Processi digestivi • La maggior parte dei principi alimentari è costituita da grosse molecole polimeriche che vengono demolite in modo da liberare le unità monomeriche. • Questa azione avviene a livello del tratto digerente ad opera di specifici enzimi • I prodotti della digestione vengono successivamente assorbiti ed attraverso il sistema circolatorio distribuiti a tutte le cellule dell’organismo • 1. 2. 3. 4. 5. L’insieme dei processi si realizza attraverso una complessa sequenza di eventi chimici: Omogeneizzazione meccanica del cibo Secrezione di enzimi digestivi Secrezione di elettroliti, acidi o basi che instaurano l’ambiente chimico adatto Secrezione di acidi o Sali biliari necessari per la digestione dei lipidi Trasporto dei prodotti della digestione dal lume intestinale al sangue o alla linfa • Considerando che un soggetto normale (peso 60 Kg) produce quotidianamente 20 g di urea, composto contenente Azoto. • Questa perdita va reintegrata con altre sostanze azotate, quali le proteine. • Poiché l’urea è l’espressione del catabolismo aminoacidico 20 g corrispondono a circa 48 - 60 g di proteine. • Questa è pertanto la quota che giornalmente tale soggetto dovrà introdurre. • Le proteine vengono degradate ad opera di enzimi idrolitici in grado di rompere i legami peptidici con cui gli aminoacidi sono utili tra loro. • Questi enzimi sono conosciuti come: • Peptidasi R1 H ---HN – C-- H R2 C---------N-- C – H O H OH R3 C -------------N– C-- H O H C ----------------O R1 ---HN – C-- H R2 C---------N-- C – H O H R3 C -OH H-- N– C-- H O H C ----------------O • Si distinguono due tipi di proteasi: endopeptidasi che rompono legami peptici interni esopeptidasi che rompono legami peptidici esterni 1° Fase • Nel cavo orale non avviene nessun processo digestivo a carico delle proteine, la 1° fase digestiva avviene nello stomaco ad opera di una endopeptidasi, la: • Pepsina • Si tratta di un enzima idrolitico che attacca i legami peptidici delle proteine alimentari, formati da aminoacidi aromatici (tirosina, fenilalanina) Pepsina • La pepsina viene prodotta in una forma inattiva (detta generalmente zimogeno), il: • pepsinogeno • dalle cellule adelomorfe della mucosa gastrica. • L’attivazione del pepsinogeno a pepsina avviene auto-cataliticamente ad opera dell’acido cloridrico prodotto dell’ambiente gastrico. • L’attivazione consiste nel distacco di un peptide • La liberazione di HCl e pepsinogeno è sotto il controllo di un ormone enterico, chiamato: • gastrina • La gastrina è un ormone peptidico (formato da 17 Aa) viene prodotta dalle cellule della mucosa dell’antro gastrico e la sua liberazione nel lume gastrico avviene quando arriva il cibo, tramite riflessi nervosi, che si generano in seguito alla distensione dello stomaco Bolo alimentare Stomaco Pepsina Distensione dello stomaco Pepsinogeno Gastrina HCl Cellule mucosa gastrina Ghiandola gastrica Cellule adelomorfe • Il pH gastrico ha un valore di circa 2, quindi molto basso, ed è a questo valore di pH che agisce la pepsina. • Il pH acido ha una duplice funzione: uccidere la maggior parte dei microorganismi introdotti con il cibo provocare la denaturazione delle proteine della dieta, che diventano più suscettibili all’azione della pepsina • I prodotti principali originatisi dall’azione della pepsina sono: Grossi frammenti peptidici (peptoni) e alcuni piccoli peptidi e Aa liberi NH2 COOH COOH NH2 NH2 COOH Peptoni NH2 COOH Oligo peptidi + Aa Duodeno • La digestione delle proteine continua nel duodeno. • Il chimo acido (contenente i peptoni, gli oligo peptidi e Aa liberi) viene riversato nel duodeno e stimola alcune cellule epiteliali ad attività endocrina presenti in questo tratto • Queste cellule producono due ormoni enterici: • colecistochinina • secretina • A livello duodenale il pH è ancora acido dovuto alla presenza del chimo intriso di HCl. • Bisogna tamponare l’acidità! • I due ormoni agiscono: • primariamente nel rilasciare soluzioni alcaline in grado di bloccare l’acidità • secondariamente stimolano il rilascio del succo pancreatico, ricco di enzimi digestivi Colecistochinina • La colecistochinina è un ormone di natura proteina (formato da 33 Aa) che agisce: sulla muscolatura liscia della cistifellea, stimolando la contrazione e la secrezione della bile che contiene sostanze di natura basica: Sali biliari , Bilirubina, Bicarbonati Colesterolo, fosfolipidi Questi attraverso il dotto biliare (coledoco) si riversano nel duodeno Secretina • La secretina è un polipeptide formato da 27 Aa liberato dalle cellule epiteliali a secrezione endogena che agisce sul pancreas favorendo il rilascio del succo pancreatico. • Questo contiene: • Enzimi digestivi (sia per le proteine, che per lipidi e zuccheri) • Una elevata quantità di bicarbonati che rilasciati nel duodeno tamponano l’acidità portando il pH a valori intorno a 6,5. Proteasi pancreatiche • Il succo pancreatico contiene tre zimogeni (proteasi inattive): Tripsinogeno Chimotrisinogeno Procarbossipettidasi I primi due sono delle endopeptidasi, l’ultimo e una esopeptidasi . Tutti e tre vengono trasformati in forma attiva nel duodeno. • Il fattore chiave per l’attivazione di questi tre enzimi è l’enzima: enterocinasi prodotto dalle cellule duodenali all’arrivo del chimo. • Si tratta di un enzima proteolitico che trasfoma: • Tripsinogeno Tripsina • La tripsina a sua volta attiva il: • Chimotripsinogeno Chimotripsina • e • Procarbossipeptidasi Carbossipeptidasi 2° Fase • Il chimo contenente i peptoni viene aggredito da queste tre proteasi: la tripsina rompe i legami peptidici in cui sono coinvolti Aa basici (es: lisina) la chimotripsina rompe i legami peptidici in cui sono coinvolti Aa aromatici (es. tirosina) o a catena ramificata (es. leucina) Peptoni COOH NH2 Tripsina COOH COOH NH2 NH2 Chimotripsina NH2 COOH NH2 COOH NH2 NH2 COOH COOH • I peptidi formatisi dall’azione della tripsina e chimotripsina vengono aggrediti alla fine dalla carbossipeptidasi che stacca uno alla volta gli Aa a partire dall’estremità COOH NH2 COOH Aa + nAa NH2 COOH NH2 COOH • L’azione combinata dei tre enzimi a livello duodenale porta alla liberazione di moltissimi Aa e alla formazione di piccoli peptidi (2-8 residui) che vengono ulteriormente digeriti da altri enzimi prodotti dalle cellule dell’intestino tenue Peptidasi intestinali • Le cellule epiteliali intestinali producono due enzimi: • Aminopeptidasi, che distacca un Aa alla volta dall’estremità –NH2 • Dipeptidasi che rompe il legame peptidico formato da due Aa. • Gli Aa liberi formatisi vengono assorbiti dalle cellule epiteliali attraverso sistemi di trasporto proteici specifici. Aminopeptidasi NH2 NH2 COOH COOH + Aa Aminopeptidasi NH2 COOH + Aa Aminopeptidasi Aa --Aa Dipeptidasi Aa + Aa Il meccanismo di trasporto degli Aa è simile a quello già visto per il rene, si tratta di un co-trasporto, in cui assieme all’Aa viene assorbito anche il Na+, che poi deve esssere buttato nel sangue con un meccanismo attivo Lume Cellula Na+ Aa Sangue Aa Aa 3Na+ 3Na+ 2K+ 2K+ Destino Aa • Gli Aa non possono venir immagazzinati, ma vengono utilizzati per riformare proteine tissutali. • Pertanto dopo essere stati assorbiti dalle cellule enteriche, vengono immessi nel sangue (vena porta) e in tal modo distribuiti a tutte le cellule. 1° Fase • I carboidrati introdotti con la dieta possono essere: • monosaccaridi (glucosio, fruttosio) • disaccaridi (lattosio, saccarosio) • polisaccaridi (amido, glicogeno) • I monosaccaridi non necessitano di alcun processo digestivo e vengono assorbiti tal quali a livello intestinale. • I disaccaridi richiedono l’intervento di particolari enzimi idrolitici, presenti sulla superficie delle cellule dell’intestino tenue, che sono in grado di idrolizzarli e di assorbirli. • I polisaccaridi invece richiedono l’intervento di un enzima denominato: • - Amilasi • che è prodotto sia dalle ghiandole salivari che dal pancreas Polisaccaridi • L’amido è un polisaccaride di riserva delle piante è costituito da una miscela formata da un polisaccaride a catene lineare di molecole di glucosio legate con legami - 1-4 detto: • Amilosio • e da un altro polisaccaride sempre di molecole di glucosio, ma a catena ramificata, con legami - 1-4 e - 1-6 denominato: • Amilopectina • Amilosio Unità di glucosio Amilopectina Glicogeno • E’ il polisaccaride animale con struttura chimica simile all’amilopectina da cui differisce unicamente per quanto riguarda il numero di ramificazioni che risultano superiori a quelle dell’amilopectina. Cellulosa • La cellulosa è un polisaccaride del glucosio (come l’amido) però le molecole del glucosio sono unite con un legame β1-4 anziché 1-4 Cavo orale • Mentre il cibo viene masticato, l’ amilasi presente nella saliva agisce sull’amido scindendo i legami glicosidici 14 glicosidici. L’enzima agisce al centro della catena e solo su legami 14 L’enzima agisce a pH intorno alla neutralità Prodotti della digestione • Se il cibo rimanesse nel cavo orale per un tempo prolungato, l’-amilasi agirebbe completamente sull’amido, ma poiché il cibo permane nel cavo orale per poco tempo, l’amido viene parzialmente digerito e trasformato in frammenti più o meno lunghi chiamati: • Malto-destrine o semplicemente destrine Stomaco - duodeno • L’azione dell’ - amilasi salivare si arresta quando il bolo alimentare entra nello stomaco, dove l’ambiente è molto acido. • Quando il chimo gastrico entra nel duodeno i secreti pancreatici e biliari riportano il pH a valori vicino alla normalità Duodeno Il chimo acido (contenente le destrine) viene riversato nel duodeno e stimola alcune cellule epiteliali ad attività endocrina, presenti in questo tratto • Queste cellule producono due ormoni di origine pertanto enterica: • colecistochinina • secretina • A livello duodenale il pH è ancora acido dovuto alla presenza del chimo intriso di HCl. • Bisogna tamponare l’acidità! • I due ormoni agiscono: • primariamente nel rilasciare soluzioni alcaline in grado di bloccare l’acidità • secondariamente stimolano il rilascio del succo pancreatico, ricco di enzimi digestivi Colecistochinina • La colecistochinina è un ormone di natura proteina (formato da 33 Aa) che agisce: sulla muscolatura liscia della cistifellea, stimolando la contrazione e la secrezione della bile che contiene sostanze di natura basica: Sali biliari , Bilirubina, Bicarbonati Colesterolo, fosfolipidi Questi attraverso il dotto biliare (coledoco) si riversano nel duodeno Secretina • La secretina è un polipeptide formato da 27 Aa liberato dalle cellule epiteliali a secrezione endogena che agisce sul pancreas favorendo il rilascio del succo pancreatico. Questo contiene: • Enzimi digestivi (sia per le proteine, che per lipidi e zuccheri) • Una elevata quantità di bicarbonati che rilasciati nel duodeno tamponano l’acidità portando il pH a valori intorno a 6,5. Duodeno • Nel succo pancreatico è presente una amilasi identica a quella salivare. • E’ questa - amilasi quella che agisce di fatto sui polisaccaridi e li trasforma in: Glucosio Maltotrioso (trisaccaride) Destrine limite (contenente legami 14 e 16) formate in media da 8 unità Maltosio (disaccaride del glucosio) Prodotti idrolisi L’ - amilasi pancreatica è prodotta in grande eccesso rispetto alla quantità necessaria Intestino tenue • La cellulosa, che è un polisaccaride costituito da molecole di glucosio, ma con legami β 14, non viene aggredita dall’ -amilasi. • La completa digestione dei di- e oligosaccaridi a monosaccaridi avviene ad opera di enzimi specifici locati sulla superficie delle cellule epiteliali dell’intestino tenue. Enzima Substrato Prodotti Isomaltasi 16 Maltasi 14 Saccarasi 12 Lattasi β 14 Destrine limite Glucosio Maltosio (2) Maltotrioso (3) Saccarosio Glucosio Trealasi 11 Raffinosio Lattosio Glucosio Fruttosio Glucosio Galattosio Glucosio Galattosio Meccanismo delle disaccaridasi Assorbimento • La scissione dei disaccaridi e l’assorbimento dei monosaccaridi avviene soprattutto nei microvilli situati nella prima parte del digiuno. • I più importanti prodotti della digestione dei di e polisaccaridi sono: Glucosio Fruttosio Galattosio Assorbimento L’assorbimento dei monosaccaridi e di altri monosaccaridi di minor importanza avviene con un processo che richiede l’intervento di carrier specifici e il coinvolgimento del Na+ . Il Na+ che entra nella cellula enterica assieme ai monosaccariodi viene subito trasferito nel sangue ad opera della “pompa” Na+/K+- ATP-asi. Il meccanismo è molto simile a quello già visto per il rene: sia il glucosio che il galattosio vengono assorbiti in tal modo. Il fruttosio utilizza un altro sistema che non prevede l’intervento del Na+ Cellula enterica Trasporto • Gli zuccheri provenienti dall’intestino sono di natura idrofilica, vengono riversati in capillari che confluiscono nella “vena porta” che raggiunge il fegato. • Il fegato ne trattiene una grossa percentuale, mentre il rimanente viene distribuito alle altre cellule, sotto lo stretto controllo dell’insulina. Generalità • Un uomo adulto ingerisce giornalmente dai 60 ai 150 g di lipidi costituiti per il 90% da: Trigliceridi e per il rimanente 10% da: Fosfolipidi Colesterolo, esteri del colesterolo Acidi grassi liberi • Oltre a questi lipidi, indirettamente partecipano alla digestione altri lipidi che provengono dal metabolismo e in tal vengono riciclati dall’organismo. • Infatti vengono riversati a livello duodenale con i secreti della bile anche: 1 - 2 g di colesterolo 7 – 22 g di fosfatidil-colina (lecitina) Problemi nella digestione dei lipidi La digestione dei lipidi è complessa in quanto: ► i trigliceridi, che costituiscono la quota predominante, sono insolubili in acqua; ►i fosfolipidi e il colesterolo sono più solubili, ma hanno la tendenza a formare complessi sovramolecolari difficilmente assorbibili Problemi nella digestione • Queste difficoltà vengono superate: aumentando la superficie di contatto tra fase acquosa e lipidica; mediante emulsionamento dei trigliceridi e loro stabilizzazione con molecole tensioattive; Fasi della digestione • • • • • • • La digestione dei lipidi si può riassumere in 7 fasi: Emulsionamento dei Trigliceridi (TG), Formazioni di micelle miste con i Sali biliari, fosfolipidi e colesterolo Idrolisi dei trigliceridi ad opera della lipasi pancreatica Assunzione dei prodotti di idrolisi da parte delle cellule enteriche Risintesi dei trigliceridi da parte delle cellule enteriche Formazione dei chilomicroni da parte delle cellule enteriche Esocitosi dei chilomicroni ed immissione nella linfa Trigliceridi (TG) • Questi composti insolubili denominati anche “grassi” sono esteri del glicerolo con acidi grassi β ’ Lipasi • L’enzima in grado di idrolizzare i TG si chiama: Lipasi pancreatica catalizza l’idrolisi dei TG staccando con l’acqua i due acidi grassi legati in posizione e ’, perché l’azione sia efficace è necessaria la presenza di un fattore proteico denominato: Colipasi Idrolisi TG H2O β ’ H2O Lipasi Pancreatica Prodotti idrolisi Per azione combinata della lipasi pancreatica e della colipasi i TG vengono trasformati in: • Due acidi grassi • Mono- gliceride 2 Acidi grassi β Mono gliceride Digestione : 1° fase • I movimenti peristaltici dello stomaco e del duodeno agitando il chimo gastrico, contribuiscono a emulsionare i grassi che si disperdono in microgoccioline. • L’emulsione viene stabilizzata a livello del duodeno ad opera della bile con i suoi Sali biliari. Si formano pertanto degli aggregati denominati: • micelle Le micelle sono aggregati che si formano quando sostanza “anfipatiche” (contenenti residui polari e non polari) vengono poste in una soluzione acquosa Micelle Porzione Polare Porzione non Polare • I Sali biliari, i fosfolipidi e il colesterolo sono sostanze anfipatiche e pertanto a livello duodenale danno origine a micelle miste. • Le componenti polari di queste molecole si orientano all’esterno (verso l’acqua) le porzioni non polari invece si orientano all’interno dell’aggregato • I TG essendo non polari occupano il “core” delle micelle Micelle miste Goccioline di emulsione Emulsione TG Sali biliari Micelle Miste Idrolisi – 3° fase • Gli ormoni gastro – enterici stimolano il rilascio sia della bile che del succo pancreatico che contiene la lipasi e la colipasi. • La colipasi si fissa sulle micelle miste creando uno spazio sulla superficie della micella in modo da ancorare la lipasi pancreatica permettendo in tal modo all’enzima di svolgere la sua azione. • I prodotti della idrolisi della lipasi sono come si è visto il monogliceride e gli acidi grassi che rimangono all’interno della micella. • Poiché il monogliceride e gli acidi grassi sono debolmente idrosolubili si sistemano sulla superficie della micella. • Le micelle sono perciò il veicolo principale per il trasporto dei prodotti di idrolisi dei grassi alla superficie delle cellule enteriche Assunzione – 4° fase • Il passaggio dei prodotti della digestione dalle micelle alla mucosa intestinale è un processo passivo, per semplice diffusione. • All’interno della cellula enterica, i monogliceridi e gli acidi grassi (dopo che si sono legati ad una specifica proteina) vengono trasportati a livello del reticolo endoplasmatico dove vengono utilizzati per sintetizzare nuovi trigliceridi Sintesi dei TG - enterici • La risintesi di TG a livello enterico ha lo scopo di favorirne il trasporto. 2 CoA -SH 2 Acidi grassi o 2 Acili Monogligeride 2 Acil - CoA 2 CoA -SH Trigliceride Chilomicroni – 6° fase • I TG risintetizzati che non hanno la stessa composizione di quelli introdotti con la dieta, si associano con i fosfolipidi e il colesterolo (anche loro di origine alimentare) e con speciali proteine dette “apoproteine” per dare origine ad aggregati lipo-proteici denominati: • Chilomicroni Lipoproteina Origine TG % Pho % Col. + Col Ester. % Proteine % Chilomicroni Intestino 83 - 88 4-7 4-8 1 -2 Apo proteina Componente Funzione A1 Chilomicroni Ha funzione di proteina costituente B - 48 Chilomicroni Serve per il rilascio dei chilomicroni dall’intestino E Chilomicroni Interagisce con il recettore epatico e ne favorisce la endocitosi Destino dei Chilomicroni • I chilomicroni vengono riversati nella linfa, impiegano circa 4-5 ore per arrivare nella vena succlavia ed immessi in circolo. • La vita media di un chilomicrone (cioè da quando entra in circolo) è di circa 5 minuti • Assume dalle HDL l’apoproteina CII, viene riconosciuta dalla Lipo-protein-lipasi che aggredisce i TG formando Monogliceride ed acidi grassi che entrano nelle cellule adipose. B48, A1, E Chilomicroni TG Es-Ch PL B48, A1, E HDL Fegato TG Es-Ch PL A, CII Pareti dei capillari B48, A1,E B48, A1, E CII Es-Ch Remnants Cellule adipose TG Es-Ch CII PL Lipo pro tein lipasi Mono gliceride e Acidi grassi Destino dei remnants • In seguito alla perdita dei trigliceridi, i chilomicroni si raggrinzano e la nuova lipoproteina è più piccola contiene prevalentemente esteri del colesterolo queste nuove formazioni si chiamano “remnants” • Questi vengono trasportati al fegato che li riconosce per l’apo E, e per endocitosi vengono assorbiti.
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