, ki nadzorujejo žvečenje, se imenuje center za žvečenje. Impulzi iz njega se pošiljajo vzdolž motoričnih vlaken trigeminalnega živca do žvečilnih mišic. Delajo gibe spodnja čeljust navzdol, gor, naprej, nazaj in vstran. Mišice jezika, lic, ustnic premikajo bolus hrane v ustni votlini, služijo in zadržujejo hrano med žvečilnimi površinami zob. Pri koordinaciji žvečenja imajo pomembno vlogo impulzi iz proprioreceptorjev žvečilnih mišic in mehanoreceptorjev ustne votline in zob.

Preučevanje procesa žvečenja je težko: kinematografska metoda, elektromiografija. Grafična metoda registracije se imenuje: mastikatiografija.

Mastikator je sestavljen iz gumijastega balona v posebnem plastičnem ohišju, ki je pritrjen na spodnjo čeljust. Balon je povezan z Marey kapsulo, katere pero beleži gibe čeljusti na kimografskem bobnu. Pri žvečenju ločimo faze: počitek, vnos hrane v usta, indikativno, glavno, nastanek prehranskega bolusa.

Žleze slinavke.

Slino proizvajajo trije pari velikih žlez ( parotidni, submandibularni in sublingvalni) in številne majhne žleze jezika, sluznice neba in lic . Avtor: izločevalni kanali slina vstopi v usta.

Slina žlez ima drugačno konsistenco: sublingvalne in submandibularne žleze izločajo bolj viskozno in gostejšo slino kot parotidna žleza. Ta razlika je določena s prisotnostjo beljakovinske snovi - mucina.

Mešana skrivnost (z mucinom) oddaja:

submandibularne žleze

sublingvalne žleze

žleze v sluznici korena jezika in neba.

Izloča se serozni izloček (tekoča slina z visoko koncentracijo natrija, kalija in visoko aktivnostjo amilaze).

parotidna

majhne žleze na stranskih površinah jezika.

Mešana slina ima pH 5,8-7,4 (parotidna slina ima pH<5,81). С увеличением скорости секреции рН слюны повышается до 7,8.

Mucin daje slini nenavaden sluzast videz in spolzkost, zaradi česar je hrano, prepojeno s slino, lažje pogoltniti.

Slina vsebuje več encimov: -amilaza, -glukozidaza.

Encimi sline so zelo aktivni, vendar zaradi kratkega zadrževanja hrane v ustih ne pride do popolne razgradnje ogljikovih hidratov. Hidroliza ogljikovih hidratov s pomočjo teh encimov se nadaljuje znotraj prehranskega bolusa že v želodcu. Na površini prehranskega bolusa kislo okolje (HCl0,01%) ustavi delovanje encimov.

Proteolitični encimi sline so pomembni za sanacijo ustne votline. Na primer, lizocim - visoko baktericidno; proteinaze - dezinfekcijsko delovanje.

Količina in sestava sline sta prilagojeni vrsti zaužite hrane in prehrani, konsistenci hrane.

Za prehranske snovi se izloča bolj viskozna slina, bolj ko je hrana suha, več je je. Za zavrnjene snovi in ​​grenkobo - znatna količina tekoče sline.

Slina, ki jo izloča večina živilskih snovi, vsebuje 4-krat več mucina kot slina, ki se izloča ob vnosu v usta tako imenovanih zavrnjenih snovi (klorovodikova kislina, grenčine itd.).

Metode za preučevanje slinjenja.

Pri psih: fistula izločevalnega kanala parotidne ali submandibularne žleze z delčkom sluznice.

Pri ljudeh: s pomočjo kapsule - lijaka Lashley-Krasnogorsky, ki je nadgrajen na izločevalnem kanalu žleze slinavke.

Regulacija izločanja sline.

Zunaj vnosa hrane se slina izloča s hitrostjo 0,24 ml / min, med žvečenjem - 3-3,5 ml / min, z vnosom citronske kisline (0,5 mmol) - 7,4 ml / min.

Prehranjevanje spodbuja slinjenje kot pogojni in brezpogojni refleks.

Dražilec brezpogojnih slinavskih refleksov je hrana ali zavrnjene snovi, ki delujejo na receptorje v ustni votlini.

Čas med (zaužitjem hrane) izpostavljenostjo dražljaju do začetka slinjenja se imenuje latentno obdobje. (1-30 sekund)

Impulzi iz receptorjev vstopijo v središče slinjenja, ki se nahaja v območju podolgovate medule (v območju jeder glosofaringealnega živca). Če je to območje razdraženo, lahko dobite obilno izločanje sline z drugačno kvalitativno sestavo.

Do žlez slinavk impulzi sledijo po eferentnih parasimpatičnih in simpatičnih živčnih vlaknih.

parasimpatični vplivi. Pod vplivom acetilholina, ki ga sproščajo končiči postganglionskih nevronov, se sprosti velika količina tekoče sline z visoko koncentracijo elektrolitov in malo mucina. Spodbujajo izločanje sline in kinini, ki širijo krvne žile žlez slinavk.

simpatični vplivi. Norepinefrin, ki ga izločajo končiči postganglijskih nevronov, povzroči sproščanje majhne količine goste sline, poveča nastajanje mucina in encimov v žlezah.

Hkratna stimulacija parasimpatičnih živcev poveča sekretorni učinek. Razlike v izločanju kot odziv na vnos različnih živil pojasnjujejo spremembe v frekvencah impulzov vzdolž parasimpatičnih in simpatičnih živčnih vlaken. Te spremembe so lahko enosmerne ali večsmerne.

Dejavniki, ki vodijo do zaviranja slinjenja: negativna čustva; dehidracija telesa; bolečinski dražljaji itd.

Zmanjšano izločanje žlez slinavk - hiposalivacija.

Prekomerno slinjenje - hipersalivacija.

požiranje.

Žvečenje se konča s požiranjem - prehodom jedilnega bolusa iz ustne votline v želodec.

Po Magendiejevi teoriji je dejanje požiranja razdeljeno na 3 faze - prostovoljno ustno; faringealno neprostovoljno (hitro); esophageal neprostovoljno - dolgo, počasi.

1) Iz zdrobljene in s slino navlažene živilske mase v ustih se loči živilska kepa s prostornino 5-15 cm 3. To kepo s samovoljnimi gibi sprednjega in nato srednjega dela jezika pritisnemo na trdo nebo in jo s sprednjimi loki prenesemo na koren jezika.

2) Takoj ko bolus hrane zadene koren jezika, dejanje požiranja preide v hitro nehoteno fazo, ki traja ~ 1 sekundo. To dejanje je kompleksen refleks in ga uravnava center za požiranje v podolgovati meduli. Informacije do centra za požiranje gredo po aferentnih vlaknih trigeminalnega živca, laringealnih živcev in glosofaringealnega živca. Iz nje gredo impulzi vzdolž eferentnih vlaken trigeminalnega, glosofaringealnega, hipoglosalnega in vagusnega živca do mišic, ki zagotavljajo požiranje. Če zdravite koren jezika in grla z raztopino kokaina (izklopite receptorje), potem požiranje ne bo delovalo.

Središče požiranja se nahaja v podolgovati medulli, v predelu dna IV prekata, nekoliko nad središčem dihanja. Povezan je s centrom za dihanje, vazomotorikom in centri, ki uravnavajo delovanje srca. Med požiranjem pride do zakasnitve dihanja in povečanja srčnega utripa.

Pride do refleksnega krčenja mišic, ki dvigujejo mehko nebo (kar preprečuje vstop hrane v nosno votlino). Z gibi jezika prehranjevalni bolus potisnemo v žrelo. Hkrati pride do krčenja mišic, ki izpodrivajo podjezično kost in povzročajo dvig grla, zaradi česar se zapre vhod v dihala, kar onemogoči vstop hrane vanje.

Prenos hranilnega bolusa v žrelo olajša zvišanje tlaka v ustni votlini in zmanjšanje v žrelu. Dvignjen koren jezika in loki, ki so tesno ob njej, preprečujejo povratno gibanje hrane v ustno votlino.

Po vstopu bolusa hrane v žrelo pride do kontrakcije mišice, ki zoži njen lumen nad bolusom hrane, zaradi česar se premakne v požiralnik. To olajša razlika v tlaku v votlinah žrela in požiralnika. Pred požiranjem je faringealno-ezofagealni sfinkter zaprt, med požiranjem se tlak v žrelu dvigne na 45 mm Hg. Čl., se sfinkter odpre in bolus hrane vstopi v začetek požiralnika, kjer tlak ni višji od 30 mm Hg. Umetnost.

Prvi dve fazi akta požiranja trajata približno 1 s.

3) Premikanje hrane skozi požiralnik.

Gibanje bolusa hrane skozi požiralnik se pojavi (takoj, takoj) po požiranju (samodejno, refleksno).

Čas prehoda trdne hrane je 8-9 sekund.

Tranzitni čas tekoče hrane je 1-2 sekundi.

Krčenje mišic požiralnika ima značaj valovanja, ki se pojavi v zgornjem delu požiralnika in naprej po celotni dolžini (peristaltične kontrakcije). Istočasno se obročasto nameščene mišice požiralnika zaporedno krčijo in premikajo bolus hrane. Pred njo se giblje val znižanega tonusa (sprostitev). Hitrost njegovega gibanja je večja od kontrakcijskih valov in doseže želodec v 1-2 s.

Primarni peristaltični val, ki ga povzroča požiranje, doseže želodec. Na ravni presečišča požiralnika z aortnim lokom se pojavi sekundarni val. Sekundarni val poganja tudi bolus hrane do kardije želodca. Povprečna hitrost širjenja je 2-5 cm/s, v 3-7 s prekrije območje požiralnika 10-30 cm.

Gibljivost požiralnika uravnavajo eferentna vlakna vagusa in simpatičnega živca; intramuralni živčni sistem ima pomembno vlogo.

Zunaj požiranja je vhod v želodec zaprt s spodnjim ezofagealnim sfinkterjem. Ko sprostitveni val doseže konec požiralnika, se sfinkter sprosti in peristaltični val ponese bolus hrane v želodec.

Ko je želodec poln, se tonus kardije poveča, kar preprečuje, da bi se vsebina vrgla v požiralnik.

Parasimpatična vlakna vagusnega živca spodbujajo peristaltiko požiralnika in sproščajo kardijo; simpatična vlakna zavirajo gibljivost požiralnika in povečajo tonus kardije.

V nekaterih patoloških stanjih se tonus kardije zmanjša, peristaltika požiralnika je motena - vsebina želodca se lahko vrže v požiralnik (zgaga).

Motnja požiranja je aerofagija - prekomerno požiranje zraka. To prekomerno poveča intragastrični tlak in oseba doživi nelagodje. Zrak se potisne iz želodca in požiralnika, pogosto z značilnim zvokom (regurgitacija).