PREBAVA PROTEINOV

1.OPREDELITEV IN PREBAVA V SPLOŠNEM

Prebavni sistem človeka zavzema vrsto organov in vsak izmed njih ima natančno določeno funkcijo v prebavi zaužitih snovi. Pojem prebave zajema različne stopnje:
-mehansko prebavo v ustni votlini
-sekrecija prebavnih encimov, ki hidrolizirajo makromolekule do oligo-, di- in monomerov
-sekrecija elektrolitov, kislin in baz, ki za encime naredijo ugodno okolje za delovanje
-izločanje žolčne kisline kot detergenta za raztapljanje lipidov
-transport hranilnih snovi čez epitelijske celice iz lumna prebavnega trakta v kri in limfo
Da se vse to lahko opravi pa gastrointestinalni trakt vsebuje specializirane žleze in epitelij.

ORGAN FUNKCIJA
žleze slinavke izločajo tekočino in prebavne encime
želodec izloča HCL in proteaze (pepsin)
trebušna slinavka izloča NaHCO in encime za itraluminalno prebavo
jetra izločajo žolčno kislino
žolčnik shranjuje in koncentrira žolč
tanko črevo kemično prebavlja hrano, absorbira hraniva in elektrolite
debelo črevo absorbira elektrolite

Bistvena za prebavo in absorbcijo sta trebušna slinavka, ki izloči tudi do 30g encimov na dan in tanko črevo, kjer so posebej pomembne epitelijske celice z mikrovilusi, tim. enterociti. Oba organa imata dovolj velike rezervne kapacitete, da ni kritičen npr. izpad do 80\% proizvodnje prebavnih encimov, prebava v želodcu pa je lahko celo nadomeščena s prebavo v zgoraj omenjenima organoma.
Prebava poteka na treh mestih:
1.V lumnu želodca in tankega črevesa z encimi želodca in trebušne slinavke do oligomerov in nekaj monomerov. Trebušna slinavka ima prevladujoči pomen pri sekreciji encimov.
2. Razgradnja oligomerov z encimi na zunanji (luminalni) strani membrane enterocitov do mono, di in trimerov.
3. Hidroliza do monomerov v citoplazmi enterocitov.

Prebavni encimi

Sinteza prebavnih encimov poteka na nivoju specializirane celice v ER in GA. Encimi se hranijo v celicah v obliki proencimov, torej v neaktivni obliki, v zimogenih zrncih, ki ob stimulaciji izločijo vsebino z eksocitozo v lumen prebavnega trakta. Aktivacija proencima sledi šele po sprostitvi iz celice.
Proces eksocitoze sprožijo ustrezni regulatorji (sekretagogi), ki se specifično vežejo na za celico specifične receptorje na kontraluminalni strani strani membrane eksokrinih celic. Sekretagogi so lahko nevrotransmiterji, hormoni, zdravila, pa tudi bakterijski toksini. Obstajata dve glavni poti aktivacije po vezavi na receptor:



1. aktivacija fosfatidil-inositol specifične fosfolipaze C, ki sprosti inositol-trifosfat , le ta pa sprosti Ca v citosol; PI-fosfolipaza C sprosti še diacilglicerol, ki aktivira proteinsko kinazo C.
2. aktivacija adenilatne ciklaze, ki zviša nivo cAMP, le ta pa aktivira proteinsko kinazo A;
Pri obeh poteh sledi sekrecija z eksocitozo. Regulatorjev je več, nekateri stimulatorji so: toksin kolere, acetilholin, biogeni amini (histamin in serotonin), ter peptidni hormoni (gastrin, holecistokinin, pankreocimin, sekretin).

2. EPITELIJSKI TRANSPORT

Prehod snovi preko epitelija je odvisen od lastnosti epitelijskih celic, predvsem plazmaleme in tesnih stikov. Obstajata dve poti prehajanja skozi plast epitelijskih celic prebavnega trakta:
1. transcelularni transport preko luminalne membrane, citosola in kontraluminalne membrane, torej čez celo celico
2. paracelularni transport skozi tesne stike med celicami
Gre za transport prebavljenih snovi, vitaminov, elektrolitov preko epitelijskega sklada. Transport bazira na razlikah v morfološki zgradbi, encimski sestavi in transportnih
funkcijah celic. Vidimo diferenciacijo dveh membran v epitelijskih celicah.

LUMINALNA STRAN KONTRALUMINALNA STRAN
Morfološka zgradba mikrovili malo mikrovilov
Encimi Di , oligosaharidaze, aminopeptidaze Na , K ATPaza
dipeptidaze, g -glikoziltransferaze adenilatna ciklaza
alkalne fosfataze
Transportni sistem Na -monosaharid transport olajšan monosaharidni transport
Na -amino kislina transport olajšan aminokislinski transport
Na -žolčna kislina transport
Sodeluje pri prebava in absorbcija prenosu snovi drugim celicam
V kontaktu z lumnom prebavnega trakta intracelularno tekočino, kapilarami, limfo

A.) Absorbcija NaCl

Encim Na K ATPaza zagotavlja pretvorbo kemične energije (ATP) v osmotsko energijo, ki temelji na koncentracijskih in elektrokemijskih gradientih. Bistvo procesa je poraba 1 mola ATP za prenos 3 molov Na iz celice v ekstracelularno tekočino in 2 molov K iz ekstracelularne tekočine v celico. Tako nastane v celici negativen elektro potencial ki znaša -60 mV. V tankem črevesu se Na absorbira iz lumna s pomočjo Na H izmenjevalca, ki deluje po principu koncentracijskega gradienta Na , in kot posledica tega poteče še izmenjava Cl / HCO . Cl se izloči z difuzijo na kontraluminalni strani, Na pa že z omenjeno črpalko.
V debelem črevesu pa so Na kanali, ki omogočajo vstop Na v smeri koncentracijskega in elektrokemijskega gradienta. Ta prehod regulirajo mineralokortikoidni hormoni, droga amilorid pa je inhibitor.
Dva različna načina absorbcije sta prisotna zaradi različnih funkcij tankega in debelega črevesa in s tem tudi dveh regulacij. Tanko črevo absorbira NaCl iz hrane in prebavnih sokov po vsakem obroku, debelo črevo pa prispeva k natančni regulaciji NaCl glede na elektrolitsko ravnovesje v telesu.
B.) Sekrecija NaCl

Večina celic prebavnega trakta ima sposobnost izločanja elektrolitov (predvsem Na in Cl )
in tekočin. Voda prehaja na osnovi osmoze. Sekrecija NaCl je zopet povezana z Na K ATPazo na kontraluminalni strani epitelijskih celic. Na koncentracijski gradient se izkoristi za kotransport 2Cl ,K in Na , na kontraluminalni strani v celico. Odprtje Cl kanalov na luminalni strani omogoči izhod Cl iz celice. Na pa prehaja v lumen paracelularno.

C.) Transport glukoze

Glukoza se absorbira na luminalni strani proti koncentracijskemu gradientu glukoze s pomočjo kotransporta z Na za gradient pa skrbi Na K ATPaza, ki meče Na iz celice. Torej ima ATPaza sekundarno vlogo, za direkten transport je odgovoren Na . Na kontraluminalni strani pa izhaja glukoza skozi membrano z difuzijo. Koncentracija glukoze je namreč zunaj celice nižja in z lahkoto prehaja v kri ter se transportira po telesu.

D.) Sekrecija HCl v želodcu

Pri izločanju HCl v lumen sodelujejo acidogene celice želodca. Pri tem je udeležen za te celice specifičen encim K H ATPaza, ki se nahaja na luminalni strani membrane ter izkorišča 1 mol ATP za izmenjavo 1 mola H iz celice in 1 mola K Iz lumna. HCl se lahko izloča le, če je luminalna stran prepustna za Cl in K , ki prehajata iz celice in če je kontraluminalna stran prepustna za Cl iz krvne plazme in HClO , ki vanjo prehaja.

3.PREBAVA IN ABSORBCIJA PROTEINOV

Dnevno dobimo s hrano 70-100g proteinov in 35-200g proteinov endogenega izvora (prebavni encimi, razgarajene celice). Le 6-12g proteinov se ne razgradi in absorbira.
Proteini se v prebavnem traktu razgradijo do aminokislin. Proteine cepijo hidrolaze, ki so specifični za peptidno vez, zato jih imenujemo še peptidaze. Podskupini sta:
-endopeptidaze ali proteaze, ki cepijo v sredini proteina in pripravijo protein za
-eksopeptidaze ki cepijo na kocih proteina. Le te naprej razdelimo še na karboksipeptidaze in aminopeptidaze, glede na napaden konec. Končni produkt peptidaz so proste AK in di- in tripeptidi, ki jih absorbirajo epitelijske celice. Glede na izvor peptidaz pa ločimo želodčno, pankreatično in črevesno fazo prebave proteinov.

A.) Prebava v želodcu

Prisotnost želodčne HCl in s tem pH manj kot 2 povzroči uničenje mikroorganizmov in denaturacijo proteinov, ki tako postanejo lažje dostopni za hidrolizo s pepsinom oz. proteazami. Aktivna oblika encima nastane iz proencima pepsinogena z odstranitvijo 44
AK na NH koncu. Do avtoaktivacije pride s padcem pH pod 5 in se nadaljuje z avtokatalizo saj pepsin sam katalizira odstranitev AK iz pepsinogena. Odstranjenih 44 AK deluje kot inhibitor pepsina dokler pH ne pade pod 2. Glavni pomen želodčne faze je v nastanku večjih peptidov, ki sprožijo izločanje encimov trebušne slinavke, ki vodijo nadaljno razgradnjo proteinskih fragmentov, nastane pa tudi nekaj prostih AK.


B.) Prebava s sokovi trebušne slinavke

Sok trebušne slinavke je bogat z proencimi endo- in karboksipeptidaz, ki pa so aktivirani šele po prihodu v lumen tankega črevesa. Proteinski fragmenti vzpodbujajo endokrine celice v tankem črevesu, da izločajo regulatorja sekretin in holecistokinin, ki stimulirata celice trebušne slinavke k izločanju proencimov tripsinogen, kimotripsinogen, proelastaza in prokarboksilpeptidaza A in B. Holecistokinin pa vzpodbudi še epitelijske celice v tankem črevesu k izločitvi encima enteropeptidaza, ki katalizira aktivacijo tripsina iz tripsinogena. Tripsin je inhibiran z nizkomolekularnim peptidom iz pankreatičnega soka, ki dovoli aktivacijo tripsina šele v tankem črevesu. Sam tripsin potem še avtokatalitsko aktivira več tripsinain aktivira še ostale tri encime: kimotripsin, elastaza karboksipeptidaza A in B. Navedeni encimi so aktivni pri nevtralnem pH, ki se doseže z nevtralizacijo HCl iz NaHCO iz soka trebušne slinavke. Tripsin, elastin in kimotripsin vsebujejo v svoji strukturi serinski ostanek. Reagenti, npr. (diizofosfoflorid), ki interagirajo s serinom, na tak načininaktivirajo te encime. Za želodčnimi in pankreatičnimi endopeptidazami pa napadejo proteine še karboksipeptidaze A in B. Po delovanju encimov trebušne slinavke dobimo proste AK in oligo peptide. (2-8 AK)

C.) Prebava v tankem črevesu

Ker pankreatični sok ne vsebuje primernih encimov, endopeptidaze, aminopeptidaze in dipeptidaze, ki se nahajajo na lumenski strani membrane celic tankega črevesa vršijo končno prebavo proteinov. Dobimo proste AK ter di- in tripeptide. Absorbirani di- in tripeptidi se v citosolu razgradijo do AK, izjema so peptidi piščančjega mesa, ki vsebujejo prolin, hidroksiprolin, b-alanin, in anserin, le ti se ne razgradijo, ampak transportirajo v portalno kri, ker niso dober substrat za dipeptidazo.

D.) Transport prostih AK

AK se absorbirajo v epitelijske celice s prenašalci podobno kot glukoza. Obstaja kar 6 različnih prenašalnih poti, odvisno od AK ki se prenaša, prenos pa je odvisen tudi od energije in temperature. Vsem je skupna specifičnost le za L-aminokisline, okvare so lahko genetskega izvora. Prenos je podoben prenosu D-glukoze, saj temelji na Na gradientu. AK se med prehodom skozi membrano ne modificirajo.

E.) Značilnosti pri najmlajših
Plod in novorojenček lahko v tankem črevesu absorbirata intaktne proteine na osnovi endocitoze (pinocitoze). To je pomembno za prenos materinih protiteles (g-globulini) na potomca.








4.BOLEZENSKA STANJA

Aminoacidurija je nezmožnost absorbcije nevtralnih AK v ledvičnih tubulih in iz lumna tankega črevesa. V ledvicah se tako AK ne morejo izločiti preko sečnine, tanko črevo pa ni sposobno zagotoviti prehod hrane.

Kolera: toksin kolere preko adenilatne ciklaze stimulira celice za sekrecijo elektrolitov. Moderno zdravljenje izkorišča prisotnost Na -glukoza kotransporta v celicah tankega črevesa, ki je od cAMP neodvisen in ga bolezen ne poškoduje. Prisotnost glukoze tako omogoča sprejem Na in tako lahko telesu povišamo koncentracijoNaCl.