万维百科

消化作用本文重定向自 消化

消化系统
Blausen 0316 DigestiveSystem.png
细节
识别标示
拉丁文systema digestorium
MeSHD004063
解剖学术语

消化作用是指将食物(大分子)分解成足够小的水溶性分子(小分子),可以溶解在血浆,让身体能够吸收利用的过程。有些生物体会透过小肠吸收小分子,带到血液系统中。消化作用是生物异化作用(分解代谢)的一环,可以分为两个阶段,首先借由机械性的作用(机械消化,mechanical digestion)将食物碎裂成小裂片,其次是化学性的作用(化学消化,chemical digestion),经由的催化,将大分子水解成小分子单体。而无法消化的残渣则会再排出体外。

大多数食物中所含的有机物包括蛋白质脂肪碳水化合物。由于这些大分子聚合物无法穿过细胞膜进入细胞内,而且动物需要用单体来合成自身身体所需的聚合物,因此动物需要借由消化作用将食物中的大分子分解成单体。例如将蛋白质分解为氨基酸多糖双糖分解为单糖,脂肪分解为甘油脂肪酸等。

消化系统

最简单的生命体,例如原生动物,会利用扩散主动运输胞吞作用而将食物颗粒直接从周围环境中送入细胞内,再以酵素分解而获取营养物,这样的方式称为胞内消化英语Intracellular digestion。胞内消化不需要机械性裂解食物的过程,也不需要消化道或腔室,因此限制了此类动物的体型及复杂度,只能利用小的食物颗粒来获取营养素。

较大型的动物又演化出胞外消化英语Extracellular digestion的构造与机制。在消化道中,利用机械性及化学性的作用,可将大块食物分解成小分子的营养素,这些营养素被吸收后,参与代谢及合成作用。

原始的多细胞动物,例如水螅,其肠道是封闭的囊状物,只有一个开口作为入口及出口,称为消化循环腔英语gastrovascular cavity,是一种不完全消化道(incomplete gut)。而自囊蠕虫类动物起,例如蠕虫蛔虫,开始发育出肛门,具有、肛门及完整肠道,是完全消化道(complete gut)。完全消化道可使食物往单方向移动,不会与先前摄入的食物或废物混合,并且能循序渐进的处理食物,使食物在不同的步骤中被有效率的消化。

分泌系统

细菌接合机制的示意图1-供体细胞产生性菌毛2-性菌毛连上受体细胞,使两细胞连在一起3-流动的质体被剪切后,一小段DNA被转移到受体细胞4-两个细胞重新将质体绕成圈,合成第二条链条,性菌毛再生。这时,两个细胞都能提供质体了。

细菌利用几种不同的系统来获得外界其他有机体的养份。

通道传输系统

在通道传输系统中,由几种蛋白质形成细菌细胞膜内部和外部之间的通道。通道传输系统包括三种蛋白质:ATP结合盒转运蛋白家族英语ATP-binding cassette family膜融合蛋白英语membrane fusion protein(MFP)及外膜蛋白英语outer membrane protein(OMP)。此分泌系统可以输送各种不同的分子:从离子、药物、到不同大小的蛋白质(20-900kDa)。所分泌的分子可以从大肠杆菌的肽大肠杆菌素(10 kDa)到萤光假单胞菌的细胞粘附蛋白(900 kDa)。

分子注射器

有些细菌(像沙门氏菌属志贺氏菌属等)可以透过分子注射器(molecular syringe)注射养份或毒素到其他单细胞生物的细胞中。最早是在鼠疫杆菌中发现此机制,而且证实可以直接将毒素注射到宿主的细胞质内,而不只是分泌到细胞间质中。

接合机制

有些细菌有接合机制,可以交换DNA及蛋白质。此机制是在农杆菌中发现,利用此一机制引入Ti质粒到宿主的蛋白质中,因而引发冠缨。

外膜囊泡释放

除了利用上述的多蛋白质复合物外,革兰氏阴性菌还有另一种释放物质的方法:形成外膜囊泡。

消化腔

捕蝇草的叶子

消化腔英语gastrovascular cavity的作用类似胃,一方面进行消化作用,另一方面也将营养分布到身体的各部分。细胞外消化就是发生在中央消化腔外,其内里是消化内皮层(gastrodermis),是上皮组织的内层,消化腔对外只有一个开口,具有摄取食物及排泄的功能,消化后的残余物及未消化物质从这个出口排到体外,这可以称为是不完全的肠道英语gut (anatomy)

捕蝇草之类可以用光合作用来产生食物的植物。其捕捉猎物并且消化的原因不像一般动物为了采集能量及碳元素,而是为了摄取必要的营养素(特别是氮和磷),这些营养素在其酸性沼泽栖息地是很不容易取得的。

溶组织阿米巴的滋养期,其中有已吞噬的红血球

吞噬体

吞噬体是因为吞噬作用吸收的物质,其周围形成的液泡。吞噬体是因为物质附近的细胞膜融合后所产生的。吞噬体也是细胞区室致病微生物会在吞噬体内被杀死及消化。吞噬体在其成长过程会和溶酶体融合,最后形成吞噬溶酶体英语phagolysosome。人类体内的溶组织内阿米巴会吞噬红血球

脊椎动物消化作用的简介

对大部分的脊椎动物而言,消化是在消化系统中多步骤的作用,从摄取食物(多半是其他的动植物)开始。消化作用也会包括一些物理程序及化学程序,可以分为以下四个步骤:

  1. 摄食英语Ingestion:将食物放入口中(食物进入消化系统的起点)。
  2. 物理性及化学性的分解:口中咀嚼是物理性的分解,之后食团英语Bolus (digestion)在胃肠中和水、胃酸胆汁酵素混合,将大型的分子分解为较简单的结构。
  3. 吸收:营养素从消化系统借由渗透主动运输扩散作用吸收到循环和淋巴毛细血管中。
  4. 排泄:最后无法消化的残余物质会透过排便离开消化道。

让消化作用正常作用的关键是消化系统中肌肉的动作,包括吞咽和蠕动英语peristalsis运动。消化作用中的每一个步骤都需要能量。因此在从吸收的物质中取得能量之前,需要先消耗一些能量。消化作用需要能量的差异对于动物的生活方式、行为,甚至其外形都有很大的影响。像人类都和其他的人科动物有很大的不同(例如缺乏体毛、较小的颌骨和肌肉组织、齿列不同、肠子长度不同,是否会烹煮食物等)。

消化作用主要是发生在小肠中,大肠主要的作用是利用肠道菌种让无法消化的物质发酵,并且在排泄之前吸收残余物质中的水分。

哺乳类的消化作用

哺乳类的消化准备工作是从头相英语cephalic phase开始,口腔会分泌唾液胃部也会分泌消化酶。食物入口后,哺乳类会咀嚼英语Mastication食物,并且食物和唾液混合,此时开始了物理性及化学性的分解,之后食物进入胃部,继续其他的酵素作用。胃部也会继续进行物理性及化学性的分解,靠的是胃部的搅拌食物,以及让食物与胃酸和酵素混合。养份吸收是在胃部(胃酸)以及肠道(肠液、胰液胆汁),最后残余物质会透过排便离开消化道(排遗作用)。

不同物质的消化

蛋白质的消化

蛋白质是在胃部及十二指肠进行消化,有三种主要的酵素:由胃部分泌的胃蛋白酶,以及胰脏分泌的胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶,可以将食物中的蛋白质分解为多肽,之后再由外肽酶多肽酶英语dipeptidases分成氨基酸。不过胃和胰脏多半不会直接分泌消化酵素,而是分泌无活性的前体酶原。例如胰蛋白酶是以胰蛋白酶原英语trypsinogen的形式,由胰腺所分泌,再经由十二指肠的肠激酶英语enterokinase活化成为胰蛋白酶。胰蛋白酶可以将蛋白质分解为较小的多肽。

脂质的消化

有些脂质是从进入口腔起就开始消化,舌脂肪酶英语lingual lipase会将一些短链的脂质转换为甘油二酯。不过大部分的脂质是在小肠消化的。小肠中脂肪的出现会产生激素,会让胰腺释放胰脂肪酶,让肝脏释放胆汁酸,有助于脂肪的乳化,可以以脂肪酸的形式吸收。一莫耳脂肪(三酸甘油酯)在完全消化后会变成脂肪酸、甘油一酯、甘油二酯以及一些未分解三酸甘油酯的混合物,但其中不会有游离的甘油分子。

糖类的消化

人类可以消化的膳食淀粉是由葡萄糖单位组成的长链,称为直链淀粉],属于多糖。在消化时,唾液中和胰脏分泌的淀粉酶会破坏葡萄糖分子之间的链接,因此葡萄糖的长链会变短,产物会是结构较简单,可以被小肠吸收的葡萄糖及麦芽糖(二个葡萄糖组成的双糖)。

乳糖酶可以将乳糖分解为葡萄糖及半乳糖。小肠可以吸收葡萄糖及半乳糖。大约有65%的成年人分泌的乳糖酶不足,因此无法消化未发酵的乳制品,这称为乳糖不耐症。乳糖不耐症随着族群而不同,东亚血统人群超过90%有乳糖不耐症,而北欧后裔只有约5%有乳糖不耐症。

蔗糖酶是分解蔗糖的酶,消化后会得到果糖及葡萄糖,可以由小肠持续的吸收。

DNA和RNA的消化

DNARNA会由胰腺分泌的去氧核糖核酸酶(DNase)及核糖核酸酶(RNase)等核酸酶分解为核苷酸

非破坏性消化

有些营养素是复杂结构的分子(例如维生素B12),若分解其分子就会破坏营养素的功能。为了可以以非破坏性的方式消化维生素B12唾液中的haptocorrin英语haptocorrin会和维生素B12形成强力的键结,当维生素B12进入胃部,haptocorrin可以保护B12不会被胃酸分解。

维生素B12-haptocorrin复合物会从胃部通过幽门,进入十二指肠,胰腺蛋白酶会将haptocorrin和维生素B12分离,而维生素B12会和内在因子(IF)结合。维生素B12-内在因子复合物会再行进到小肠回肠段,而cubilin英语cubilin接受器会进行同化作用,使维生素B12-内在因子复合物进入血液系统。

参见

参考资料

  1. ^ Wooldridge K (editor). Bacterial Secreted Proteins: Secretory Mechanisms and Role in Pathogenesis. Caister Academic Press. 2009. ISBN 978-1-904455-42-4.
  2. ^ Salyers, A. A. & Whitt, D. D. (2002). Bacterial Pathogenesis: A Molecular Approach, 2nd ed., Washington, D.C.: ASM Press. ISBN 978-1-55581-171-6
  3. ^ Cascales E & Christie P.J. The versatile Type IV secretion systems. Nat Rev Microbiol. 2003, 1 (2): 137–149. PMID 15035043. doi:10.1038/nrmicro753.
  4. ^ Chatterjee, SN and J Das. "Electron microscopic observations on the excretion of cell wall material by Vibrio cholerae." "J.Gen.Microbiol." "49" : 1-11 (1967) ; Kuehn, MJ and NC Kesty. "Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction." Genes Dev.and then the 19(22):2645-55 (2005)
  5. ^ Leege, Lissa. How does the Venus flytrap digest flies?. Scientific American. [2008-08-20].
  6. ^ Boettner, D. R.; Huston, C. D.; Linford, A. S.; Buss, S. N.; Houpt, E.; Sherman, N. E.; Petri, W. A. Entamoeba histolytica Phagocytosis of Human Erythrocytes Involves PATMK, a Member of the Transmembrane Kinase Family. PLoS Pathogens. 2008, 4 (1): e8. PMC 2211552可免费查阅. PMID 18208324. doi:10.1371/journal.ppat.0040008.
  7. ^ Maton, Anthea; Jean Hopkins; Charles William McLaughlin; Susan Johnson; Maryanna Quon Warner; David LaHart; Jill D. Wright. Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey, USA: Prentice Hall. 1993. ISBN 0-13-981176-1. OCLC 32308337.
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Digestion of fats (triacylglycerols). [2017-04-11]. (原始内容存档于2013-10-13).
  9. ^ Genetics Home Reference. US National Library of Medicine. US National Institutes of Health. [27 June 2015]. (原始内容存档于2016-01-25).
  10. ^ Nexo E, Hoffmann-Lücke E. Holotranscobalamin, a marker of vitamin B-12 status: analytical aspects and clinical utility. Am. J. Clin. Nutr. July 2011, 94 (1): 359S–365S. PMC 3127504可免费查阅. PMID 21593496. doi:10.3945/ajcn.111.013458.
  11. ^ Viola-Villegas N, Rabideau AE, Bartholomä M, Zubieta J, Doyle RP. Targeting the cubilin receptor through the vitamin B(12) uptake pathway: cytotoxicity and mechanistic insight through fluorescent Re(I) delivery. J. Med. Chem. August 2009, 52 (16): 5253–61. PMID 19627091. doi:10.1021/jm900777v.

本页面最后更新于2021-09-17 17:16,点击更新本页查看原网页。台湾为中国固有领土,本站将对存在错误之处的地图、描述逐步勘正。

本站的所有资料包括但不限于文字、图片等全部转载于维基百科(wikipedia.org),遵循 维基百科:CC BY-SA 3.0协议

万维百科为维基百科爱好者建立的公益网站,旨在为中国大陆网民提供优质内容,因此对部分内容进行改编以符合中国大陆政策,如果您不接受,可以直接访问维基百科官方网站


顶部

如果本页面有数学、化学、物理等公式未正确显示,请使用火狐或者Safari浏览器