§ 34. Внутрішньоклітинне травлення

Всередині клітин немає травної системи. Як клітина переробляє речовини, які вона поглинула?

Згадайте

Способи травлення

Травлення — процес, за якого відбувається перетравлювання їжі та її засвоєння клітинами. У результаті харчові продукти перетворюються на компоненти, позбавлені видової специфічності й придатні до засвоєння.

Існують різні способи травлення:

внутрішньоклітинне — поживні речовини надходять усередину клітини і розщеплюються ферментами її цитоплазми або лізосом;

позаклітинне (порожнинне й зовнішнє) — відбувається у позаклітинному середовищі завдяки ферментам, які виділяють клітини;

пристінкове — відбувається на структурах клітинної мембрани.

Внутрішньоклітинне травлення

Внутрішньоклітинне травлення — тип nравлення, за якого поживні речовини розщеплюються ферментами в клітинах організму. При цьому клітина активно захоплює поживні речовини з навколишнього середовища шляхом ендоцитозу.

Внутрішньоклітинне травлення найдавніше з еволюційної точки зору. Воно властиве всім одноклітинним і деяким примітивним багатоклітинним організмам (губкам і плоским червам). Як додатковий механізм травлення, воно трапляється у голкошкірих, деяких кільчастих червів і багатьох молюсків. У вищих тварин і людини внутрішньоклітинне травлення виконує захисні функції — його здійснюють лейкоцити крові й тканинні макрофаги під час фагоцитозу (мал. 34.1).

Мал. 34.1. Макрофаг захоплює бактерію

Роль лізосом у внутрішньоклітинному травленні

Внутрішньоклітинне травлення відбувається у спеціальних органелах — травних вакуолях, які можуть існувати постійно або утворюватися під час фагоцитозу чи піноцитозу (мал. 34.2). У перетравленні їжі беруть участь лізосоми. Ці органели містять понад 30 гідролітичних ферментів, що розщеплюють білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи й ліпіди. Лізосоми, що відбруньковуються від апарату Гольджі, містять ці ферменти в неактивному стані. Такі органели називають первинними лізосомами.

Мал. 34.2. Схема внутрішньоклітинного травлення

Коли первинні лізосоми зливаються з травними (фагоцитозними) вакуолями, гідролітичні ферменти активуються. Такі лізосоми, що утворюються в результаті злиття первинних лізосом з травними вакуолями і містять активні ферменти, називають вторинними лізосомами.

Під дією гідролітичних ферментів лізосом біологічні полімери розщеплюються до мономерів, які надходять у цитоплазму.

Після перетравлення лізосома стає залишковим тільцем з неперетравленими залишками їжі й ферментами. Залишкові тільця видаляються з клітини під час злиття травної вакуолі із зовнішньою мембраною.

Роль протеосом у внутрішньоклітинному травленні

У клітинах еукаріотів, архей та деяких бактерій у гідролізі білків беруть участь також протеосоми — великі білкові комплекси, що складаються з великого числа протеаз. Протеази — це ферменти, що руйнують білки. Протеосоми перетравлюють білки, які стають непотрібними клітині після виконання своїх функцій, а також пошкоджені й неправильно згорнуті білки (мал. 34.3). До того ж, протеази видаляють білки вірусів і надлишкові ферменти.

До білків, що підлягають руйнуванню, прикріплюються молекули спеціального білка убіквітину, який розпізнається протеосомою.

Протеази протеосом розривають пептидні зв’язки у молекулах білків (здійснюють протеоліз). У результаті утворюються короткі пептиди завдовжки 7—8 амінокислот.

Аутофагоцитоз і автоліз

Ферменти лізосом можуть перетравлювати не тільки речовини, що надійшли ззовні, а й структури клітини, здійснюючи аутофагоцитоз і автоліз.

Аутофагоцитоз — розщеплення в лізосомах власних матеріалів клітини: запасних речовин, макромолекул або органел, які втратили функціональну активність. Аутофагоцитоз використовується клітиною для знищення непотрібних структур, наприклад під час заміни старих органел новими, або для перетравлення білків та інших речовин, утворених усередині самої клітини.

Автоліз — самоперетравлення клітин після руйнування мембран лізосом, спричиненого патологічними змінами або старінням. Автоліз призводить до загибелі клітини. Іноді цей процес не є патологічним, а супроводжує розвиток організму або диференціювання спеціалізованих клітин. Наприклад, під час перетворення пуголовка на жабу лізосоми, що містилися в клітинах хвоста, перетравлюють його: хвіст зникає, а утворені речовини всмоктуються і використовуються іншими клітинами тіла.

Мал. 34.3. Схема роботи протеосоми

Ключова ідея

Внутрішньоклітинний тип травлення є еволюційно найдавнішим. Поживні речовини активно захоплюються з навколишнього середовища шляхом ендоцитозу й розщеплюються всередині клітини. У перетравленні їжі беруть участь ферменти лізосом і протеосоми. Можливе також перетравлення власних структур клітини у процесах аутофагоцитозу й автолізу.

Запитання та завдання

1. Як внутрішньоклітинне травлення виконує захисну функцію у людини? 2. Чим розрізняються первинні й вторинні лізосоми? 3. Чому надлишкові ферменти в клітині руйнуються? 4. Яка роль лізосом в ембріогенезі людини?

18.3: Травлення та поглинання

Процес травлення не завжди йде так, як треба. Багато людей страждають розладом травлення, або диспепсією, станом порушеного травлення. Симптоми можуть включати повноту верхньої частини живота або біль, печію, нудоту, відрижку або деяку комбінацію цих симптомів. Більшість випадків нетравлення шлунка відбуваються без ознак органічного захворювання, яке, ймовірно, пояснить симптоми. Тривога або певні продукти або ліки (наприклад, аспірин) можуть бути факторами, що сприяють у цих випадках. В інших випадках розлад шлунка є симптомом органічного захворювання, найчастіше гастроезофагеальної рефлюксної хвороби (ГЕРХ) або гастриту. У невеликій меншості випадків розлад травлення є симптомом виразкової хвороби шлунка або дванадцятипалої кишки, зазвичай викликаної бактеріальною інфекцією. Дуже рідко розлад шлунка є ознакою раку. Періодичний напад розладу шлунка, як правило, нічого не турбує, особливо у людей молодше 55 років. Однак якщо ви страждаєте частим або хронічним розладом шлунка, непогано звернутися до лікаря. Якщо основне захворювання, таке як ГЕРХ або виразка, викликає розлад травлення, це можна і потрібно лікувати. Якщо органічних захворювань не виявлено, лікар може порекомендувати зміни способу життя або лікування, щоб допомогти запобігти або заспокоїти симптоми гострого розладу шлунка. Зміни способу життя можуть включати зміни в харчові звички, такі як їдять повільніше, їсти менше їжі або уникати жирної їжі. Вам також можуть бути рекомендовані утриматися від прийому певних ліків, особливо натщесерце. Також може бути рекомендовано використання антацидів або інших ліків для полегшення симптомів. Малюнок \(\PageIndex<1>\) : Додати при печії ліки з 1882 року.

Травлення

Переварювання їжі – це форма катаболізму, при якій їжа розщеплюється на дрібні молекули, які організм може поглинати і використовувати для енергії, росту та відновлення. Травлення відбувається при переміщенні їжі по травній системі. Вона починається в роті і закінчується в тонкому кишечнику. Кінцеві продукти травлення всмоктуються з шлунково-кишкового тракту, перш за все, в тонкому кишечнику. Існує два різних типи травлення, які відбуваються в травній системі: механічне травлення та хімічне травлення. Малюнок \(\PageIndex\) узагальнює ролі, які відіграють різні органи травлення в механічному і хімічному травленні, обидві з яких докладно описані в тексті. Малюнок \(\PageIndex\) : І механічне, і хімічне травлення відбувається по всьому шлунково-кишковому тракту, як зазначено на цій діаграмі, але всмоктування відбувається тільки в шлунку і тонкому і товстому кишечнику.

Механічне травлення

Механічне травлення – це фізичний процес, при якому їжа розбивається на більш дрібні шматочки, не змінюючись хімічно. Це починається з вашого першого укусу їжі і триває, як ви жуєте їжу зубами на більш дрібні шматочки. Процес механічного травлення триває в шлунку. Цей м’язовий орган збиває і змішує їжу, яку він містить, дія, яка розбиває будь-яку тверду їжу на ще менші шматочки. Хоча деяке механічне травлення також відбувається в кишечнику, воно в основному завершується до того часу, коли їжа залишає шлунок. На цьому етапі їжа в шлунково-кишковому тракті була змінена на густу напіврідину під назвою хімус. Механічне травлення необхідно, щоб хімічне травлення могло бути ефективним. Механічне травлення значно збільшує площу поверхні частинок їжі, щоб вони могли ефективніше впливати на травні ферменти.

Хімічне травлення

Хімічне травлення – це біохімічний процес, при якому макромолекули в їжі перетворюються на більш дрібні молекули, які можуть всмоктуватися в рідини організму і транспортуватися до клітин по всьому організму. Речовини в їжі, які повинні бути хімічно перетравлені, включають вуглеводи, білки, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Вуглеводи повинні бути розбиті на прості цукру, білки на амінокислоти, ліпіди на жирні кислоти і гліцерин, нуклеїнові кислоти – на азотні основи і цукру. Деяке хімічне перетравлення відбувається в роті і шлунку, але більша його частина відбувається в першій частині тонкої кишки (дванадцятипалої кишки).

Травні ферменти

Хімічне перетравлення не могло відбутися без допомоги безлічі різних травних ферментів. Ферменти – це білки, які каталізують або прискорюють біохімічні реакції. Травні ферменти секретуються екзокринними залозами або слизовим шаром епітелію, що вистилає шлунково-кишковий тракт. У роті травні ферменти виділяються слинними залозами. Слизова оболонка шлунка виділяє ферменти, як і оболонка тонкої кишки. Ще багато травних ферментів виділяються екзокринними клітинами в підшлунковій залозі і переносяться протоками в тонкий кишечник. У таблиці \(\PageIndex<1>\) наведено кілька важливих травних ферментів, органів і/або залоз, які їх виділяють, і сполуки, які вони перетравлюють. Детальніше про них ви можете прочитати в тексті.

Таблиця \(\PageIndex\) : Травні ферменти

Травний фермент	Орган, залоз, який виділяє його	З’єднання це перетравлює
Амілаза	Слинні залози, підшлункова залоза	Амілоза (полісахарид)
Сахараза	Тонка кишка	Сахароза (дисахарид)
Лактаза	Тонка кишка	Лактоза (дисахарид)
Ліпаза	Слинні залози, підшлункова залоза	Ліпідний
Пепсин	Шлунок	Протеїн
Трипсин	підшлункової залози	Протеїн
Хімотрипсин	підшлункової залози	Протеїн
Дезоксирибонуклеаза	підшлункової залози	ДНК
рибонуклеаза	підшлункової залози	РНК
Нуклеаза	Тонка кишка	Дрібні нуклеїнові кислоти

Хімічне перетравлення вуглеводів

Близько 80 відсотків легкозасвоюваних вуглеводів в типовому західному раціоні знаходяться у вигляді рослинного полісахариду амілози, який складається в основному з довгих ланцюгів глюкози і є одним з двох основних компонентів крохмалю. Додаткові харчові вуглеводи включають тваринний полісахаридний глікоген разом з деякими цукрами, які в основному є дисахаридами. Для хімічного перетравлення амілози і глікогену потрібно фермент амілаза. Хімічне перетравлення цих полісахаридів починається в роті, чому сприяє амілаза в слині. Слина також містить слиз, яка змащує їжу, і гідрокарбонат, який забезпечує ідеальні лужні умови для роботи амілази. Переварювання вуглеводів завершується в тонкому кишечнику, за допомогою амілази, що виділяється підшлунковою залозою. У процесі травлення полісахариди зменшуються в довжину за рахунок розриву зв’язків між мономерами глюкози. Макромолекули розщеплюються до коротших полісахаридів і дисахаридів, в результаті чого поступово коротші ланцюги глюкози. Кінцевим результатом є молекули простих цукрів глюкози і мальтози (яка складається з двох молекул глюкози), обидва з яких можуть всмоктуватися тонким кишечником. Інші цукру перетравлюються за допомогою різних ферментів, що виробляються тонким кишечником. Наприклад, сахароза, або столовий цукор – це дисахарид, який розщеплюється ферментом сахаразою з утворенням глюкози і фруктози, які легко всмоктуються тонким кишечником. Переварювання цукрової лактози, яка міститься в молоці, вимагає ферменту лактази, який розщеплює лактозу на глюкозу і галактозу, які потім всмоктуються тонким кишечником. Менше половини всіх дорослих людей виробляють достатню кількість лактази, щоб мати можливість перетравлювати лактозу. Ті, хто не може, кажуть, що непереносимість лактози.

Хімічне перетравлення білків

Білки складаються з поліпептидів, які повинні бути розщеплені на складові їх амінокислоти, перш ніж вони зможуть засвоюватися. Перетравлення білка відбувається в шлунку і тонкому кишечнику за допомогою дії трьох первинних ферментів: пепсину, що виділяється шлунком; і трипсину і хімотрипсину, що виділяються підшлунковою залозою. Шлунок також виділяє соляну кислоту, роблячи вміст висококислим, що потрібно для роботи пепсину. Трипсин і хімотрипсин в тонкому кишечнику вимагають лужного середовища для роботи. Жовч з печінки і бікарбонат з підшлункової залози нейтралізують кислий хімус, коли він випорожнюється в тонкий кишечник. Після того, як пепсин, трипсин і хімотрипсин розщеплюють білки на пептиди, вони додатково розщеплюються на амінокислоти іншими ферментами, званими пептидазами, також секретуються підшлунковою залозою.

Хімічне перетравлення ліпідів

Хімічне перетравлення ліпідів починається в роті. Слинні залози виділяють травний фермент ліпазу, який розщеплює коротколанцюгові ліпіди на молекули, що складаються з двох жирних кислот. Крихітна кількість перетравлення ліпідів може відбуватися в шлунку, але більшість переварювання ліпідів відбувається в тонкому кишечнику. Переварювання ліпідів в тонкому кишечнику відбувається за допомогою іншого ферменту ліпази з підшлункової залози, а також жовчі, що виділяється печінкою. Жовч потрібна для перетравлення ліпідів, оскільки ліпіди жирні і не розчиняються у водянистому хімусі. Жовч емульгує або розпадає великі глобули харчових ліпідів на набагато менші, звані міцелами, так само як миючий засіб для посуду розщеплює жир. Міцели забезпечують набагато більшу площу поверхні, на яку впливає ліпаза, а також вказують гідрофільні («водолюбні») головки жирних кислот назовні у водянистий хімус. Потім ліпаза може отримати доступ і розщеплювати міцели на окремі молекули жирних кислот.

Хімічне травлення нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК) в харчових продуктах перетравлюються в тонкому кишечнику за допомогою як ферментів підшлункової залози, так і ферментів, що виробляються самим тонким кишечником. Панкреатичні ферменти, звані рибонуклеазою і дезоксирибонуклеазою, розщеплюють РНК і ДНК відповідно на більш дрібні нуклеїнові кислоти. Вони, в свою чергу, додатково розщеплюються на азотні основи та цукру ферментами тонкої кишки, які називаються нуклеазами.

Хімічне травлення флорою кишечника

1. Найпоширеніший вуглевод у рослині, який є клітковиною, не може засвоюватися травною системою людини. Однак крихітні кількості клітковини перетравлюються бактеріями в товстому кишечнику.
2. Певні бактерії в тонкому кишечнику допомагають перетравлювати лактозу, яку багато дорослих не можуть інакше перетравлювати. Як побічний продукт цього процесу бактерії виробляють молочну кислоту, яка збільшує вивільнення травних ферментів і засвоєння таких мінералів, як кальцій і залізо.

Поглинання

Коли травлення закінчено, це призводить до багатьох простих молекул поживних речовин, які повинні пройти процес всмоктування з шлунково-кишкового тракту кров’ю або лімфою, щоб вони могли використовуватися клітинами по всьому тілу. Кілька речовин всмоктуються в шлунку і товстому кишечнику. Наприклад, вода всмоктується в обох цих органах, а деякі мінерали і вітаміни також всмоктуються в товстому кишечнику. Однак близько 95 відсотків молекул поживних речовин всмоктуються в тонкому кишечнику. Всмоктування більшості цих молекул відбувається в другій частині тонкої кишки, званої тостою кишкою. Однак є кілька винятків. Наприклад, залізо всмоктується в дванадцятипалій кишці, а вітамін В12 всмоктується в останній частині тонкої кишки, званої клубової кишки. Після всмоктування в тонкому кишечнику молекули поживних речовин транспортуються в інші частини тіла для зберігання або подальшої хімічної модифікації. Наприклад, амінокислоти транспортуються в печінку для використання для синтезу білка.

Епітеліальна тканина, що вистилає тонкий кишечник, спеціалізується на абсорбції. Він має багато зморшок і покритий ворсинками і мікроворсинками, створюючи величезну площу поверхні для всмоктування. Як показано на малюнку \(\PageIndex\) , кожна ворсинка також має мережу кровоносних капілярів і дрібних лімфатичних судин, званих молочними, близькими до її поверхні. Тонкий поверхневий шар епітеліальних клітин ворсинок транспортує поживні речовини з просвіту тонкої кишки в ці капіляри і молочні. Кров в капілярах поглинає більшість молекул, включаючи прості цукри, амінокислоти, гліцерин, солі та водорозчинні вітаміни (вітамін С і багато вітамінів групи В). Лімфа в молочних залозах поглинає жирні кислоти і жиророзчинні вітаміни (вітаміни А, D, Е і К).

Малюнок \(\PageIndex\) : На цьому дуже спрощеному малюнку ворсинок кишечника (ворсинок множини) показані капіляри та молочні речовини всередині нього, які забирають всмоктувані речовини. Зверніть увагу, що кожна клітина в тонкому поверхневому шарі ворсинок насправді покрита мікроворсинками, які значно збільшують площу поверхні для поглинання.

Характеристика: Моє людське тіло

Процес травлення не завжди йде так, як треба. Багато людей страждають розладом травлення, або диспепсією, станом порушеного травлення. Симптоми можуть включати повноту верхньої частини живота або біль, печію, нудоту, відрижку або деяку комбінацію цих симптомів. Більшість випадків нетравлення шлунка відбуваються без ознак органічного захворювання, яке, ймовірно, пояснить симптоми. Тривога або певні продукти або ліки (наприклад, аспірин) можуть бути факторами, що сприяють у цих випадках. В інших випадках розлад шлунка є симптомом органічного захворювання, найчастіше гастроезофагеальної рефлюксної хвороби (ГЕРХ) або гастриту. У невеликій меншості випадків розлад травлення є симптомом виразкової хвороби шлунка або дванадцятипалої кишки, зазвичай викликаної бактеріальною інфекцією. Дуже рідко розлад шлунка є ознакою раку.

Періодичний напад розладу шлунка, як правило, нічого не турбує, особливо у людей молодше 55 років. Однак якщо ви страждаєте частим або хронічним розладом шлунка, непогано звернутися до лікаря. Якщо основне захворювання, таке як ГЕРХ або виразка, викликає розлад травлення, це можна і потрібно лікувати. Якщо органічних захворювань не виявлено, лікар може порекомендувати зміни способу життя або лікування, щоб допомогти запобігти або заспокоїти симптоми гострого розладу шлунка. Зміни способу життя можуть включати зміни в харчові звички, такі як їдять повільніше, їсти менше їжі або уникати жирної їжі. Вам також можуть бути рекомендовані утриматися від прийому певних ліків, особливо натщесерце. Також може бути рекомендовано використання антацидів або інших ліків для полегшення симптомів.

Рецензія

1. Визначити травлення. Де це відбувається?
2. Визначте дві системи органів, які контролюють процес травлення травною системою.
3. Що таке механічне травлення? Де це відбувається?
4. Опишіть хімічне травлення.
5. Яка роль ферментів в хімічному травленні?
6. Що таке абсорбція? Коли це відбувається?
7. а Де відбувається найбільше всмоктування в травній системі? б. чому велика частина всмоктування відбувається саме в цьому органі, а не раніше в шлунково-кишковому тракті?
8. Назвіть два травних ферменту, що містяться в слині, і визначте, який тип молекули вони перетравлюють.
9. а. де виробляється жовч? б. які деякі функції жовчі?
10. Правда чи брехня.Пепсин перетравлює целюлозу.
11. Правда чи брехня.Глюкоза може засвоюватися організмом, не розщеплюючись далі.
12. РН шлунка ___________. А. нейтральний В. – лужний С. є кислим D. залежить тільки від того, що ви їсте
13. Лімфа поглинає __________. А. жирні кислоти B. цукру С. амінокислоти D вітамін С

Дізнатися більше

Нові дослідження показують, що діти, народжені через вагінальні пологи, насправді мають більш здорову флору кишечника, дізнайтеся більше тут:

Атрибуції

1. Диспепсія вафель, суспільне надбання через Flickr.com
2. Механічне та хімічне травлення за допомогою Відкритого стакс-коледжу, CC BY 3.0 через Wikimedia Commons
3. Кишкові ворсинки, спрощені Snow93, суспільне надбання через Вікісховище
4. Текст адаптований з біології людиниCK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0

• Was this article helpful?
• Yes
• No

Recommended articles

1. Article type Section or Page License CK-12 License Version 3.0 Show Page TOC Yes on Page
2. Tags
   1. authorname:mgrewal
   2. chemical digestion
   3. columns:two
   4. cssprint:dense
   5. Digestion
   6. mechanical digestion
   7. program:oeri
   8. source@https://www.ck12.org/book/ck-12-human-biology/
   9. source[translate]-bio-16832