Основные ферменты, реализующие мембранное пищеварение в тонкой кишке млекопитающих
Происхождение фермента | Фермент | КФ | |
Адсорбированные панкреатические ферменты | Амилаза | 3.2.1.1 | |
Липаза | 3.1.1.3 | ||
Трипсин | 3.4.21.4 | ||
Химотрипсин | 3.4.21.1 | ||
Карбоксипептидаза А | 3.4.12.2 | ||
Карбоксипептидаза В | 3.4.12.3 | ||
Эластаза | 3.4.21.11 | ||
Рибонуклеазэ | 3.1.4.22 | ||
Собственно кишечные ферменты | Мальтаза | 3.2.1.20 | |
Сахараза | 3.2.1.48 | ||
Изомальтаза | 3.2.1.10 | ||
Гамма‑амилаза | 3.2.1.3 | ||
Лактаза | 3.2.1.23 | ||
Трегаяаза | 3.2.1.28 | ||
Щелочная фосфатаза | 3.1.3.1 | ||
Моноглицеридлипаза | 3.1.1.23 | ||
Пептидазы | 3.4.11 ‑ 15 | ||
Аминопептидаза * | 3.4.11.2 | ||
Дипептидиламинопепти‑ даза | 3.4.14.1 | ||
Карбоксипептидаза | 3.4.12.4 | ||
Энтерслептидаза | 3.4.21.9 | ||
Гамма‑глутамилтранспептидаза | 2.3.2.2 | ||
Холестеролэстераза | 3.1.1.13 |
* Аминопептидаза М, аминопешчдаза N, аланинаминопептидаза.
Рис. 5. Упрощенная схема распределения адсорбированных ферментов на поверхности гликокаликса (I), в гликокаликсном пространстве (II) и на липопротеиновой мембране (III) кишечной клетки.
1 – полость тонкой кишки; 2 – ферменты;3 – гликокаликс; 4 – мембрана.
Рис. 6. Схема отделения апикального гликокаликса от липопротеииовой мембраны кишечной клетки.
1 – агаровая реплика; 2 – апикальный гликокаликс; 3 – микровор‑синки; 4 – латеральный гликокаликс.
Рис. 7. Щеточная кайма кишечной клетки крысы.
А– продольный разрез апикальной зоны интактной клетки; виден гликокаликс на внешней (апикальной) и боковой (латеральной) поверхностях микроворсинок. В – продольный разрез апикальной зоны клетки после отделения агаровой реплики; гликокаликс на внешней поверхности микроворсинок отсутствует, видны неповрежденная липопротеиновая мембрана клетки и латеральный гликокаликс. 80 000х.
Рис. 8. Роль ферментно‑транспортных комплексов в предотвращении конкуренции между мономерами на стадии всасывания.
А – конкуренция между мономерами за общий вход в транспортную систему; Б – конкуренция между финальными продуктами гидролиза за общий вход в транспортную систему; В – ферментно‑транспортный комплекс: передача конечных продуктов гидролиза с фермента на вход в транспортную систему (без конкуренции). 1 – мономер; 2 – димер; 3 – фермент; 4 – транспортная система; 5 – мембрана.
Несколько лет назад нами впервые препаративно отделен апикальный гликокаликс от плазматической мембраны кишечных клеток крыс без повреждения этой мембраны (рис. 6, 7). Было обнаружено, что в апикальном гликокаликсе, отделяющем мембрану от внеклеточной среды, сосредоточено около 60% панкреатической амилазы, более 80% трипсина и около 20% химотрипсина, адсорбированных на структурах кишечной слизистой оболочки. Следовательно, примерно 40% амилазы, 20% трипсина и 80% химотрипсина, адсорбированных на этой оболочке, могут быть локализованы в латеральном гликокаликсе, т.е. в межмикрозорсинчатом пространстве, а также, возможно, частично на липопротеиновой мембране. В этих же экспериментах продемонстрировано, что такие собственно кишечные ферменты, как сахараза, гамма‑амилаза, ди‑ и трипептидазы, связаны преимущественно с липопротеиновой мембраной. Однако щелочная фосфатаза, рассматриваемая как трансмембранный интегральный фермент, присутствует в довольно значительных количествах (до 20%) в апикальном гликокаликсе. (Сходные данные получены па курах). Кроме того, выявлено, что в апикальном гликокаликсе содержится 3.6% лейцинариламидазы, менее 2% пролилглициндипептидазы и менее 1% глицилпролинди‑пептидазы.
Благодаря локализации кишечных ферментов на липопротеиновой мембране в непосредственной близости от транспортных систем мембранное пищеварение обеспечивает сопряжение конечных этапов переваривания и начальных этапов всасывания. Это достигается в результате специальной организации пищеварительных и транспортных функций клеточной мембраны в виде своеобразного пищеварительно‑транспортного конвейера, способствующего передаче конечных продуктов гидролиза с фермента на вход в транспортную систему и предотвращению конкуренции между ними за обладание входом в последнюю (рис. 8). Иными словами, мембранный фермент и транспортная система образуют олигомерный комплекс, между частями которого существуют кооперативные и аллостерические взаимодействия (рис. 9, 10).
Мембранное пищеварение наблюдается у организмов на всех уровнях эволюционного развития, т.е. является универсальным механизмом. Оно обнаружено у всех млекопитающих, включая человека, у птиц, рыб, амфибий, круглоротых, а также у беспозвоночных животных, в том числе у насекомых, ракообразных, моллюсков, у различных паразитирующих форм. Существуют данные о наличии мембранного пищеварения у дрожжей, бактерий и в корнях растений.
Для правильной оценки мембранного пищеварения существенны следующие факторы.
1. Ферменты, реализующие этот процесс, относятся к структурированным. В связи с этим возможна пространственная организация как ферментных, так и транспортных систем, объединяющих заключительные этапы переваривания и начальные этапы всасывания.
2. Структурирование ферментов приводит к изменению их свойств. Так, отделение ферментов от мембраны меняет их каталитические и регуляторные характеристики.
3. Зона мембранного пищеварения обладает особыми физико‑химическими свойствами, в частности такими как pH, концентрация органических и неорганических ионов, неперемешиваемый слой жидкости.
4. Мембранное пищеварение осуществляется в стерильной зоне, недоступной для бактерий, что предотвращает поглощение последними легко усвояемых низкомолекулярных пищевых веществ.
5. Благодаря ферментному аппарату гликокаликсный слой превращается в высокоспецифический фильтр. Через этот слой проникают те вещества, для которых на поверхности и внутри гликокаликсного пространства имеются адекватные ферменты, но не проникают другие вещества с такими же размерами молекул.
6. Для понимания эффективности мембранного пищеварения и трансмембранной проницаемости важны сведения о сократительной функции щеточной каймы, регулируемой кальцием. Показано, что микрофиламенты микроворсинок, выполняющие эти функции, содержат актин и миозин и связаны с апикальной мембраной кишечных клеток.
7. Следует учитывать не только процессы синтеза кишечных ферментов и их включения в состав апикальной мембраны кишечных клеток, по и скорость их деградации. (Более подробно см. гл. 5).
Рис 9. Схема последовательных конформационных взаимодействий и транспортной частей комплекса.
1 ‑ субстрат; 2 ‑ продукт; 3 ‑ трансмембранный фермент; транспортная система; 5 ‑ мембрана
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 1469;