Tiêu hóa bằng enzyme diềm bàn chải

Tiêu hóa bằng enzyme diềm bàn chải là giai đoạn cuối cùng, gắn màng của quá trình phân giải carbohydrate và protein ở ruột non, được thực hiện bởi các hydrolase neo giữ trong màng vi nhung mao (diềm bàn chải) của tế bào ruột. Bằng cách cắt các disaccharide và peptide nhỏ thành các monomer có thể hấp thụ ngay tại bề mặt đỉnh, quá trình này kết nối bước tiêu hóa cuối cùng trực tiếp với sự hấp thu.

Definition

Tiêu hóa bằng enzyme diềm bàn chải là quá trình thủy phân disaccharide, oligosaccharide và peptide nhỏ bởi các enzyme neo giữ trong màng vi nhung mao đỉnh của tế bào ruột, giải phóng monosaccharide và axit amin hoặc peptide nhỏ tại vị trí hấp thu.

Scope

Mục này bao gồm cấu trúc của diềm bàn chải, các loại hydrolase gắn màng mà nó mang theo, và cách tiêu hóa cuối cùng được liên kết không gian với vận chuyển. Mục này xem xét các enzyme này như một chủ đề sinh lý; các thiếu hụt enzyme cụ thể chỉ được đề cập để minh họa cơ chế bình thường và được trình bày chi tiết trong các mục lâm sàng chuyên biệt khác.

Core questions

• Diềm bàn chải là gì và nó được tổ chức như thế nào?
• Những hydrolase nào được neo giữ trong màng vi nhung mao và chúng cắt gì?
• Tại sao quá trình tiêu hóa cuối cùng lại gắn màng chứ không hoàn toàn nằm trong lòng ruột?
• Quá trình tiêu hóa cuối cùng kết nối với sự hấp thu chất dinh dưỡng như thế nào?

Key concepts

• Diềm bàn chải / màng đỉnh vi nhung mao
• Hydrolase gắn màng (ectoenzyme)
• Disaccharidase (ví dụ: sucrase-isomaltase, maltase-glucoamylase, lactase)
• Peptidase diềm bàn chải (aminopeptidase, dipeptidase)
• Tiêu hóa cuối cùng so với tiêu hóa trong lòng ruột
• Liên kết không gian giữa tiêu hóa và hấp thu

Mechanisms

Mỗi tế bào ruột có một mảng dày đặc các vi nhung mao mà màng được hỗ trợ bởi actin tạo thành diềm bàn chải, một cấu trúc được lắp ráp và duy trì bởi một tập hợp xác định các protein khung xương tế bào và protein bám dính. Các hydrolase được nhúng trong màng đỉnh này và hướng ra lòng ruột như các ectoenzyme. Các disaccharidase như sucrase-isomaltase và maltase-glucoamylase cắt các sản phẩm tiêu hóa tinh bột trong lòng ruột thành glucose, fructose và galactose, với hai phức hợp alpha-glucosidase cung cấp các hoạt động bổ sung chống lại tinh bột và dextrin giới hạn; lactase phân cắt lactose. Các peptidase diềm bàn chải cắt các oligopeptide thành axit amin và di- và tripeptide. Bởi vì các enzyme này nằm trong cùng một màng mang các chất vận chuyển dinh dưỡng, các monomer mà chúng giải phóng được tạo ra ngay sát các vị trí hấp thu của chúng, làm cho quá trình tiêu hóa cuối cùng hiệu quả và giảm thiểu sự mất mát trở lại lòng ruột.

Clinical relevance

Các hydrolase diềm bàn chải giải thích tại sao ruột non có thể hoàn thành quá trình tiêu hóa mặc dù các enzyme trong lòng ruột để lại các disaccharide và peptide chưa được phân giải hoàn toàn. Hoạt động giảm của một disaccharidase duy nhất, chẳng hạn như lactase, minh họa cách mất một enzyme màng có thể khiến cơ chất của nó không được hấp thụ. Mục này mô tả cơ chế bình thường để tham khảo; nó không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Cấu trúc và chức năng của diềm bàn chải và các hydrolase của nó được thiết lập trong các nghiên cứu sinh học tế bào và sinh lý học và các sách giáo khoa tiêu chuẩn; chủ đề sinh lý học bình thường này không bị chi phối bởi các hướng dẫn thực hành lâm sàng.

History

Sự công nhận rằng bề mặt ruột vừa tiêu hóa vừa hấp thụ theo sau công trình nghiên cứu giữa thế kỷ XX cho thấy các disaccharidase và peptidase được gắn vào màng diềm bàn chải chứ không phải tự do trong lòng ruột, tạo ra khái niệm tiêu hóa màng (tiếp xúc). Các nghiên cứu phân tử sau này đã làm rõ nguồn gốc chung và vai trò bổ sung của các phức hợp alpha-glucosidase, và công trình sinh học tế bào đã mô tả chi tiết cách khung vi nhung mao chứa các enzyme này được xây dựng.

Key figures

• Buford L. Nichols
• Matthew J. Tyska
• Mark S. Mooseker

Seminal works

• crawley-2014
• nichols-2003

Frequently asked questions

Tại sao quá trình tiêu hóa cần một giai đoạn gắn màng?

Các enzyme trong lòng ruột phân giải tinh bột và protein thành các mảnh nhỏ nhưng không hoàn toàn thành các monomer có thể hấp thụ; các hydrolase diềm bàn chải hoàn thành công việc ngay tại bề mặt hấp thụ, do đó các đường và axit amin được giải phóng được hấp thu trước khi chúng có thể khuếch tán đi.

Các enzyme diềm bàn chải có giống với enzyme tuyến tụy không?

Không. Các enzyme tuyến tụy được tiết vào lòng ruột và hoạt động trong pha lỏng, trong khi các hydrolase diềm bàn chải được neo giữ trong màng đỉnh của tế bào ruột và hoạt động trên các cơ chất tại bề mặt tế bào.