Każdy żywy organizm żywi się żywnością organiczną, która jest niszczona w układzie pokarmowym i bierze udział w metabolizmie komórkowym. A dla substancji takiej jak białko trawienie oznacza całkowity rozkład na monomery składowe. Oznacza to, że głównym zadaniem układu pokarmowego jest zniszczenie drugorzędowej, trzeciorzędowej lub domenowej struktury cząsteczki, a następnie eliminacja aminokwasów. Później monomery białka zostaną przeniesione przez układ krążenia do komórek organizmu, gdzie zostaną zsyntetyzowane nowe cząsteczki białka niezbędne do życia.
Enzymatyczne trawienie białek
Białko to złożona makrocząsteczka, przykład biopolimeru składającego się z wielu aminokwasów. A niektóre cząsteczki białka składają się nie tylko z reszt aminokwasowych, ale także ze struktur węglowodanowych lub lipidowych. Białka enzymatyczne lub transportowe mogą nawet zawierać jon metalu. Częściej niż inne białko jest obecne w pożywieniucząsteczki znajdujące się w mięsie zwierząt. Są również złożonymi cząsteczkami fibrylarnymi o długim łańcuchu aminokwasowym.
Do rozkładu białek w układzie pokarmowym służy zestaw enzymów proteolitycznych. Są to pepsyna, trypsyna, chemotrypsyna, elastaza, gastrixyna, chymozyna. Ostateczne trawienie białek następuje w jelicie cienkim pod wpływem hydrolaz peptydowych i dipeptydaz. To grupa enzymów rozbijających wiązanie peptydowe w ściśle określonych aminokwasach. Oznacza to, że jeden enzym jest potrzebny do rozerwania wiązania peptydowego między resztami aminokwasu seryny, a inny jest potrzebny do rozerwania wiązania utworzonego przez treoninę.
Enzymy trawienia białek dzielą się na typy w zależności od struktury ich centrum aktywnego. Są to proteazy seryny, treoniny, aspartylu, glutaminy i cysteiny. W strukturze ich centrum aktywnego zawierają specyficzny aminokwas, od którego otrzymały ich nazwę.
Co dzieje się z białkiem w żołądku?
Wiele osób błędnie twierdzi, że żołądek jest głównym narządem trawiennym. Jest to powszechne nieporozumienie, ponieważ trawienie pokarmu obserwuje się częściowo już w jamie ustnej, gdzie ulega zniszczeniu niewielka część węglowodanów. Tu następuje częściowe wchłanianie. Ale główne procesy trawienia zachodzą w jelicie cienkim. Jednocześnie, pomimo obecności pepsyny, chymozyny, gastryksyny i kwasu solnego, nie dochodzi do trawienia białek w żołądku. Substancje te pod wpływem enzymu proteolitycznego pepsyny i kwasu solnegodenatura, czyli tracą swoją specjalną strukturę przestrzenną. Chymozyna powoduje również koagulację białka mleka.
Jeśli wyrażamy proces trawienia białek w procentach, to około 10% zniszczenia każdej cząsteczki białka zachodzi w żołądku. Oznacza to, że w żołądku ani jeden aminokwas nie odrywa się od makrocząsteczki i nie jest wchłaniany do krwi. Białko pęcznieje i ulega denaturacji tylko w celu zwiększenia liczby dostępnych miejsc pracy enzymów proteolitycznych w dwunastnicy. Oznacza to, że pod wpływem pepsyny cząsteczka białka zwiększa swoją objętość, odsłaniając więcej wiązań peptydowych, z którymi następnie łączą się enzymy proteolityczne soku trzustkowego.
Trawienie białek w dwunastnicy
Po żołądku przetworzona i starannie zmielona karma, zmieszana z sokiem żołądkowym i przygotowana do dalszych etapów trawienia, trafia do dwunastnicy. Jest to odcinek przewodu pokarmowego znajdujący się na samym początku jelita cienkiego. Tutaj dalsze rozszczepianie cząsteczek następuje pod wpływem enzymów trzustkowych. Są to bardziej agresywne i bardziej aktywne substancje zdolne do rozbijania długiego łańcucha polipeptydowego.
Pod działaniem trypsyny, elastazy, chymotrypsyny, karboksypeptydaz A i B cząsteczka białka jest podzielona na wiele mniejszych łańcuchów. W rzeczywistości po przejściu przez dwunastnicę dopiero zaczyna się trawienie białek w jelicie. I jeśliwyrażone w procentach, a następnie po przetworzeniu bolusu pokarmowego sokiem trzustkowym, białka trawione są w około 30-35%. Ich całkowity „demontaż” na monomery składowe zostanie przeprowadzony w jelicie cienkim.
Wyniki trawienia białek trzustkowych
Trawienie białek w żołądku i dwunastnicy jest etapem przygotowawczym niezbędnym do rozbicia makrocząsteczek. Jeśli do żołądka dostanie się białko o długości łańcucha 1000 aminokwasów, to wyjściem z dwunastnicy będzie np. 100 cząsteczek po 10 aminokwasów każda. Jest to liczba hipotetyczna, ponieważ wspomniane wyżej endopeptydazy nie dzielą cząsteczki na równe odcinki. Powstała masa będzie zawierała cząsteczki o długości łańcucha 20 aminokwasów oraz 10 i 5. Oznacza to, że proces kruszenia jest chaotyczny. Jego celem jest maksymalne uproszczenie pracy egzopeptydaz w jelicie cienkim.
Trawienie w jelicie cienkim
Dla każdego białka o dużej masie cząsteczkowej trawienie polega na jego całkowitym zniszczeniu do monomerów, które tworzą pierwotną strukturę. A w jelicie cienkim pod wpływem egzopeptydaz dochodzi do rozkładu oligopeptydów na poszczególne aminokwasy. Oligopeptydy to wspomniane powyżej reszty dużej cząsteczki białka, składającej się z niewielkiej liczby aminokwasów. Ich rozszczepienie jest porównywalne pod względem kosztów energii z syntezą. Dlatego trawienie białek i węglowodanów jest procesem energochłonnym, podobnie jak samo wchłanianie powstałych aminokwasów przez komórki nabłonka.
Ścianatrawienie
Trawienie w jelicie cienkim nazywa się ciemieniowym, ponieważ odbywa się na kosmkach - fałdach nabłonka jelitowego, w których skoncentrowane są enzymy egzopeptydazy. Przyłączają się do cząsteczki oligopeptydu i hydrolizują wiązanie peptydowe. Każdy rodzaj aminokwasu ma swój własny enzym. Czyli do zerwania wiązania utworzonego przez alaninę potrzebny jest enzym alanina-aminopeptydaza, glicyna - aminopeptydaza glicynowa, leucyna - aminopeptydaza leucyny.
Z tego powodu trawienie białek zajmuje dużo czasu i wymaga dużej liczby różnych rodzajów enzymów trawiennych. Za ich syntezę odpowiada trzustka. Jego funkcja jest zaburzona u pacjentów nadużywających alkoholu. Ale prawie niemożliwe jest znormalizowanie braku enzymów poprzez przyjmowanie preparatów farmakologicznych.
