Trawienie

Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
W przypadku procesu przemysłowego patrz fermentacja beztlenowa. W celu wytrącenia osadów w chemii analitycznej patrz strącanie (chemia) § trawienie.
W dzienniku patrz Trawienie (dziennik).

Układ trawienny
Detale
Identyfikatory
łacina systema digestorium
Anatomiczna terminologia

Trawienie to rozkład dużych nierozpuszczalnych cząsteczek żywności na małe rozpuszczalne w wodzie cząsteczki pokarmu, dzięki czemu mogą one zostać wchłonięte przez wodniste osocze krwi. W niektórych organizmach te mniejsze substancje są wchłaniane przez jelito cienkie do krwioobiegu. Trawienie jest formą katabolizmu, który często dzieli się na dwa procesy oparte na sposobie rozkładu żywności: trawienie mechaniczne i chemiczne. Pojęcie trawienia mechanicznego odnosi się do fizycznego rozkładu dużych kawałków żywności na mniejsze kawałki, które mogą być później dostępne przez enzymy trawienne. W trawieniu chemicznym enzymy rozkładają żywność na małe cząsteczki, z których organizm może korzystać.

W ludzkim układzie pokarmowym pokarm wchodzi do jamy ustnej, a mechaniczne trawienie pokarmu rozpoczyna się od działania żucia (żucia), formy mechanicznego trawienia i kontaktu zwilżającego śliny. Ślina, płyn wydzielany przez gruczoły ślinowe, zawiera amylazę ślinową, enzym, który rozpoczyna trawienie skrobi w pożywieniu; ślina zawiera również śluz, który smaruje żywność i wodorowęglan, który zapewnia idealne warunki pH (alkaliczne) dla amylazy do pracy. Po przejściu mastykacji i trawienia skrobi, żywność będzie miała postać małej, okrągłej masy zawiesinowej zwanej bolusem. Następnie przebije przełyk i żołądek przez działanie perystaltyki. Sok żołądkowy w żołądku rozpoczyna trawienie białka. Sok żołądkowy zawiera głównie kwas solny i pepsynę. Ponieważ te dwa związki chemiczne mogą uszkadzać ścianę żołądka, śluz jest wydzielany przez żołądek, zapewniając śluzowatą warstwę, która działa jak tarcza przeciwko szkodliwym działaniom chemikaliów. W tym samym czasie zachodzi trawienie białka, mechaniczne mieszanie odbywa się przez perystaltykę, czyli fale skurczów mięśniowych, które poruszają się wzdłuż ściany żołądka. Dzięki temu masa żywności może się dalej mieszać z enzymami trawiennymi.

Po pewnym czasie (zazwyczaj 1-2 godziny u ludzi, 4-6 godzin u psów, 3-4 godziny u kotów domowych), powstały gęsty płyn nazywa się chimem. Kiedy otwiera się odźwiernik zwieracza, pokarm wchodzi do dwunastnicy, gdzie miesza się z enzymami trawiennymi z trzustki i soku z żółci z wątroby, a następnie przechodzi przez jelito cienkie, w którym trawienie trwa. Kiedy pokarm jest w pełni strawiony, wchłaniany jest do krwi. 95% wchłaniania składników odżywczych występuje w jelicie cienkim. Woda i minerały są ponownie wchłaniane z powrotem do krwi w okrężnicy (jelita grubego), gdzie pH jest lekko kwaśne około 5,6 ~ 6,9. Niektóre witaminy, takie jak biotyna i witamina K (K.2MK7) wytwarzane przez bakterie w okrężnicy są również wchłaniane do krwi w okrężnicy. Odpady są usuwane z odbytnicy podczas defekacji.[1]

Układ trawienny

Układ trawienny przyjmuje wiele postaci. Istnieje zasadnicza różnica między trawieniem wewnętrznym i zewnętrznym. Zewnętrzne trawienie rozwinęło się wcześniej w historii ewolucji, a większość grzybów nadal na nim polega.[2] W tym procesie enzymy są wydzielane do otoczenia otaczającego organizm, gdzie rozkładają materiał organiczny, a niektóre produkty rozpraszają się z powrotem do organizmu. Zwierzęta mają rurkę (przewód żołądkowo-jelitowy), w którym zachodzi trawienie wewnętrzne, które jest bardziej wydajne, ponieważ można wychwycić więcej rozdrabnianych produktów, a wewnętrzne środowisko chemiczne można skuteczniej kontrolować.[3]

Niektóre organizmy, w tym prawie wszystkie pająki, po prostu wydzielają biotoksyny i trawiące związki chemiczne (np. Enzymy) do środowiska zewnątrzkomórkowego przed spożyciem kolejnej "zupy". W innych przypadkach, gdy potencjalne składniki odżywcze lub żywność znajdują się w organizmie, trawienie można prowadzić do pęcherzyków lub struktury podobnej do worka, przez rurkę lub przez kilka wyspecjalizowanych narządów mających na celu zwiększenie wydajności wchłaniania składników odżywczych.

Schematyczny rysunek koniugacji bakteryjnej. 1- Komórka dawcy produkuje pilus. 2- Pilus przyłącza się do komórki odbiorczej, łącząc dwie komórki. 3- Mobilny plazmid jest nacinany i pojedyncza nić DNA jest przenoszona do komórki biorcy. 4- Obie komórki recyrkularyzują swoje plazmidy, syntetyzują drugie nici i rozmnażają pilus; obie komórki są teraz żywymi dawcami.

Systemy wydzielania

Główny artykuł: Sekrecja § Wydzielanie bakterii Gram ujemnych

Bakterie używają kilku systemów do pozyskiwania składników odżywczych z innych organizmów w środowisku.

System transportu kanału

W systemie transburtowego kanału kilka białek tworzy ciągły kanał przechodzący przez błonę wewnętrzną i zewnętrzną bakterii. Jest to prosty układ, który składa się tylko z trzech podjednostek białkowych: białka ABC, białka fuzji błonowej (MFP) i białka błony zewnętrznej (OMP). Ten system sekrecyjny przenosi różne cząsteczki, od jonów, leków, po białka o różnych rozmiarach (20 - 900 kDa). Wydzielane cząsteczki różnią się wielkością od małych Escherichia coli peptydu kolicyny V, (10 kDa) do Pseudomonas fluorescens białko adhezyjne komórek LapA rzędu 900 kDa.[4]

Strzykawki molekularne

System sekrecji typu III oznacza, że ​​używana jest strzykawka molekularna, przez którą bakteria (np. Niektóre rodzaje Salmonella, Shigella, Yersinia) może wstrzykiwać składniki odżywcze w komórki protista. Jeden z takich mechanizmów został po raz pierwszy odkryty w Y. pestis i pokazał, że toksyny można wstrzykiwać bezpośrednio z cytoplazmy bakteryjnej do cytoplazmy komórek gospodarza, zamiast po prostu być wydzielane do środowiska pozakomórkowego.[5]

Urządzenia koniugujące

Mechanizm koniugacji niektórych bakterii (i wici archeologicznych) jest zdolny do transportu zarówno DNA, jak i białek. Zostało odkryte w Agrobacterium tumefaciens, który wykorzystuje ten system do wprowadzenia plazmidu Ti i białek do gospodarza, który rozwija się w goncie korowym (guzie).[6] Kompleks VirB Agrobacterium tumefaciens jest systemem prototypowym.[7]

Mocowanie azotu Rhizobia są interesującym przypadkiem, w którym elementy sprzęgające naturalnie łączą się w między-królestwo koniugacji. Takie elementy, jak Agrobacterium Plazmidy Ti lub Ri zawierają elementy, które mogą przenosić się do komórek roślinnych. Przeniesione geny docierają do jądra komórki roślinnej i skutecznie przekształcają komórki roślinne w fabryki do produkcji opinii, które bakterie wykorzystują jako źródła węgla i energii. Zakażone komórki roślinne tworzą guzy korony lub korzeni. Plazmidy Ti i Ri są zatem endosymbiontami bakterii, które z kolei są endosymbiontami (lub pasożytami) zakażonej rośliny.

Plazmidy Ti i Ri same są koniugujące. Transfer Ti i Ri między bakteriami wykorzystuje niezależny system (np tralub transfer, operon) z tego dla transferu między królestwami ( virlub zjadliwość, operon). Takie przeniesienie powoduje powstawanie zjadliwych szczepów z wcześniej niezjadliwych Agrobakterie.

Uwolnienie pęcherzyków błony zewnętrznej

Oprócz zastosowania wymienionych powyżej wielobiałkowych kompleksów, bakterie Gram-ujemne mają inną metodę uwalniania materiału: tworzenie pęcherzyków błony zewnętrznej.[8][9] Części zewnętrznej błony odrywają się, tworząc sferyczne struktury z dwuwarstwy lipidowej zamykającej periplazmatyczne materiały. Stwierdzono, że pałeczki z wielu gatunków bakterii zawierają czynniki wirulencji, inne mają działanie immunomodulujące, a niektóre mogą bezpośrednio przylegać i odurzać komórki gospodarza. Podczas gdy uwalnianie pęcherzyków zostało wykazane jako ogólna reakcja na warunki stresowe, proces ładowania białek ładunku wydaje się być selektywny.[10]

Muchołówka Wenus (Dionaea muscipula) liść

Jama żołądkowo-jelitowa

Jama żołądkowo-jelitowa funkcjonuje jako żołądek zarówno w procesie trawienia, jak i dystrybucji składników odżywczych do wszystkich części ciała. Pozakomórkowe trawienie odbywa się w tej centralnej jamie, która jest wyłożona gastrodermis, wewnętrzną warstwą nabłonka. Wnęka ta ma tylko jeden otwór na zewnątrz, który działa zarówno jako usta, jak i odbyt: odpady i niestrawiona substancja są wydalane przez usta / odbyt, które można opisać jako niekompletne jelita.

W roślinach takich jak muchołówka wenusjańska, które mogą wytwarzać własne pożywienie dzięki fotosyntezie, nie je i nie trawi swojej zdobyczy dla tradycyjnych celów pozyskiwania energii i węgla, ale kopalnie żerują przede wszystkim dla niezbędnych składników odżywczych (w szczególności azotu i fosforu), brakuje w swoim bagnistym, kwaśnym środowisku.[11]

Trofozoity z Entamoeba histolytica z połkniętymi erytrocytami

Phagosome

Fagosom to wakuola utworzona wokół cząstki zaabsorbowanej przez fagocytozę. Pustka powstaje w wyniku fuzji błony komórkowej wokół cząsteczki. Fagosom to przedział komórkowy, w którym chorobotwórcze mikroorganizmy mogą zostać zabite i strawione. Fagosomy łączą się z lizosomami w procesie dojrzewania, tworząc fagolizosomy. W ludziach, Entamoeba histolytica może fagocytować czerwone krwinki.[12]

Wyspecjalizowane narządy i zachowania

Aby pomóc w trawieniu ich zwierząt, zwierzęta wyewoluowały narządy takie jak dzioby, języki, zęby, rośliny uprawne, żołądek i inne.

Dziób do ścinania nasion Catalina Ara
Dziób Kałamarnicy z linijką do porównywania wielkości

Dzioby

Ptaki mają kościste dzioby, które są wyspecjalizowane zgodnie z ekologiczną niszą ptaków. Na przykład ara głównie je nasiona, orzechy i owoce, wykorzystując imponujące dzioby do otwierania nawet najtwardszych nasion. Najpierw drapią cienką linię ostrym czubkiem dzioba, a następnie otwierają nasiona z bokami dzioba.

Usta kałamarnicy są wyposażone w ostry dziób, zbudowany głównie z usieciowanych białek. Używa się go do zabijania i rozdarcia zdobyczy na łatwe do opanowania kawałki. Dziób jest bardzo wytrzymały, ale nie zawiera żadnych minerałów, w przeciwieństwie do zębów i szczęk wielu innych organizmów, w tym gatunków morskich.[13] Dziób jest jedyną niestrawną częścią kałamarnicy.

Język

Główny artykuł: Język

Język to mięsień szkieletowy na dnie jamy ustnej, który manipuluje pokarmem do żucia (żucia) i połykania (deglutacja). Jest wrażliwy i utrzymywany w stanie wilgotnym przez ślinę. Spód języka pokryty jest gładką błoną śluzową. Język ma również zmysł dotykowy do lokalizowania i pozycjonowania cząstek żywności, które wymagają dalszego żucia. Język jest używany do zwijania cząstek żywności w bolus przed transportem w dół przełyku przez perystaltykę.

Pod językiem znajduje się obszar pod językiem, w którym błona śluzowa jamy ustnej jest bardzo cienka i pod splotem żył. Jest to idealne miejsce do wprowadzania pewnych leków do organizmu. Droga podjęzykowa wykorzystuje wysoce naczyniową jakość jamy ustnej i pozwala na szybkie podawanie leku do układu sercowo-naczyniowego, omijając przewód żołądkowo-jelitowy.

Zęby

Główny artykuł: Zęby

Zęby (pojedynczy ząb) to małe białawe struktury znajdujące się w szczękach (lub w jamie ustnej) wielu kręgowców, które są używane do rozdarcia, zdrapywania, mleka i żucia pokarmów.Zęby nie są wykonane z kości, ale raczej z tkanek o różnej gęstości i twardości, takich jak szkliwo, zębina i cement. Ludzkie zęby mają dopływ krwi i nerwów, co umożliwia propriocepcję. Jest to zdolność do odczuwania przy żuciu, na przykład, jeśli mamy ugryźć w coś zbyt twardego dla naszych zębów, takiego jak rozdrobniona płytka zmieszana z jedzeniem, nasze zęby wysyłają wiadomość do naszego mózgu i zdajemy sobie sprawę, że nie można go żuć, więc przestajemy próbować.

Kształty, rozmiary i liczba zębów zwierząt są związane z ich dietą. Na przykład zwierzęta roślinożerne mają wiele zębów trzonowych, które są używane do mielenia materii roślinnej, która jest trudna do strawienia. Mięsożercy mają zęby kłów, które służą do zabijania i rozrywania mięsa.

Przyciąć

Uprawa lub zad, jest cienkościenną, rozszerzoną częścią przewodu pokarmowego stosowaną do przechowywania żywności przed trawieniem. U niektórych ptaków jest to rozwinięty, muskularny woreczek w pobliżu przełyku lub gardła. U dorosłych gołębi i gołębi uprawa może wytwarzać mleko roślinne dla karmienia nowo wyklutych ptaków.[14]

Niektóre owady mogą mieć plon lub powiększony przełyk.

Szorstka ilustracja układu trawiennego przeżuwaczy

Abomasum

Główny artykuł: Abomasum

Zwierzęta roślinożerne mają rozwinięte ślepoty (lub abominum w przypadku przeżuwaczy). Przeżuwacze mają przedni żołądek z czterema komorami. Są to żwacz, reticulum, omasum i abomasum. W pierwszych dwóch komorach, żwaczu i siatce, pokarm jest mieszany ze śliną i rozdziela się na warstwy materiału stałego i płynnego. Ciała stałe gromadzą się razem, tworząc zagłębienie (lub bolus). Cud jest następnie regurgitated, żuć powoli, aby całkowicie zmieszać go ze śliną i rozbić rozmiar cząstek.

Włókna, zwłaszcza celuloza i hemiceluloza, są rozkładane głównie na lotne kwasy tłuszczowe, kwas octowy, kwas propionowy i kwas masłowy w tych komorach (reticulo-żwacz) przez drobnoustroje: (bakterie, pierwotniaki i grzyby). W omasum woda i wiele nieorganicznych składników mineralnych są wchłaniane do krwiobiegu.

Łotr jest czwartym i ostatnim przedziałem żołądka u przeżuwaczy. Jest to bliski odpowiednik żołądka monogastrycznego (np. U ludzi lub świń), a strawa przetwarzana jest tutaj w podobny sposób. Służy głównie jako miejsce hydrolizy kwasowej białka mikrobiologicznego i dietetycznego, przygotowując te źródła białka do dalszego trawienia i wchłaniania w jelicie cienkim. Digesta zostaje ostatecznie przeniesiona do jelita cienkiego, gdzie następuje trawienie i wchłanianie składników odżywczych. Drobnoustroje wytwarzane w żwaczu retikulonowym są również trawione w jelicie cienkim.

Mucha mięsna "dmuchająca w bańkę", ewentualnie w celu skoncentrowania żywności przez odparowanie wody

Zachowania specjalistyczne

Zwrotnica została wspomniana powyżej pod trawieńcem i rośliną uprawną, odnosząc się do mleka roślinnego, wydzieliny z wyściółki gołębi i gołębi, z którymi rodzice karmią młode przez niedomykanie.[15]

Wiele rekinów ma zdolność odwracania żołądków i wyrzucania ich z ust, aby pozbyć się niechcianych treści (być może opracowanych jako sposób na zmniejszenie ekspozycji na toksyny).

Inne zwierzęta, takie jak króliki i gryzonie, praktykują zachowania koprofagii - spożywanie specjalistycznych odchodów w celu ponownego trawienia pokarmu, szczególnie w przypadku pasz objętościowych. Kapibara, króliki, chomiki i inne pokrewne gatunki nie mają złożonego układu trawiennego, jak np. Przeżuwacze. Zamiast tego wydobywają więcej pokarmu z trawy, dając pokarmowi drugą drogę przez jelito. Miękkie peletki z częściowo strawionych pokarmów są wydalane i na ogół spożywane natychmiast. Wytwarzają również normalne odchody, które nie są zjedzone.

Młode słonie, pandy, koale i hipopotamy jedzą odchody swojej matki, prawdopodobnie w celu uzyskania bakterii niezbędnych do prawidłowego trawienia roślin. Kiedy się rodzą, ich jelita nie zawierają tych bakterii (są całkowicie sterylne). Bez nich nie byliby w stanie uzyskać żadnej wartości odżywczej z wielu składników roślinnych.

W dżdżownicach

Układ trawienny dżdżownicy składa się z ust, gardła, przełyku, plonu, żołądka i jelit. Usta otoczone są mocnymi ustami, które zachowują się jak dłoń, aby chwycić kawałki martwej trawy, liści i chwastów, z kawałkami ziemi, aby pomóc w żuciu. Wargi rozbijają jedzenie na mniejsze kawałki. W gardle pokarm jest nasączony wydzielinami śluzu w celu łatwiejszego przejścia. Przełyk dodaje węglan wapnia, aby zneutralizować kwasy powstałe w wyniku rozkładu materii pokarmowej. Czasowe przechowywanie występuje w zbożu, w którym miesza się żywność i węglan wapnia. Potężne mięśnie żołądka wirują i mieszają masę jedzenia i brudu. Po zakończeniu ubytku gruczoły w ścianach żołądka dodają enzymy do gęstej pasty, co pomaga w chemicznym rozkładzie materii organicznej. Poprzez perystaltykę, mieszaninę przesyła się do jelita, gdzie przyjazne bakterie kontynuują rozkład chemiczny. To uwalnia węglowodany, białko, tłuszcz i różne witaminy i minerały do ​​wchłaniania do organizmu.

Przegląd trawienia kręgowców

U większości kręgowców trawienie jest wieloetapowym procesem w układzie pokarmowym, poczynając od spożycia surowców, najczęściej innych organizmów. Połknięcie zwykle obejmuje pewien rodzaj obróbki mechanicznej i chemicznej. Trawienie dzieli się na cztery etapy:

  1. Połknięcie: umieszczanie pokarmu w jamie ustnej (wejście pokarmu do przewodu pokarmowego),
  2. Rozkład mechaniczny i chemiczny: żucie i mieszanie powstałego bolusa z wodą, kwasami, żółcią i enzymami w żołądku i jelicie w celu rozbicia złożonych molekuł na proste struktury,
  3. Wchłanianie: składników odżywczych z przewodu pokarmowego do naczyń krwionośnych i naczyń limfatycznych poprzez osmozę, aktywny transport i dyfuzję, oraz
  4. Egestion (Excretion): Usuwanie niestrawionych materiałów z przewodu pokarmowego przez defekację.

Podstawą tego procesu jest ruch mięśni w całym systemie poprzez połykanie i perystaltykę. Każdy etap trawienia wymaga energii, a zatem nakłada "ładunek napowietrzny" na energię udostępnioną z wchłoniętych substancji. Różnice w kosztach ogólnych mają istotny wpływ na styl życia, zachowania, a nawet struktury fizyczne. Przykłady można zobaczyć u ludzi, którzy różnią się znacznie od innych hominidów (brak włosów, mniejsze szczęki i muskulatura, różne uzębienie, długość jelit, gotowanie itp.).

Główna część trawienia zachodzi w jelicie cienkim. Jelito grube służy przede wszystkim jako miejsce fermentacji niestrawnej substancji przez bakterie jelitowe i do resorpcji wody z trawienia przed wydaleniem.

U ssaków przygotowanie do trawienia rozpoczyna się od fazy cefalicznej, w której wytwarza się ślinę, a enzymy trawienne wytwarzane są w żołądku. Mechaniczne i chemiczne trawienie rozpoczyna się w jamie ustnej, gdzie żuje się jedzenie i miesza się ze śliną, aby rozpocząć enzymatyczną obróbkę skrobi. Żołądek nadal rozkłada żywność mechanicznie i chemicznie poprzez ubijanie i mieszanie z kwasami i enzymami. Wchłanianie zachodzi w żołądku i przewodzie pokarmowym, a proces kończy się defekacją.[1]

Proces trawienia człowieka

Główny artykuł: Ludzki układ trawienny
Górny i dolny przewód pokarmowy człowieka

Ludzki przewód żołądkowo-jelitowy ma około 9 metrów długości. Fizjologia trawienia pokarmu jest różna u poszczególnych osób i od innych czynników, takich jak charakterystyka żywności i wielkość posiłku, a proces trawienia trwa zwykle od 24 do 72 godzin.[16]

Trawienie rozpoczyna się w ustach wydzielaniem śliny i jej enzymów trawiennych. Pokarm zostaje uformowany w bolus przez mechaniczne przeżuwanie i połknięty do przełyku, skąd dostaje się do żołądka poprzez działanie perystaltyki. Sok żołądkowy zawiera kwas solny i pepsynę, które mogłyby uszkodzić ścianki żołądka, a śluz jest wydzielany w celu ochrony. W żołądku dalsze uwalnianie enzymów rozkłada żywność dalej i to jest połączone z ubijaniem żołądka. Częściowo strawiona żywność wchodzi do dwunastnicy jako gruby półpłynny pokarm. W jelicie cienkim zachodzi większa część trawienia, czemu pomagają wydzieliny żółci, soku trzustkowego i soku jelitowego. Ściany jelit są pokryte kosmkami, a ich komórki nabłonkowe pokryte są licznymi mikrokosmkami, aby poprawić wchłanianie składników odżywczych poprzez zwiększenie powierzchni jelita.

W jelicie grubym przepływ pokarmu jest wolniejszy, aby umożliwić fermentację przez florę jelitową. Tutaj woda jest pochłaniana, a odpady gromadzone w kale są usuwane przez defekację przez kanał odbytu i odbytu.

Neuronowe i biochemiczne mechanizmy kontrolne

Występują różne fazy trawienia, w tym: faza czepna,