Introducere

Majoritatea proteinelor alimentare sunt descompse în elemente mai simple pentru a putea fi absorbite și ulterior exportate în vena portală. Majoritatea sunt metabolizate de către hepatocite și doar după aceea își continuă traseul, dar amino acizii cu catenă ramificată sunt lăsați să meargă direct spre miocite. Proteinele endogene urmează același traseu, doar că începe mai tarziu, odată cu faza intestinală.

Procesul de digestie poate fi împărțit în 3 faze: faza orală, faza gastrică (stomac) și faza intestinală (intestin subțire + intestin gros).

Digestia proteinelor implică procese mecanice (faza orală și gastrică), procese chimice/enzimatice (digestia gastrică și intestinală) și procese fermentative (digestia colonică).

Faza orală este caracterizată de masticație. Faza gastrică este caracterizată de către HCl (+ hormonul gastrină și peptidul histamină). Faza intestinală este caracterizată de hormonul colecistokinină (CCK), zimogenii pancreatici (tripsinogen 1 și 2, chimotripsinogen, elastază și carboxipeptidază), peptidaza luminală (enteropeptidază), peptidazele din marginea în perie (amino peptidaze + carboxipeptidaza peptidil dipeptidaza), peptidazele citozolice și fermentarea.

Fazele digestiei

Faza orală

În cavitatea orală, prin procesul mecanic de masticație, proteinele sunt descompuse în proteine mai mici.

Faza gastrică

În stomac proteinele (polipepditele mari) sunt descompuse în polipeptide medii prin procesul mecanic de amestecare și frămantare. De asemenea, polipeptidele mari sunt descompuse în polipeptide mici prin procesul chimic al HCl.

Polipeptidele medii sunt apoi descompuse enzimatic de către pepsină în polipeptide mici.

După aceea polipeptidele sunt exportate în duoden sub formă de chim gastric.

HCl

Stimularea secreției de HCl

Secrția de HCl este stimulată prin mai multe metode: nervos (nervul vag), hormonal (gastrină) și prin alte proteine (histamină). HCl este secretat de către celulele gastrice parietale.

Văzul, mirosul, auzul și gandul la alimente trimit semnale către sistemul nervos (SN), iar aceste trimite eferențe prin sistemul nervos parasimpatic (SNP). Aceste eferențe stimulează secreția de HCl prin intermediul nervului vag (acțiunea neurotransmițătorlui acetilcolină asupra receptorilor muscarinici). În contrast, sistemul nervos simpatic (SNS) acționează prin neurotransmițătorul norepinefrină asupra receptorilor andrenergici.

Hormonul gastrină stimulează nu doar secreția de HCl, ci și secreția peptidului histamină. Gastrina este secretată de către celulele gastrice G.

Histamina stimulează secreția de HCl. Este secretată de către celulele gastrice H.

Pepsina

Enzima pepsină nu este secretată ca atare, ci ca zimogen (proenzimă/forma inactivă a unei enzime). Zimogenul pepsinei este pepsinogenul, iar acesta este secretat de către celulele gastrice principale.

Pepsinogenul este activat în primul rand de către HCl (pH < 5), dar poate fi activat și de către pepsină (autocataliză). Pepsina oferă randament maxim la un pH de aproimativ 2.

Faza intestinală

Prezența chimului în duoden stimulează o serie de secreții pancreatice necesare pentru digestia peptidelor, atat alimentare, cat și a celor endogene care au fost exportate în intestin.

Colecistokinina

Celulele intestinale secretă hormonul colecistokinină (CCK), iar CCK, pe langa faptul că stimulează contracția vezii biliare, stimlează și secreția de enzime și zimogeni pancreatici.

Zimogenii pancreatici și enteropeptidaza

Pentru digestia proteinelor sunt secretați doar zimogeni. Zimogenul principal secretat este tripsinogenul (1 și 2).

Tripsinogenul este activat de către o enzima din margina în perie a intestinului subțire. Enzima care activează tripsinogenul se numește enteropeptidază. Forma activă a tripsinogenului este tripsina. Spre deosebire de capacitatea de autocataliză a pepsinei, tripsina este dependentă de enteropeptidază, fără de care consecințele sunt severe.

Tripsina activează ceilalți zimogeni pancreatici care au rol în proteoliză: chimotripsinogenul, proelastaza și procarboxipeptidaza (A și B). Formele lor active sunt chimotripsina, elasaza și carboxipeptidaza (A și B).

Enzimele pancreatice hidrolizează peptidele în amino acizi, dipeptide, tripeptide și oligopeptide. Primele 3 pot fi absorbite de către enterocite.

Peptidil dipeptidaza

Oligopeptidele sunt prea mari pentru a putea fi absorbite, dar intestinul subțire mai o serie de enzime din marginea în perie pentru a hidroliza aceste oligopeptide în amino acizi, dipeptide și tripeptide. Aceste enzime se împart în 2 mari categorii: aminopeptidaze și carboxipeptidaze (ex. peptidil dipeptidaza).

Peptidazele citozolice

Deși enterocitele absorb dipeptide și tripeptide, în spațiul interstițial și ulterior în sangele portal, de regulă se pot exporta doar amino acizi.

Dipeptidele și tripeptidele sunt hidrolizate la amino acizi de către diverse peptidaze citozolice.

Digestia fermentativă

O mică cantitate de peptide trece de intestinul subțire și ajunge în intestinul gros. O parte din cele care ajung aici sunt fermentate de către microbiota colonică.

Cantitatea de fermentație proteică care are loc nu ține doar de cantitatea de substrat proteic ci este dependentă și de cantitatea de substrat neproteic supus fermnetării.

Peptidazele citozolice sunt carboxipeptidaze și deci pot fi clasificate și ca exopeptidaze.

Metaboliții principali ai fermentației proteice sunt acizi grași cu catenă scurtă și ramificată și NH3 (amoniac). O mare parte din NH3 este absorbit prin colonocite și este transportat la ficat unde este metabolizat în uree și excretat renal, prin urină.

Categorii enzime proteolitice

Endopeptidaze și Exopeptidaze

Endopeptidazele sunt acele enzime care hidrolizează un lanț peptidic la interior, pe cand exopeptidazele sunt cele care hidrolizează peptide la extremități. Din acest motiv endopeptidazele sunt în principal active mai la începutul procesului proteolitic, iar exopeptidazele sunt cele care finalizează procesul proteolitic (ultima dintre enzimele pancreatice + ultimele din spațiul luminal – membrana în perie).

Endopeptidaze: pepsina, enteropeptidaza, tripsina (1 și 2), chimotripsina, și elastaza
Exopeptidaze: carboxipeptidaza, amino peptidazele, peptidil dipeptidaza

Serin-proteaze și Carboxipeptidaze

Serin-proteazele sunt clasificate astfel deoarec printre cei 3 amino acizi prezenți în situsul activ al enzimei este prezent și amino acidul serină (amino acid nucleofil). Carboxipeptidazele sunt clasificate astfel deoarece clivează un peptid de la capătul C-terminal al unui peptid sau proteină (însemnand faptul că toate carboxipeptidazele sunt exopeptidaze). Toate enzimele pancreatice care sunt endopeptidaze sunt și serin-protează (deci nu și pepsina). Pepsina este o aspartic-peptidază.

Serin-enteropeptidaze: tripsina, chimotripsina, elastaza

Carboxipeptidaze: carboxipeptidaza, amino peptidazele, peptidil dipeptidaza

Afinitățile enzimelor proteolitice

Toate pepdile au la extremități o grupare amino (NH3+) și o grupare carboxil (COOH-). Endopeptidazele au afinități pentru diferiți amino acizi din lanțul peptidic, dar au afinități și pentru o grupare terminală sau alta. Exopeptidazele au afinități doar pentru o grupare terminală sau alta.

Afinitatea endopeptidazelor

Endopeptidazele clivează, așa cum a fost deja menționat, doar în interiorul unui peptid, dar fiecare enzimă are afinitate pentru anumiți aminoacizi (adică clivează în prezența lor).

Pepsina are afinitate pentru amino acizii aromatici (tirozină, fenilalanină și triptofan). În cazul pepsinei, clivajul peptidei are loc lângă unul dintre acești aminoacizi, mai aproape de partea COOH-. O excepție este dată de prezența amino acidului prolină. Pepsina nu clivează o legătură care implică grupul NH3 al prolinei.

Tripsina și enteropeptidaza au afinitate pentru amino acizii arginină și lizină. Nu știu spre ce parte are loc clivajul.

Nu cunosc afinitatea de amino acizi pentru celelalte enzime și nu cunosc nici afinitatea pentru capetele terminale (dacă este spre partea COOH-, spre partea NH3 sau aleator).

Afinitatea exopeptidazelor

Exopeptidazele clivează terminalele peptidelor.

În cazul peptidil dipeptidazei, clivajul este la mijloc (dipetidele având doar 2 amino acizi).

În cazul aminopeptidazelor, clivajul este unul câte unul și începe de la terminalul NH3.

Carboxipeptidazele pancreatice au afinitate pentru terminalul COOH-.

Aspecte practice

Apa la masă și digestia proteică

Deoarece enzimele digestive prezente la nivel intestinal pot descompune peptide foarte mari pană la nivel de dipeptide, tripeptide și amino acizi, faza gastrică nu este o fază esențială. Așadar, un mediu mai alcalin în stomac, micșorarea sau extirparea stomacului prin diverse intervenții chirurgicale nu pun în pericol viața persoanei din punct de vedere al digestiei proteinelor.

Este un mit faptul că obiceiul de a bea apă la masă îți afectează digestia proteinelor într-un mod semnificativ. În primul rând, alimentele conțin apă ele înșiși. În al 2-lea rand, pH-ul din stomac este atât de acid (pH 1-3) încat chiar și o cantitate mare de apă nu va face o diferență semnificativă în alcalinizare sa. Un pH sub 5 este suficient pentru a activa pepsinogenul, iar apoi pepsina are și funcția de autocataliză, scăzând importanța relativă a acidului gastric pentru digestia proteică – inclusiv în cazul unei vârste mai înaintate. Și oricum, așa cum am precizat deja, digestia proteică nu este pusă în pericol nici dacă vorbim despre rezecția sau absența completă a stomacului.

Masticația

Masticația pare să fie importantă pentru digestia proteinelor din alimente integrale, dar mai puțin în cazul suplimentelor proteice sub formă de praf/lichid.

Organe și enzime esențiale pentru digestia proteică

Enzimele esențiale de la nivel intestinal sunt cele produse indirect de către pancreas, enteropeptidaza (fără de care enzimele pancreatice nu pot fi activate), o varietate de amino peptidaze din marginea în perie a intestinului, carboxipeptidaza peptidil dipeptidază și enzimele citozolice din enterocite.

Un mediu relativ alcalin este de asemenea important pentru ca aceste enzime să își poată desfășura actvitatea. Alcalinitatea este asigurată de către bicarbonatul pancreatic și sucul alcalin produs de către enterocitele duodenale.