Любой живой организм питается органической пищей, которая разрушается в пищеварительной системе и участвует в клеточном метаболизме. И для такого вещества, как белок, переваривание означает полное расщепление до составляющих его мономеров. Это значит, что основной задачей пищеварительной системы является разрушение вторичной, третичной или доменной структуры молекулы, а затем отщепление аминокислот. Позже мономеры белков будут разнесены кровеносной системой по клеткам организма, где будут синтезированы новые белковые молекулы, необходимые для жизнедеятельности.
Ферментативное расщепление белка
Белок — сложная макромолекула, пример биополимера, состоящего из множества аминокислот. А некоторые белковые молекулы состоят не только из аминокислотных остатков, но и из углеводных или липидных структур. Ферментативные или транспортные белки и вовсе могут содержать ион металла. Чаще прочих в пище присутствуют белковые молекулы, которые содержатся в мясе животного. Это также сложные фибриллярные молекулы с длинной аминокислотной цепочкой.
Для расщепления белков в пищеварительной системе имеется набор ферментов протеолиза. Это пепсин, трипсин, хемотрипсин, эластаза, гастриксин, химозин. Окончательное переваривание белков происходит в тонком кишечнике под действием пептид-гидролаз и дипептидаз. Это группа ферментов, которые разрушают пептидную связь у строго специфичных аминокислот. Это значит, что для разрушения пептидной связи между остатками аминокислоты серина нужен один фермент, а для расщепления связи, образованной треонином, — другой.
Ферменты переваривания белков делятся на виды в зависимости от строения их активного центра. Это сериновые, треониновые, аспартильные, глютаминовые и цистеиновые протеазы. В структуре своего активного центра они содержат определенную аминокислоту, из-за которой получили свое название.
Что происходит с белком в желудке?
Многие ошибаются, говоря, что желудок является главным органом пищеварения. Это распространенное заблуждение, так как переваривание пищи частично наблюдается уже в ротовой полости, где разрушается небольшая часть углеводов. Здесь же происходит их частичное всасывание. Но основные процессы пищеварения и вовсе протекают в тонком кишечнике. При этом, несмотря на наличие пепсина, химозина, гастриксина и соляной кислоты, переваривания белков в желудке не происходит. Эти вещества под действием протеолитического фермента пепсина и соляной кислоты денатурируют, то есть теряют свою особую пространственную структуру. Также под действием химозина створаживается белок молока.
Если выразить процесс переваривания белка в процентах, то в желудке происходит примерно 10 % разрушения каждой белковой молекулы. Это значит, что в желудке ни одна аминокислота от макромолекулы не отрывается и не всасывается в кровь. Белок лишь набухает и денатурирует, чтобы увеличить количество доступных мест для работы протеолитических ферментов в двенадцатиперстной кишке. Это значит, что под действием пепсина молекула белка увеличивается в объеме, обнажая больше пептидных связей, на которые затем присоединяются протеолитические ферменты панкреатического сока.
Переваривание белка в двенадцатиперстной кишке
После желудка обработанная и тщательно измельченная пища, смешанная с желудочным соком и подготовленная к дальнейшим этапам пищеварения, попадает в двенадцатиперстную кишку. Это участок пищеварительного тракта, расположенный в самом начале тонкого кишечника. Здесь происходит дальнейшее расщепление молекул под действием панкреатических ферментов. Это более агрессивные и более активные вещества, способные дробить длинную полипептидную цепочку.
Под действием трипсина, эластазы, химотрипсина, карбоксипептидаз А и В происходит расщепление молекулы белка на множество более мелких цепей. По сути, после прохождения двенадцатиперстной кишки переваривание белков в кишечнике только начинается. И если выразить в процентах, то после обработки пищевого комка панкреатическим соком белки перевариваются примерно на 30-35 %. Полная их «разборка» до составляющих мономеров будет проведена в тонком кишечнике.
Итоги панкреатического пищеварения белков
Переваривание белков в желудке и двенадцатиперстной кишке — это подготовительный этап, который нужен для дробления макромолекул. Если в желудок поступает белок с длиной цепочки в 1000 аминокислот, то на выходе из двенадцатиперстной кишки получится, к примеру, 100 молекул с 10 аминокислотами в каждой. Это гипотетическая цифра, так как эндопептидазы, указанные выше, не делят молекулу на равные участки. В образовавшейся массе будут присутствовать молекулы с длиной цепочки и 20 аминокислот, и 10, и 5. Это значит, что процесс дробления является хаотичным. Его цель — максимальное упрощение работы экзопептидаз в тонком кишечнике.
Пищеварение в тонком кишечнике
Для любого высокомолекулярного белка переваривание — это полное его разрушение до составляющих первичную структуру мономеров. И в тонком кишечнике под действием экзопептидаз достигается разложение олигопептидов на отдельные аминокислоты. Олигопептидами называются упомянутые выше остатки крупной белковой молекулы, состоящие из небольшого количества аминокислот. Их расщепление сопоставимо по энергетическим затратам с синтезом. Потому переваривание белков и углеводов — это энергоемкий процесс, как и само всасывание полученных аминокислот эпителиальными клетками.
Пристеночное пищеварение
Пищеварение в тонком кишечнике называется пристеночным, так как оно протекает на ворсинках — складках кишечного эпителия, где сконцентрированы ферменты экзопептидазы. Они присоединяются к молекуле олигопептида и гидролизуют пептидную связь. При этом для каждого типа аминокислоты существует свой фермент. То есть на разрыв связи, образованной аланином, нужен фермент аланин-аминопептидаза, глицина — глицин-аминопептидаза, лейцина — лейцин-аминопетидаза.
Из-за этого белковое переваривание занимает много времени и требует большого количества пищеварительных ферментов разных типов. За их синтез отвечает поджелудочная железа. Ее функция страдает у пациентов, злоупотребляющих алкоголем. Но нормализовать недостаток ферментов, принимая фармакологические препараты, практически невозможно.
