Хімічныя рэакцыі, якія адбываюцца падчас стрававання
Страваванне — гэта серыя працэсаў, якія пераўтвараюць ежу ў простыя малекулы, каб яны маглі засвойвацца арганізмам і выкарыстоўвацца ў якасці крыніц энергіі, будаўнічых блокаў і рэгулявання розных фізіялагічных функцый. Гэты працэс уключае не толькі механічныя рухі, такія як жаванне і перыстальтыка, але і хімічныя рэакцыі, якія кантралююцца ферментамі, кіслотамі і іншымі стрававальнымі вадкасцямі. Гэтыя хімічныя рэакцыі адбываюцца паэтапна ад рота да тонкага кішачніка, а затым завяршаюцца з дапамогай мікраарганізмаў у тоўстым кішачніку. Ніжэй прыведзена апісанне асноўных хімічных рэакцый, якія адбываюцца ў страваванні чалавека.
1. Страваванне ў роце: пачатковы гідроліз вугляводаў
Працэс стрававання пачынаецца ў роце праз механічнае пераварванне зубамі і хімічнае пераварванне сліной. Сліна змяшчае фермент сліннай амілазы (птыялін), які расшчапляе складаныя вугляводы, асабліва крухмал, на больш простыя малекулы.
Асноўная рэакцыя ў роце — гэта гідроліз (раскладанне шляхам дадання вады). Проста кажучы, амілаза разрывае гліказідныя сувязі ў крухмале, утвараючы мальтозу і дэкстрын (больш кароткія цукровыя ланцугі). Гэтая рэакцыя аптымальна адбываецца пры амаль нейтральным pH (каля 6,8–7,2). Сліна таксама змяшчае невялікую колькасць лінгвальнай ліпазы, якая пачынае ўздзейнічаць на тлушчы, але яе ўклад невялікі на працягу гэтай фазы.
Тым часам увільготнены і сфармаваны камяк ежы праглынаецца і рухаецца па страваводзе. У страваводзе не адбываецца ніякіх спецыфічных хімічных рэакцый, але камяк перамяшчаецца перыстальтычнымі рухамі ў бок страўніка.
2. Страваванне ў страўніку: дэнатурацыя бялку і пачатковы гідроліз
У страўніку хімічныя рэакцыі стрававання адбываюцца ў вельмі кіслым асяроддзі з-за прысутнасці салянай кіслаты (HCl). HCl выконвае некалькі важных роляў: зніжае pH страўніка (каля 1,5–3,5), знішчае некаторыя мікраарганізмы і дэнатуруе бялкі (змяняе трохмерную структуру бялкоў, каб зрабіць іх лягчэйшымі для засваення ферментамі).
Асноўным ферментам у страўніку з'яўляецца пепсін, які актывуецца з неактыўнай формы, пепсінагену, пад уздзеяннем HCl. Пепсін расшчапляе бялкі на меншыя кавалкі, якія называюцца пептыдамі. Рэакцыя не з'яўляецца «спальваннем» або акісленнем, а хутчэй гідролізам пептыдных сувязяў у бялках. Гэты працэс пераўтварае складаныя бялкі ў больш кароткія поліпептыды, што спрыяе далейшаму страваванню ў кішачніку.
Акрамя пепсіну, страўнік таксама выпрацоўвае страўнікавую ліпазу, якая спрыяе гідролізу тлушчаў, асабліва ў немаўлят, якія спажываюць вялікую колькасць тлушчу з малака. Аднак асноўнае пераварванне тлушчаў адбываецца ў тонкім кішачніку. Страўнік таксама выпрацоўвае слізь для абароны слізістай абалонкі страўніка ад разбуральнага ўздзеяння HCl і актыўнасці ферментаў.
3. Роля печані і жоўцевага пузыра: эмульгацыя тлушчу
Напаўвадкая ежа са страўніка (хімус) трапляе ў дванаццаціперсную кішку (тонкую кішку). Тут пераварванне тлушчу палягчаецца жоўцю, якая выпрацоўваецца печанню і захоўваецца ў жоўцевым пузыры. Жоўць не з'яўляецца ферментам, але яна змяшчае солі жоўцевых кіслот, якія дапамагаюць расшчапляць вялікія тлушчавыя шарыкі на меншыя кроплі праз працэс, які называецца эмульгацыяй.
Эмульгаванне — гэта не хімічная рэакцыя, якая разбурае сувязі, а хутчэй фізіка-хімічны працэс, які павялічвае плошчу паверхні тлушчу, дазваляючы ферментам ліпазы працаваць больш эфектыўна. Жоўцевыя солі амфіпатычныя: адзін бок «любіць ваду», а другі «любіць тлушч», таму яны могуць стабілізаваць кроплі тлушчу ў водным асяроддзі кішачніка.
4. Страваванне ў тонкім кішачніку: інтэнсіўны гідроліз пад уздзеяннем ферментаў падстраўнікавай залозы і кішачных ферментаў
Тонкі кішачнік з'яўляецца асноўным месцам далейшага хімічнага пераварвання і ўсмоктвання прадуктаў стрававання. Дзве асноўныя крыніцы ферментаў тут - падстраўнікавая залоза і сценка тонкага кішачніка.
а) Вугляводы: ад полі- і дыцукрыдаў да монацукрыдаў
Панкрэатычны сок змяшчае панкрэатычную амілазу, якая працягвае расшчапленне крухмалу на мальтозу, мальтотрыёзу і дэкстрын. Затым ферменты на паверхні кішачных варсінак (ферменты шчоткавай аблямоўкі) пераўтвараюць дыцукрыды ў монацукрыды:
– Мальтаза: мальтоза → глюкоза + глюкоза
– Сахараза: цукроза → глюкоза + фруктоза
– Лактаза: лактоза → глюкоза + галактоза
Гэта рэакцыя гідролізу, у выніку якой утвараюцца монацукрыды ў форме, якая можа ўсмоктвацца ў кроў. Глюкоза і галактоза ўсмоктваюцца праз другасны актыўны транспарт, а фруктоза — праз палегчаную дыфузію.
б) Бялок: ад поліпептыдаў да амінакіслот
Падстраўнікавая залоза вылучае неактыўныя формы пратэазных ферментаў, такіх як трыпсінаген і хіматрыпсінаген. Гэтыя ферменты актывуюцца ў дванаццаціперснай кішцы пад уздзеяннем энтэракіназы і ланцуговай рэакцыі. Пасля актывацыі:
– Трыпсін і хіматрыпсін расшчапляюць поліпептыды на меншыя пептыды.
– Карбаксіпептыдаза адшчапляе амінакіслоты з канца пептыднага ланцуга.
На паверхні кішачніка знаходзяцца амінапептыдазы і дыпептыдазы, якія завяршаюць расшчапленне на амінакіслоты (а таксама невялікая частка дыпептыдаў і трыпептыдаў, якія таксама могуць засвойвацца і расшчапляцца ў клетках).
в) Тлушчы: ад трыгліцерыдаў да тоўстых кіслот і манагліцерыдаў
Падстраўнікавая залоза таксама выпрацоўвае высокаэфектыўную панкрэатычную ліпазу, асабліва пасля таго, як тлушчы эмульгуюцца жоўцевымі солямі. Ліпаза расшчапляе трыгліцерыды шляхам гідролізу:
– трыгліцерыды → манагліцерыды + свабодныя тлустыя кіслоты
Атрыманы тлушч затым утварае міцэлы — невялікія «пакеты», якія солі жоўцевых кіслот дапамагаюць прымацавацца да паверхні клетак кішачніка. Унутры клетак кішачніка тлушч перабудоўваецца ў трыгліцерыды і пакуецца ў хіламікроны для транспарціроўкі ў лімфатычную сістэму.
5. Страваванне ў тоўстым кішачніку: ферментацыя мікробамі
У тоўстым кішачніку большасць хімічных рэакцый ажыццяўляецца не чалавечымі ферментамі, а мікрафлорай кішачніка. Харчовыя валокны (цэлюлоза, геміцэлюлоза, пекцін), якія не могуць быць ператраўлены ў тонкім кішачніку, ферментуюцца ў кароткаланцуговыя тоўстыя кіслоты (КЛТК), такія як ацэтат, прапіянаты і буцірат. Гэтыя прадукты карысныя для здароўя кішачніка і могуць засвойвацца ў якасці дадатковай крыніцы энергіі.
Мікробы таксама выпрацоўваюць газы, такія як вуглякіслы газ, метан і вадарод, як пабочныя прадукты ферментацыі. Акрамя таго, мікрабіёта гуляе ролю ў сінтэзе некаторых вітамінаў, такіх як вітамін К і некаторыя вітаміны групы В, хоць іх уклад адрозніваецца ў розных людзей.
6. Рэгуляцыя хімічных рэакцый: гармоны і pH
Каб забяспечыць правільнае праходжанне ўсіх гэтых хімічных рэакцый, арганізм рэгулюе страваванне праз нервовую сістэму і гармоны. Два важныя гармоны:
– Сакрэцін: стымулюе падстраўнікавую залозу вылучаць бікарбанат для нейтралізацыі кіслаты са страўніка ў дванаццаціперснай кішцы, каб pH стаў больш прыдатным для працы кішачных і падстраўнікавых ферментаў.
– Халецыстакінін (ХЦК): стымулюе падстраўнікавую залозу вылучаць стрававальныя ферменты і прымушае жоўцевы пузыр скарачацца для вызвалення жоўці.
pH таксама мае вырашальнае значэнне. Ферменты працуюць у пэўным дыяпазоне pH: пепсін аптымальна працуе ў кіслым асяроддзі страўніка, у той час як ферменты падстраўнікавай залозы і кішачніка аптымальна працуюць пры больш нейтральным або злёгку шчолачным pH тонкага кішачніка.
Закрыццё
Хімічныя рэакцыі стрававання ўяўляюць сабой спалучэнне гідролізу ферментамі, дэнатурацыі кіслотамі, эмульгацыі тлушчаў жоўцю і ферментацыі кішачнымі мікробамі. Усе гэтыя механізмы дапаўняюць адзін аднаго, пераўтвараючы вугляводы ў монацукрыды, бялкі ў амінакіслоты, а тлушчы ў тоўстыя кіслоты і монагліцэрыды для засваення арганізмам. Разуменне хімічных рэакцый стрававання дапамагае нам зразумець важнасць ферментаў, узроўню pH і здароўя стрававальнай сістэмы ў падтрыманні засваення пажыўных рэчываў і агульнага балансу арганізма.
