Enzymy trávicího traktu mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz

Funkce jednotlivých orgánů v trávení a absorpci Pankreas – hlavní orgán v syntéze trávicích enzymů

Hlavním místem trávení a absorpce je tenké střevo V tenkém střevě probíhá trávení ve třech kompartmentech: Enzymy pankreatu se spolu se žlučí vylévají do sestupné části duodena  trávení v lumen probíhá převážně od tohoto místa dál Trávení oligomerů AA a sacharidů zajišťují enzymy v luminální plasmatické membráně epiteliálních buněk – enterocytů (tj. v mikroklcích kartáčového lemu). Tyto enzymy – obvykle glykoproteiny V cytoplasmě enterocytů probíhá hydrolýza di- a tripeptidů

Zymogeny Trávicí enzymy jsou obvykle syntetizovány ve formě větších inaktivních prekursorů – zymogenů Jinak by totiž mohly poškodit tkáně, které je produkují: akutní pankreatitida – předčasná aktivace trávicích enzymů tvořených pankreatem a natrávení žlázy samotné; aktivovaná fosfolipasa A2 může přeměňovat lecitin na lysolecitin, který poškozuje buněčné membrány

Syntéza zymogenů Proteiny určené k sekreci jsou syntetizovány na polysomech hrubého ER N-konec nese signální sekvenci → uvolnění proteinu do ER; signální sekvence pak může být odštěpena Protein je transportován do Golgiho komplexu Proteiny jsou uskladněny ve váčcích; po stimulaci granula putují k luminální plasmatické membráně (PM), s níž fúzují  obsah se uvolní do lumen…exocytóza

Zymogeny jsou aktivovány proteolýzou Proenzymy (zymogeny) jsou aktivovány proteolytickým štěpením v lumen GIT: pepsinogen trypsinogen chymotrypsinogen proelastasa prokarboxypeptidasa profosfolipasa

Aktivace pepsinogenu Pepsinogen je sekretován buňkami žaludku Pepsinogen je aktivován proteolytickým odštěpením 44 AA z N-konce – buď intramolekulárně nebo působením aktivního pepsinu Tato reakce probíhá při pH < 5

Aktivace pankreatických zymogenů v lumen tenkého střeva trypsinogen enteropeptidasa (produkována v duodenu) – 6 N-koncových AA trypsin autokatalytická aktivace chymotrypsinogen, proelastasa, prokarboxypeptidasy, profosfolipasa chymotrypsin, elastasa, karboxypeptidasy, fosfolipasa

„Strategie“ bránící předčasné aktivaci zymogenů Při pH>2 zůstává peptid odštěpený z pepsinogenu (44 AA) navázaný na pepsin a zakrývá jeho aktivní místo; k jeho uvolnění dochází při poklesu pH pod 2 nebo další degradací pepsinem Pankreatický inhibitor trypsinu (PSTI) je malý polypeptid inhibující trypsin, který je chybně aktivován už v pankreatu

Stimulace sekrece Sekretagoga interagují s receptory na povrchu exokrinních buněk → signální kaskáda vedoucí k fúzi granul s PM Cholecystokinin: peptid sekretovaný buňkami tenkého střeva (TS) po stimulaci AA a peptidy uvolněnými proteolýzou v žaludku, FA a kyselým pH Sekretin: peptid sekretovaný buňkami TS; sekrece stimulována luminálním pH < 5 Orgán Sekrece Sekretagoga Slinná žláza NaCl, amylasa acetylcholin Žaludek HCl, pepsinogen acetylcholin, histamin, gastrin (peptid) Pankreas NaCl, enzymy acetylcholin, cholecystokinin NaHCO3, NaCl sekretin

TRÁVENÍ PROTEINŮ Peptidasami (proteasami): endopeptidasy – štěpí uvnitř polypeptidového řetězce: pepsin trypsin chymotrypsin elastasa exopeptidasy – odštěpují po jedné AA z: C-konce – karboxypeptidasy N-konce – aminopeptidasy

Druhy peptidas podle skupin v aktivním místě Aktivní místo pH optimum Serinové proteasy Ser, His, Asp 7-9 Cysteinové proteasy Cys, His 3-6 Aspartátové proteasy 2 x Asp 2-5 Metaloproteasy Zn2+ (koordinovaný na AA)

Peptidasy hydrolyzují peptidovou vazbu … a mají rozdílnou substrátovou specifitu:

Pepsiny Kyselina v žaludku zabíjí mikroorganismy a denaturuje proteiny (denatu-rované proteiny jsou přístupnější proteolýze) Pepsiny jsou stabilní při nízkém pH a pH optimum je kolem 2! Hlavní produkty štěpení pepsinem: větší peptidové fragmenty a menší množství volných AA; tato směs = pepton Význam: produkce peptidů a AA, které stimulují uvolnění cholecystokininu

Pankreatické enzymy trypsin chymotrypsin elastasa karboxypeptidasy Aktivní při neutrálním pH  nutná neutralizace žaludeční HCl pankreatickým NaHCO3 Pankreatické peptidasy produkují volné AA a malé peptidy (2-8 AA)

Peptidasy tenkého střeva štěpí krátké peptidy na AA Luminální povrch epiteliálních buněk střeva obsahuje endopeptidasy, aminopeptidasy a dipeptidasy, které štěpí oligopeptidy vzniklé v pankreatu Produkty: AA, di- a tripeptidy → absorbovány enterocyty Di- a tripeptidy jsou hydrolyzovány cytoplasmatickými peptidasami AAs jsou transportovány do intersticia a absorbovány do portálního oběhu

TRÁVENÍ SACHARIDŮ 1) Polysacharidy (škrob, glykogen) jsou štěpeny -amylasou, která je obsažena ve slinách a v pankreatické šťávě (větší význam) -amylasa štěpí vnitřní -1,4-glykosidové vazby  produkty: maltosa, maltotriosa, -limitní dextriny

Enzym Specifita Substrát Produkt 2) Hydrolýzu oligosacharidů katalyzují enzymy v luminální PM epiteliálních buněk tenkého střeva – disacharidasy a oligosacharidasy Většinou exoglykosidasy Enzym Specifita Substrát Produkt isomaltasa α-(1,6)glukosa isomaltosa, α-dextrin glukosa maltasa α-(1,4)glukosa maltosa, maltotriosa sacharasa α-glukosa sacharosa glukosa, fruktosa trehalasa α-(1,1)glukosa trehalosa laktasa β-galaktosa laktosa Glc, galaktosa

Absorpce sacharidů Koncové produkty: monosacharidy, hlavně D-glukosa, D-galaktosa, D-fruktosa Ty jsou pomocí přenašečů transportovány do enterocytů a odtud do portálního oběhu

Stráveno nemůže být všechno Četné rostlinné polymery, např. celulosy, hemicelulosy, inulin, pektin, jsou rezistentní vůči lidským trávicím enzymům Malý podíl je hydrolyzován a anaerobně metabolizován střevními bakteriemi Tato bakteriální fermentace produkuje H2, CH4, CO2, H2S, acetát, propionát, butyrát, laktát

Deficience laktasy Projevuje se nesnášenlivostí mléka Příčiny: a) dědičná deficience b) pokles aktivity laktasy s věkem c) pokles aktivity v důsledku onemocnění střev Laktosa není absorbována  akumulace nestrávené laktosy, fermentace laktosy střevními bakteriemi  produkce plynů (distenze střeva, nadý-mání); osmoticky aktivní látky způsobují vstup vody do lumen (průjem)

Lysozym Hydrolyzuje -1,4-glykosidové vazby peptidoglykanu (polysacharid buněčné stěny bakterií) Zabíjí ale jen některé druhy bakterií

TRÁVENÍ LIPIDŮ Lipidy – špatně rozpustné či zcela nerozpustné ve vodných roztocích Je nutno překonat dva problémy: špatný přístup enzymu k substrátu agregace produktů hydrolýzy do větších komplexů, které jsou obtížně absorbovatelné

Fáze trávení a absorpce lipidů

Trávení lipidů začíná v žaludku V žaludku štěpí TG acidostabilní lipasa, sekretovaná buňkami žaludku (žaludeční lipasa) a podjazykovou slinnou žlázou (slinná lipasa) Produkty: FA a 1,2-diacylglyceroly (+ malé množství monoAG) Produkty mají polární i nepolární skupiny  působí jako surfaktanty: adsorbují se na rozhraní voda-lipid a stabilizují ho  disperze lipidové fáze na menší kapénky (emulzifikace)  lepší přístup lipas (i pankreatické) Tyto lipasy mají schopnost zahajovat degradaci tuků z mateřského mléka

Pankreatická lipasa Štěpí acylglyceroly hlavně na FA a 2-monoAG Substrát musí být emulgován Lipasa dále vyžaduje kolipasu (sekretována pankreatem), která se váže k rozhraní i k lipase, ukotvuje ji a aktivuje K absorpci uvolněných FA a monoacylAG jsou zapotřebí micely žlučových solí

Trávení fosfolipidů Fosfolipasami, především fosfolipasou A2 (vyžaduje žlučové soli): FA a lysofosfolipidy jsou absorbovány pomocí micel žlučových kyselin V buňkách střevní mukosy jsou lysofosfolipidy reacylovány acyl-CoA

Hydrolýza esterů cholesterolu Pankreatickou cholesterolesterasou Volný cholesterol je transportován v micelách žlučových kyselin a absorbován do kartáčového lemu Zde je reacylován pomocí acyl-CoA

Žlučové kyseliny Primární žlučové kyseliny jsou syntetizovány v játrech; v peroxisomech jsou konjugovány s glycinem či taurinem (H2N-CH2CH2SO3-) Ve žluči jsou žlučové kyseliny a jejich konjugáty ve formě aniontů Část primárních žlučových kyselin je ve střevech modifikována působením střevních bakterií → sekundární žlučové kyseliny Primární a sekundární žlučové kyseliny jsou reabsorbovány v ileu do portální krve a z jater znovu vyloučeny do žluče… enterohepatální oběh

Žlučové kyseliny mají hydrofobní i hydrofilní povrch Nejhojnější žlučová sůl u člověka – glykocholát:

Micely žlučových kyselin Hydrofobní část žlučové soli je orientována směrem OD molekul vody, zatímco hydrofilní povrch interaguje s vodou Smíšené micely obsahují (vedle žlučových kyselin) fosfolipidy a cholesterol či FA a acylglyceroly. Fosfolipidy a FA tvoří vnitřní dvojvrstvu, žlučové soli okraj micely.

FA a monoAG uvolněné hydrolýzou lipidů jsou inkorporovány do micel žlučových kyselin Micely přenášejí lipidy z lumen střeva k povrchu buněk, kde dochází k absorpci lipidů do buněk sliznice Micely slouží i k transportu vitamínů A a K Malabsorpce tuků může být důsledkem selhání pankreatu či nedostatku žlučových kyselin  neabsorbované lipidy se vylučují stolicí…steatorea

Trávení a absorpce tuků

Většina absorbovaných lipidů se stává součástí chylomikronů Ve střevní stěně (po absorpci): FA se středně dlouhým řetězcem (6-10C) procházejí bez modifikací do portální krve FA s dlouhým řetězcem (> 12C) jsou navázány na „fatty acid binding protein“ v cytoplasmě a transportovány do ER, kde slouží k syntéze TG TG vytvářejí lipidové globule, na které se adsorbují fosfolipidy, cholesterol a apolipoproteiny – chylomikrony chylomikrony migrují přes Golgiho komplex k basolaterální membráně a přecházejí do lymfy

TRÁVENÍ NUKLEOVÝCH KYSELIN Pankreatické enzymy hydrolyzují nukleové kyseliny z potravy: ribonukleasy deoxyribonukleasy Polynukleotidasy tenkého střeva dokončují hydrolýzu na nukleotidy Ty jsou dále hydrolyzovány na nukleosidy fosfatasami a nukleotidasami Nukleosidy jsou buď využity v intaktní formě nebo štěpeny nukleosidasami / nukleosidfosforylasami na volné báze a pentosa-1-fosfát endo- i exonukleasy

Z purinových nukleosidů jsou uvolněny purinové báze a: a) katabolizovány na kys. močovou b) využity pro resyntézu NA

Pyrimidinové nukleosidy jsou: a) katabolizovány na NH4+, CO2 a β-aminoisobutyrát resp. β-alanin, které jsou zčásti přeměněny na (methyl)malonyl-CoA b) absorbovány intaktní a využity pro resyntézu NA