Kimyasal Sindirim ve Emilim: Daha Yakından Bir Bakış
Öğrendiğiniz gibi, mekanik sindirim süreci nispeten basittir. Gıdanın fiziksel olarak parçalanmasını içerir ancak kimyasal yapısını değiştirmez. Kimyasal sindirim ise gıdaları kimyasal yapı taşlarına indirgeyen karmaşık bir süreçtir ve bunlar daha sonra vücut hücrelerini beslemek üzere emilir (aşağıdaki şekil). Bu bölümde, kimyasal sindirim ve emilim süreçlerine daha yakından bakacaksınız.
Kimyasal Sindirim
Büyük gıda molekülleri (örneğin proteinler, yağlar, nükleik asitler ve nişastalar) sindirim kanalının astarı tarafından emilebilecek kadar küçük alt birimlere ayrılmalıdır. Bu, hidroliz yoluyla enzimler tarafından gerçekleştirilir. Kimyasal sindirime katılan birçok enzim aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
Enzim Kategorisi | Enzim Adı | Kaynak | Substrat | Ürün |
Tükürük Enzimleri | Lingual lipaz | Lingual bezler | Trigliseritler | Serbest yağ asitleri ve mono- ve digliseritler |
Tükürük Enzimleri | Tükürük amilazı | Tükürük bezleri | Polisakkaritler | Disakkaritler ve trisakkaritler |
Mide enzimleri | Gastrik lipaz | Baş hücreler | Trigliseritler | Yağ asitleri ve monoasilgliseritler |
Mide enzimleri | Pepsin* | Baş hücreler | Proteinler | Peptitler |
Fırça sınırı enzimleri | α-Dekstrinaz | İnce bağırsak | α-Dekstrinler | Glikoz |
Fırça sınırı enzimleri | Enteropeptidaz | İnce bağırsak | Tripsinojen | Tripsin |
Fırça sınırı enzimleri | Laktaz | İnce bağırsak | Laktoz | Glikoz ve galaktoz |
Fırça sınırı enzimleri | Maltaz | İnce bağırsak | Maltoz | Glikoz |
Fırça sınırı enzimleri | Nükleosidazlar ve fosfatazlar | İnce bağırsak | Nükleotidler | Fosfatlar, azotlu bazlar ve pentozlar |
Fırça sınırı enzimleri | Peptidazlar | İnce bağırsak | -Aminopeptidaz: peptitlerin amino ucundaki amino asitler -Dipeptidaz: dipeptitler | -Aminopeptidaz: amino asitler ve peptitler -Dipeptidaz: amino asitler |
Fırça sınırı enzimleri | Sükraz | İnce bağırsak | Sükroz | Glikoz ve fruktoz |
Pankreatik enzimler | Karboksi-peptidaz* | Pankreatik asiner hücreler | Peptitlerin karboksil ucundaki amino asitler | Amino asitler ve peptitler |
Pankreatik enzimler | Kimotripsin* | Pankreatik asiner hücreler | Proteinler | Peptitler |
Pankreatik enzimler | Elastaz* | Pankreatik asiner hücreler | Proteinler | Peptitler |
Pankreatik enzimler | Nükleazlar | Pankreatik asiner hücreler | -Ribonükleaz: ribonükleik asitler -Deoksiribonükleaz: deoksiribonükleik asitler | Nükleotidler |
Pankreatik enzimler | Pankreatik amilaz | Pankreatik asiner hücreler | Polisakkaritler (nişastalar) | α-Dekstrinler, disakkaritler (maltoz), trisakkaritler (maltotrioz) |
Pankreatik enzimler | Pankreatik lipaz | Pankreatik asiner hücreler | Safra tuzları tarafından emülsifiye edilmiş trigliseritler | Yağ asitleri ve monoasilgliseritler |
Pankreatik enzimler | Tripsin* | Pankreatik asiner hücreler | Proteinler | Peptitler |
Karbonhidrat Sindirimi
Ortalama bir Amerikan diyetinin yaklaşık yüzde 50'sini karbonhidratlar oluşturmaktadır ve bu karbonhidratlar içerdikleri basit şekerler (monosakkaritler ve disakkaritler) ve/veya kompleks şekerler (polisakkaritler) gibi monomerlerin sayısına göre sınıflandırılabilir. Glikoz, galaktoz ve fruktoz yaygın olarak tüketilen ve kolayca emilen üç monosakkarittir. Sindirim sisteminiz ayrıca disakkarit sükrozu (normal sofra şekeri: glikoz + fruktoz), laktozu (süt şekeri: glikoz + galaktoz) ve maltozu (tahıl şekeri: glikoz + glikoz) ve polisakkaritler glikojen ve nişastayı (monosakkarit zincirleri) parçalayabilir. Vücudunuz selüloz gibi lifli polisakkaritlerin çoğunu parçalayabilecek enzimler üretmez. Sindirilemeyen polisakkaritler herhangi bir besin değeri sağlamasa da, gıdaların sindirim kanalı boyunca ilerlemesine yardımcı olan diyet lifi sağlarlar.
Nişastaların kimyasal sindirimi ağızda başlar ve yukarıda incelenmiştir.
İnce bağırsakta, pankreatik amilaz nişasta ve karbonhidrat sindirimi için 'ağır işleri' yapar (aşağıdaki şekil). Amilazlar nişastayı daha küçük parçalara ayırdıktan sonra, fırça sınırı enzimi α-dekstrinaz, α-dekstrin üzerinde çalışmaya başlar ve her seferinde bir glikoz birimini koparır. Üç fırça sınırı enzimi sükroz, laktoz ve maltozu monosakkaritlere hidrolize eder. Sükraz, sükrozu bir molekül fruktoz ve bir molekül glikoza ayırır; maltaz, maltoz ve maltotriozu sırasıyla iki ve üç glikoz molekülüne ayırır; laktaz ise laktozu bir molekül glikoz ve bir molekül galaktoza ayırır. Yetersiz laktaz laktoz intoleransına yol açabilir.
Protein Sindirimi
Proteinler, uzun zincirler oluşturmak üzere peptit bağlarıyla bağlanmış amino asitlerden oluşan polimerlerdir. Sindirim onları kendilerini oluşturan amino asitlere indirger. Genellikle toplam kalori alımınızın yaklaşık yüzde 15 ila 20'sini protein olarak tüketirsiniz.
Protein sindirimi midede başlar, burada HCl ve pepsin proteinleri daha küçük polipeptitlere ayırır ve bunlar daha sonra ince bağırsağa gider (aşağıdaki şeklin yukarısındaki görseli). İnce bağırsaktaki kimyasal sindirim, her biri amino asit dizilerindeki belirli bağlara etki eden kimotripsin ve tripsin gibi pankreatik enzimler tarafından sürdürülür. Aynı zamanda, fırça sınırı hücreleri, peptit zincirlerini daha da parçalayan aminopeptidaz ve dipeptidaz gibi enzimler salgılar. Bu da kan dolaşımına girebilecek kadar küçük moleküllerin oluşmasına neden olur (aşağıdaki şeklin aşağısındaki görseli).
Yağların Sindirimi
Sağlıklı bir diyet, yağ alımını toplam kalori alımının yüzde 35'i ile sınırlar. En yaygın diyet yağları, üç yağ asidi zincirine bağlı bir gliserol molekülünden oluşan trigliseritlerdir. Az miktarda diyet kolesterolü ve fosfolipid de tüketilmektedir.
Yağ sindiriminden sorumlu üç lipaz lingual lipaz, gastrik lipaz ve pankreatik lipazdır. Bununla birlikte, pankreas lipazın tek önemli kaynağı olduğu için, neredeyse tüm lipit sindirimi ince bağırsakta gerçekleşir. Pankreatik lipaz her bir trigliseridi iki serbest yağ asidine ve bir monogliseride parçalar. Yağ asitleri hem kısa zincirli (10 ila 12 karbondan daha az) hem de uzun zincirli yağ asitlerini içerir.
Nükleik Asit Sindirimi
Nükleik asitler DNA ve RNA, yediğiniz gıdaların çoğunda bulunur. Bunların sindiriminden iki tip pankreatik nükleaz sorumludur: DNA'yı sindiren deoksiribonükleaz ve RNA'yı sindiren ribonükleaz. Bu sindirimle üretilen nükleotidler, iki bağırsak fırça sınırı enzimi (nükleosidaz ve fosfataz) tarafından pentozlara, fosfatlara ve sindirim kanalı duvarından emilebilen azotlu bazlara ayrılır. Alt birimlere ayrılması gereken büyük gıda molekülleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
Kaynak | Madde |
Karbonhidratlar | Monosakkaritler: glukoz, galaktoz ve fruktoz |
Proteinler | Tek amino asitler, dipeptitler ve tripeptitler |
Trigliseritler | Monoasilgliseritler, gliserol ve serbest yağ asitleri |
Nükleik asitler | Pentoz şekerler, fosfatlar ve azotlu bazlar |
Absorpsiyon
Mekanik ve sindirim süreçlerinin tek bir amacı vardır: gıdaları bağırsak villuslarının epitel hücreleri tarafından emilebilecek kadar küçük moleküllere dönüştürmek. Sindirim kanalının emme kapasitesi neredeyse sonsuzdur. Sindirim kanalı her gün 10 litreye kadar gıda, sıvı ve GI salgısını işler, ancak kalın bağırsağa bir litreden daha azı girer. Alınan gıdanın neredeyse tamamı, elektrolitlerin yüzde 80'i ve suyun yüzde 90'ı ince bağırsakta emilir. İnce bağırsağın tamamı su ve lipitlerin emiliminde rol oynasa da, karbonhidrat ve proteinlerin emiliminin çoğu jejunumda gerçekleşir. Özellikle safra tuzları ve B12 vitamini terminal ileumda emilir. Bulamaç ileumdan kalın bağırsağa geçtiğinde, esasen sindirilemeyen gıda artıkları (çoğunlukla selüloz gibi bitki lifleri), bir miktar su ve milyonlarca bakteriden oluşur (aşağıdaki şekil).
Emilim beş mekanizma aracılığıyla gerçekleşebilir: (1) aktif taşıma, (2) pasif difüzyon, (3) kolaylaştırılmış difüzyon, (4) birlikte taşıma (veya ikincil aktif taşıma) ve (5) endositoz. Bölüm 3'ten hatırlayacağınız gibi, aktif taşıma, bir maddenin hücre zarı boyunca daha düşük konsantrasyonlu bir alandan daha yüksek konsantrasyonlu bir alana (konsantrasyon gradyanında yukarı) doğru hareketini ifade eder. Bu taşıma türünde, hücre zarı içindeki proteinler "pompa" görevi görür ve maddeyi hareket ettirmek için hücresel enerji (ATP) kullanır. Pasif difüzyon, maddelerin daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareketini ifade ederken, kolaylaştırılmış difüzyon, maddelerin hücre zarındaki bir taşıyıcı protein kullanılarak daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana hareketini ifade eder. Birlikte taşıma, bir molekülün zardan daha yüksek konsantrasyondan daha düşük konsantrasyona hareketini, bir diğerinin daha düşük konsantrasyondan daha yüksek konsantrasyona hareketini güçlendirmek için kullanır. Son olarak endositoz, hücre zarının materyali içine aldığı bir taşıma sürecidir. Genellikle ATP şeklinde enerji gerektirir.
Hücrenin plazma zarı hidrofobik fosfolipidlerden oluştuğu için, suda çözünen besinlerin hücrelere girmek için zarda gömülü taşıma moleküllerini kullanması gerekir. Ayrıca, bağırsak mukozasının epitel hücreleri arasından maddeler geçemez çünkü bu hücreler sıkı bağlantılarla birbirine bağlıdır. Bu nedenle, maddeler kan kılcal damarlarına ancak epitel hücrelerinin apikal yüzeylerinden geçerek ve interstisyel sıvıya girebilir. Suda çözünen besinler villuslardaki kapiller kana girer ve hepatik portal ven yoluyla karaciğere gider.
Suda çözünen besinlerin aksine, yağda çözünen besinler plazma zarından difüze olabilir. Hücre içine girdikten sonra, hücre tabanından taşınmak üzere paketlenirler ve daha sonra lenfatik damarlar tarafından torasik kanal yoluyla sistemik dolaşıma taşınmak üzere villusların lakteallerine girerler. Çoğu besinin bağırsak villuslarının mukozasından emilimi ATP ile beslenen aktif taşıma gerektirir. Her bir gıda kategorisi için emilim yolları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
Besin | Kırılım ürünleri | Emilim mekanizması | Kan dolaşımına giriş | Hedef |
Karbonhidratlar | Glikoz | Sodyum iyonları ile birlikte taşınma | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Karbonhidratlar | Galaktoz | Sodyum iyonları ile birlikte taşınma | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Karbonhidratlar | Fruktoz | Kolaylaştırılmış difüzyon | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Protein | Amino asitler | Sodyum iyonları ile birlikte taşıma | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Yağlar | Uzun zincirli yağ asitleri | Bağırsak hücrelerine difüzyon, burada proteinlerle birleşerek şilomikronları oluştururlar | Villus laktealleri | Torasik kanala giren lenf yoluyla sistemik dolaşım |
Yağlar | Monoasilgliseritler | Bağırsak hücrelerine difüzyon, burada proteinlerle birleşerek şilomikronları oluştururlar | Villus laktealleri | Torasik kanala giren lenf yoluyla sistemik dolaşım |
Yağlar | Kısa zincirli yağ asitleri | Basit difüzyon | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Yağlar | Gliserol | Basit difüzyon | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Nükleik asitler | Nükleik asit sindirim ürünleri | Membran taşıyıcılar aracılığıyla aktif taşıma | Villuslarda kılcal kan | Hepatik portal ven yoluyla karaciğer |
Karbonhidrat Emilimi
Tüm karbonhidratlar monosakkarit formunda emilir. İnce bağırsak bu konuda oldukça etkilidir ve monosakkaritleri tahmini olarak saatte 120 gram oranında emer. Normal olarak sindirilen tüm diyet karbonhidratları emilir; sindirilemeyen lifler dışkı ile atılır. Monosakkaritler glukoz ve galaktoz, ikincil aktif taşıma (yani sodyum iyonlarıyla birlikte taşıma) yoluyla ortak protein taşıyıcıları tarafından epitel hücrelerine taşınır. Monosakkaritler bu hücreleri kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla terk eder ve hücreler arası yarıklar yoluyla kılcal damarlara girer. Monosakkarit fruktoz (meyvede bulunan) sadece kolaylaştırılmış difüzyon ile emilir ve taşınır. Monosakkaritler, disakkaritler parçalandıktan hemen sonra taşıma proteinleri ile birleşir.
Protein Emilimi
Başta duodenum ve jejunumda bulunan aktif taşıma mekanizmaları, proteinlerin çoğunu parçalanma ürünleri olan amino asitler olarak emer. Proteinin neredeyse tamamı (yüzde 95 ila 98) ince bağırsakta sindirilir ve emilir. Bir amino asidi taşıyan taşıyıcı türü değişiklik gösterir. Taşıyıcıların çoğu sodyumun aktif taşınmasıyla bağlantılıdır. İki amino asitten (dipeptitler) veya üç amino asitten (tripeptitler) oluşan kısa zincirler de aktif olarak taşınır. Bununla birlikte, emici epitel hücrelerine girdikten sonra, hücreden ayrılmadan ve difüzyon yoluyla kılcal kana girmeden önce amino asitlerine ayrılırlar.
Yağ Emilimi
Yağların yaklaşık yüzde 95'i ince bağırsakta emilir. Safra tuzları sadece yağ sindirimini hızlandırmakla kalmaz, aynı zamanda yağ sindiriminin son ürünlerinin emilimi için de gereklidir. Kısa zincirli yağ asitleri nispeten suda çözünür ve emici hücrelere (enterositler) doğrudan girebilir. Kısa zincirli yağ asitlerinin küçük boyutları, basit difüzyon yoluyla enterositler tarafından emilmelerini ve daha sonra monosakkaritler ve amino asitlerle aynı yolu izleyerek bir villusun kan kılcal damarlarına girmelerini sağlar.
Büyük ve hidrofobik uzun zincirli yağ asitleri ve monoasilgliseritler sulu bağırsak kimusunda kolayca süspanse olmazlar. Ancak safra tuzları ve lesitin bu sorunu, polar (hidrofilik) uçları sulu ortama bakan ve hidrofobik kuyrukları iç tarafa dönük küçük bir küre olan ve uzun zincirli yağ asitleri için alıcı bir ortam yaratan bir misel içine alarak çözmektedir. Çekirdek ayrıca kolesterol ve yağda çözünen vitaminleri de içerir. Miseller olmasaydı, yağlar bulamaç yüzeyinde oturur ve epitel hücrelerinin emici yüzeyleriyle asla temas etmezdi. Miseller mikrovilluslar arasında kolayca sıkışabilir ve lüminal hücre yüzeyine çok yaklaşabilir. Bu noktada, yağ maddeleri miselden çıkar ve basit difüzyon yoluyla emilir.
Epitel hücrelerine giren serbest yağ asitleri ve monoasilgliseritler yeniden trigliseritlere dönüştürülür. Trigliseritler fosfolipidler ve kolesterol ile karıştırılır ve bir protein tabakası ile çevrelenir. Şilomikron adı verilen bu yeni kompleks, suda çözünebilen bir lipoproteindir. Golgi aygıtı tarafından işlendikten sonra şilomikronlar hücreden salınır (aşağıdaki şekil). Kılcal kan damarlarının bazal zarlarından geçemeyecek kadar büyük olan şilomikronlar bunun yerine lakteallerin geniş gözeneklerine girer. Laktealler bir araya gelerek lenfatik damarları oluşturur. Şilomikronlar lenfatik damarlarda taşınır ve torasik kanaldan dolaşım sisteminin subklavyen venine boşalır. Kan dolaşımına girdikten sonra lipoprotein lipaz enzimi şilomikronlardaki trigliseritleri serbest yağ asitlerine ve gliserole parçalar. Bu parçalanma ürünleri daha sonra hücreler tarafından enerji için kullanılmak veya yağ dokusunda yağ olarak depolanmak üzere kılcal damar duvarlarından geçer. Karaciğer hücreleri kalan şilomikron kalıntılarını proteinlerle birleştirerek kanda kolesterolü taşıyan lipoproteinleri oluşturur.
Nükleik Asit Emilimi
Nükleik asit sindiriminin ürünleri -pentoz şekerler, azotlu bazlar ve fosfat iyonları- aktif taşıma yoluyla villus epiteli boyunca taşıyıcılar tarafından taşınır. Bu ürünler daha sonra kan dolaşımına girer.
Mineral Emilimi
İnce bağırsak tarafından emilen elektrolitler hem GI salgılarından hem de alınan gıdalardan gelir. Elektrolitler suda iyonlarına ayrıştığından, çoğu tüm ince bağırsak boyunca aktif taşıma yoluyla emilir. Emilim sırasında, ko-transport mekanizmaları hücre içinde sodyum iyonlarının birikmesine neden olurken, anti-port mekanizmaları hücre içindeki potasyum iyonu konsantrasyonunu azaltır. Hücre zarı boyunca sodyum-potasyum gradyanını eski haline getirmek için ATP gerektiren bir sodyum-potasyum pompası sodyumu dışarı ve potasyumu içeri pompalar.
Genel olarak, bağırsağa giren tüm mineraller, ihtiyacınız olsun ya da olmasın emilir. Demir ve kalsiyum istisnadır; aşağıdaki gibi vücudun mevcut gereksinimlerini karşılayacak miktarlarda duodenumda emilirler:
Demir - Hemoglobin üretimi için gerekli olan iyonik demir, aktif taşıma yoluyla mukozal hücrelere emilir. Mukozal hücrelerin içine girdikten sonra iyonik demir, ferritin proteinine bağlanarak ihtiyaç duyulana kadar demiri depolayan demir-ferritin kompleksleri oluşturur. Vücut yeterli demire sahip olduğunda, depolanan demirin çoğu, yıpranmış epitel hücreleri döküldüğünde kaybolur. Vücut demire ihtiyaç duyduğunda, örneğin akut veya kronik kanama sırasında kaybedildiğinde, bağırsaktan demir alımı artar ve demirin kan dolaşımına salınımı hızlanır. Kadınlar adet döneminde önemli ölçüde demir kaybı yaşadıklarından, bağırsak epitel hücrelerinde erkeklere kıyasla yaklaşık dört kat daha fazla demir taşıma proteinine sahiptirler.
Kalsiyum - Kandaki iyonik kalsiyum seviyeleri diyetle alınan kalsiyumun emilimini belirler. İyonik kalsiyumun kan seviyeleri düştüğünde, paratiroid bezleri tarafından salgılanan paratiroid hormonu (PTH) kemik matrislerinden kalsiyum iyonlarının salınımını uyarır ve böbrekler tarafından kalsiyumun geri emilimini artırır. PTH ayrıca böbrekte D vitamini aktivasyonunu da düzenler ve bu da bağırsakta kalsiyum iyonu emilimini kolaylaştırır.
Vitamin Emilimi
İnce bağırsak, gıda ve takviyelerde doğal olarak bulunan vitaminleri emer. Yağda çözünen vitaminler (A, D, E ve K) basit difüzyon yoluyla misellerdeki diyet lipidleri ile birlikte emilir. Bu nedenle yağda çözünen vitamin takviyeleri alırken biraz yağlı yiyecekler yemeniz tavsiye edilir. Suda çözünen vitaminlerin çoğu (çoğu B vitamini ve C vitamini dahil) da basit difüzyon yoluyla emilir. Bunun bir istisnası, çok büyük bir molekül olan B12 vitaminidir. Midede salgılanan intrinsik faktör B12 vitaminine bağlanarak sindirimini önler ve terminal ileumdaki mukozal reseptörlere bağlanan bir kompleks oluşturarak endositoz yoluyla alınır.
Su Emilimi
Her gün yaklaşık dokuz litre sıvı ince bağırsağa girer. Yaklaşık 2,3 litre yiyecek ve içeceklerle alınır ve geri kalanı GI salgılarından kaynaklanır. Bu suyun yaklaşık yüzde 90'ı ince bağırsakta emilir. Su emilimi, suyun konsantrasyon gradyanı tarafından yönlendirilir: Su konsantrasyonu bulamaçta epitel hücrelerinde olduğundan daha yüksektir. Böylece su, konsantrasyon gradyanından aşağıya, kimustan hücrelere doğru hareket eder. Daha önce de belirtildiği gibi, kalan suyun çoğu daha sonra kolonda emilir.
Önceki Ders: Sindirimdeki Yardımcı Organlar: Karaciğer, Pankreas ve Safra Kesesi
Sonraki Ders: Sindirim Sistemi Bölüm Değerlendirmesi
Yorumlar
Yorum Gönder