34.3: 消化系统过程

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培养技能

描述消化过程
详细说明消化和吸收所涉及的步骤
定义消除
解释小肠和大肠在吸收中的作用

从食物中获取营养和能量是一个多步骤的过程。对于真正的动物来说，第一步是摄入，即摄入食物的行为。其次是消化、吸收和排除。在以下各节中，将详细讨论其中的每一个步骤。

摄取

在完整食物中发现的大分子无法穿过细胞膜。食物需要分解成更小的颗粒，这样动物才能利用营养和有机分子。此过程的第一步是摄取。摄取是通过口腔吸收食物的过程。在脊椎动物中，牙齿、唾液和舌头在咀嚼（将食物制成推丸）中起着重要作用。当食物被机械分解时，唾液中的酶也开始对食物进行化学处理。这些过程的综合作用使食物从大颗粒转变为软块，这种物质可以吞下并可以传播到食道的长度。

消化和吸收

消化是将食物机械和化学分解成小的有机碎片。重要的是将大分子分解成较小的片段，这些片段的大小要适合消化上皮吸收。在消化上皮细胞吸收之前，必须将蛋白质、多糖和脂质的大而复杂的分子还原为更简单的颗粒，例如单糖。不同的器官在消化过程中起着特定的作用。动物饮食需要碳水化合物、蛋白质和脂肪，以及维生素和无机成分以实现营养平衡。以下各节将讨论如何消化这些组件。

碳水化

碳水化合物的消化从口腔开始。唾液酶淀粉酶开始将食物淀粉分解成麦芽糖，一种二糖。当大量食物通过食道进入胃部时，碳水化合物不会被明显消化。食道不产生消化酶，但会产生用于润滑的粘液。胃中的酸性环境会阻止淀粉酶的作用。

碳水化合物消化的下一步发生在十二指肠中。回想一下，来自胃的 chyme 进入十二指肠并与胰腺、肝脏和胆囊的消化分泌物混合。胰液还含有淀粉酶，淀粉酶会继续将淀粉和糖原分解成麦芽糖，一种二糖。二糖被称为麦芽糖酶、蔗糖酶和乳糖酶的酶分解成单糖，这些酶也存在于小肠壁的刷子边界。麦芽糖酶将麦芽糖分解成葡萄糖。其他二糖，例如蔗糖和乳糖，分别被蔗糖酶和乳糖酶分解。蔗糖酶将蔗糖（或 “食用糖”）分解成葡萄糖和果糖，乳糖酶将乳糖（或 “牛奶糖”）分解成葡萄糖和半乳糖。由此产生的单糖（葡萄糖）被吸收，然后可用于代谢途径以利用能量。单糖通过肠道上皮运送到血液中，然后输送到体内的不同细胞。碳水化合物消化的步骤总结在图中\(\PageIndex{1}\)。

显示了淀粉和糖原、蔗糖和乳糖的分解途径。淀粉和糖原都是多糖，被分解成二糖麦芽糖。然后，麦芽糖被分解成单糖葡萄糖。蔗糖是一种二糖，被蔗糖分解成单糖葡萄糖和果糖。乳糖也是一种二糖，被乳糖酶分解成葡萄糖和半乳糖。 — 图\(\PageIndex{1}\)：碳水化合物的消化由几种酶进行。淀粉和糖原通过淀粉酶和麦芽糖酶分解成葡萄糖。蔗糖（食用糖）和乳糖（牛奶糖）分别由蔗糖酶和乳糖酶分解。

**表\(\PageIndex{1}\)：**碳水化合物的消化
酶	由... 制作	行动地点	作用在基材上	最终产品
唾液淀粉酶	唾液腺	嘴巴	多糖（淀粉）	二糖（麦芽糖）、寡糖
胰腺淀粉酶	胰腺	小肠	多糖（淀粉）	二糖（麦芽糖）、单糖
寡糖酶	肠内膜；刷子边界膜	小肠	双糖	单糖（例如葡萄糖、果糖、半乳糖）

蛋白质

很大一部分蛋白质消化发生在胃中。胃蛋白酶通过将完整的蛋白质分解为肽（即由四到九个氨基酸组成的短链），在蛋白质的消化中起着重要作用。在十二指肠中，其他酶（胰蛋白酶、弹性蛋白酶和 chymotrypsin）作用于肽，将其还原为较小的肽。胰蛋白酶弹性酶、carboxyptidase 和 chymotrypsin 由胰腺产生并释放到十二指肠中，在那里它们作用于血液。称为肽酶（分解肽的酶）的酶有助于将肽进一步分解为单氨基酸。具体而言，carbox ypeptidase、dipeptidase 和 aminopeptidase 在将肽还原为游离氨基酸方面起着重要作用。氨基酸通过小肠被血液吸收。图中总结了蛋白质消化的步骤\(\PageIndex{2}\)。

**表\(\PageIndex{2}\)：**蛋白质的消化
酶	由... 制作	行动地点	作用在基材上	最终产品
胃蛋白酶	胃主细胞	胃	蛋白质	肽
胰蛋白酶弹性蛋白酶 Chymotrypsin	胰腺	小肠	蛋白质	肽
Carboxypeptidase	胰腺	小肠	肽	氨基酸和肽
氨肽酶二肽酶	肠内膜	小肠	肽	氨基酸

脂质

脂质消化在舌脂酶和胃脂肪酶的帮助下从胃开始。但是，由于胰腺脂肪酶，大部分脂质消化发生在小肠中。当 chyme 进入十二指肠时，荷尔蒙反应会触发胆汁的释放，胆汁在肝脏中产生并储存在胆囊中。胆汁有助于消化脂质，主要是通过乳化消化甘油三酯。乳化是指将大脂质球分解成几个小脂质球的过程。这些小球在 chyme 中分布得更广泛，而不是形成大型聚集体。脂质是疏水性物质：在有水的情况下，它们会聚集形成小球，以最大限度地减少与水的接触。胆汁含有两亲性的胆汁盐，这意味着它们含有疏水性和亲水性部分。因此，胆盐亲水性的一面可以与水接合，而疏水性的一面可以与脂质接合。这样，胆汁盐会将大脂质球乳化成小脂质球。

为什么乳化对消化脂质很重要？胰液含有称为脂肪酶的酶（分解脂质的酶）。如果 chyme 中的脂质聚集成大球，则脂质几乎没有表面积可供脂肪酶起作用，从而使脂质消化不完整。通过形成乳液，胆盐可将脂质的可用表面积增加许多倍。然后，胰腺脂肪酶可以更有效地作用于脂质并消化它们，详见图\(\PageIndex{3}\)。脂肪酶将脂质分解成脂肪酸和甘油酯。这些分子可以穿过细胞的质膜进入肠壁的上皮细胞。胆汁盐环绕长链脂肪酸和单甘油酯，形成称为胶束的微小球体。胶束进入小肠吸收细胞的刷子边界，长链脂肪酸和单甘油酯从胶束中扩散到吸收性细胞中，将胶束留在 chyme 中。长链脂肪酸和单甘油酯在吸收细胞中重组形成甘油三酯，甘油三酯聚集成球状并涂有蛋白质。这些大球被称为 chylomicrons。 Chylomicrons 含有甘油三酯、胆固醇和其他脂质，表面含有蛋白质。表面还由磷脂的亲水性磷酸盐 “头” 组成。它们共同使乳糖微粒能够在水环境中移动，而不会将脂质暴露在水中。 Chylomicrons 通过外吞作用离开吸收细胞。 Chylomicrons 进入淋巴管，然后进入锁骨下静脉的血液。

插图显示了排列在肠腔内的一排吸收性上皮细胞。毛发般的微绒毛投射到管腔中。上皮细胞的另一侧是毛细血管和淋巴管。在肠腔中，脂质被胆汁乳化。脂肪酶将脂肪（也称为甘油三酯）分解成脂肪酸和单甘油酯。脂肪由附着在三碳甘油主链上的三种脂肪酸组成。在单甘油酯中，两种脂肪酸被去除。乳化后的脂质形成称为胶束的小球形颗粒，被上皮细胞吸收。在上皮细胞内，脂肪酸和单甘油被重新组装成甘油三酯。甘油三酯与胆固醇、蛋白质和磷脂聚集形成球形乳糜微粒。乳糜微粒被移入淋巴毛细血管，淋巴毛细血管将它们输送到身体的其他部位。 — 图\(\PageIndex{3}\)：脂质在小肠中被消化吸收。

维生素

维生素可以是水溶性的，也可以是脂溶性的。脂溶性维生素的吸收方式与脂质相同。重要的是要摄取一定量的膳食脂质以帮助吸收脂溶性维生素。水溶性维生素可以直接从肠道吸收到血液中。

艺术连接

显示了机械和化学消解的步骤。消化从口腔开始，咀嚼和吞咽会机械地将食物分解成更小的颗粒，而酶则通过化学消化碳水化合物。在胃中，机械消化包括蠕动混合和推进。蛋白质发生化学消化，阿司匹林等脂溶性物质被吸收。在小肠中，机械消化是通过混合和推进进行的，主要是通过分割。发生碳水化合物、脂质、蛋白质和核酸的化学消化。肽、氨基酸、葡萄糖、果糖、脂质、水、维生素和矿物质被血液吸收。在大肠中，机械消化是通过分段混合和肿块运动发生的。除了细菌消化外，不会发生化学消化。细菌产生的水、离子、维生素、矿物质和小有机分子被血液吸收。 — 图\(\PageIndex{4}\)：食物的机械和化学消化分为许多步骤，从口腔开始，到直肠结束。

以下关于消化过程的陈述中哪一项是正确的？

口腔中的淀粉酶、麦芽糖酶和乳糖酶可消化碳水化合物。
胃中的胰蛋白酶和脂肪酶消化蛋白。
胆汁乳化小肠中的脂质。
在小肠之前，食物不会被吸收。

消除

消化的最后一步是消除未消化的食物含量和废物。未消化的食物进入结肠，大部分水被重新吸收。回想一下，结肠也是被称为 “肠道菌群” 的微生物群落的家园，这些微生物群有助于消化过程。半固体废物通过肌肉的蠕动运动通过结肠移动，并储存在直肠中。当直肠因粪便的储存而膨胀时，它会触发建立排泄冲动所需的神经信号。固体废物通过直肠的蠕动运动通过肛门排除。

消除的常见问题

腹泻和便秘是影响消化的最常见的健康问题。便秘是一种由于结肠中去除过多的水分而导致粪便变硬的疾病。相比之下，如果没有从粪便中去除足够的水，则会导致腹泻。许多细菌，包括引起霍乱的细菌，会影响结肠中水分重吸收所涉及的蛋白质，并导致腹泻过多。

Emesis

呕吐或呕吐是通过强行排出口腔来消除食物。它通常是对影响消化道的刺激物的反应，包括但不限于病毒、细菌、情绪、视觉和食物中毒。这种对食物的强行排出是由于胃部肌肉产生的强烈收缩所致。呕吐过程受延髓调节。

摘要

消化从摄入开始，食物被摄入口中。消化和吸收分一系列步骤进行，特殊酶在消化碳水化合物、蛋白质和脂质中起着重要作用。消除是指从体内清除未消化的食物成分和废物。虽然大多数吸收发生在小肠中，但大肠负责最终去除小肠吸收过程后残留的水分。大肠中的细胞会吸收一些维生素以及任何剩余的盐和水。大肠（结肠）也是形成粪便的地方。

艺术联系

图\(\PageIndex{4}\)：以下关于消化过程的陈述中哪一项是正确的？

口腔中的淀粉酶、麦芽糖酶和乳糖酶消化碳水化合物。
胃中的胰蛋白酶和脂肪酶消化蛋白。
胆汁乳化小肠中的脂质。
在小肠之前，食物不会被吸收。

回答: C

词汇表

氨肽酶: 将肽分解成单氨基酸的蛋白酶；由小肠的刷子边界分泌

羧肽酶: 将肽分解成单氨基酸的蛋白酶；由小肠的刷子边界分泌

chylomicron: 小脂球

chymotrypsin: 胰腺蛋白酶

消化: 将食物机械和化学分解成小的有机碎片

二肽酶: 将肽分解成单氨基酸的蛋白酶；由小肠的刷子边界分泌

弹性蛋白酶: 胰腺蛋白酶

摄取: 摄取食物的行为

乳糖酶: 将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖的酶

麦芽糖酶: 将麦芽糖分解成葡萄糖的酶

蔗糖酶: 将蔗糖分解成葡萄糖和果糖的酶

胰蛋白酶: 分解蛋白质的胰腺蛋白酶