![İnsanda Enzimatik Sindirim]()
Tükrükle Sindirim
İnsan sindirim sisteminde, ağızdan anüse kadar besin karmaşık boru sistemi boyunca ilerledikçe meydana gelen kimyasal değişimler çok önemlidir. Enzimatik sindirim ağızda başlar. Tükrükte, nişastanın glukoza hidrolizini başlatan; fakat tamamlamayan, amilaz (aynı zamanda pityalin olarak da bilinir) adlı bir enzim bulunur. Nişastanın sentezi, su açığa çıkaran yoğunlaştırma tepkimeleriyle gerçekleşir. Dolayısıyla parçalanması da hidroliz gerektirir. Her ne kadar amilaz bir miktar glukoz oluşturursa da, daha çok, bir disakkarit olan maltoz ve daha az miktarlarda, üç dört glukoz birimi uzunluğunda parçalar açığa çıkartır ki, bunların bağırsakta daha fazla sindirimi zorunludur.
Besinler ağızda kısa bir süre kaldıklarından, amilaz, etkisini göstermek için yeterli fırsatı bulamaz. Esas etkisini bolus yutulduktan ve mideye iletildikten sonra gösterir. Buna rağmen mide asidi kısa bir süre sonra bu enzimi inaktive eder ve bu yüzden tükrük amilazı besindeki nişastanın ancak küçük bir yüzdesini sindirebilir. Aslında, birçok memelinin tükrüğünde hiç amilaz bulunmaz. Örneğin köpekler ve bunların akrabalarının besinlerinde o kadar az nişasta vardır ki, bir nişasta sindiren enzimin evrimleşmesi için çok az seçilim baskısı oluşmuş olmalıdır.
Midede Sindirim![İnsanda Enzimatik Sindirim]()
Besin mideye ulaşınca, mide duvarının mukozasında yer alan çok sayıda bezin salgıladığı mide sıvısının etkisiyle karşılaşır. Bu sıvı çok miktarda hidroklorik asit ve çeşitli enzimler içerir. Asit, mide içeriğinin pH’sını oldukça asidik yapar (pH yaklaşı k 1.5- 2.5’tur). Birçok ticari ilaç reklamında aksi belirtilse bile midenin asidik olması hem normaldir hem de normal işlev görebilmesi için gereklidir. Mide sıvısının en temel enzimi, proteinleri sindiren pepsindir. Birçok proteolitik (protein parçalayan) enzimin aksine, sadece kuvvetli asit ortamlarda çalışır. Pepsin, omurgalılar için karakteristik bir enzimdir; omurgasızların çoğunda, kuvvetli asit çözeltilerde çalışan proteolitik enzimler bulunmaz. Pepsinin evrimleşmesi, kemikli hayvanlar üzerinde beslenmeyle ilişkili olabilir; zira kemikler asit içinde çok daha kolay ayrışırlar. Pepsin, proteini amino asit bileşenlerine kadar hidroliz etmez. Sadece birkaç amino asite, özellikle tirozin ve fenilalanine komşu peptit bağlarını kopartır. Proteolitik enzimlerin bu özgüllüğü kolayca anlaşılabilir. Proteinlerin yapıtaşı olan bileşikler çeşitlilik gösterdiğinden, çeşitli peptit bağları etrafındaki yapısal yerleşim, bu bağların hangi iki amino asiti bağladığına bağlı olarak, değişiklik gösterir. Bazı bağlar, bir enzimin aktif merkezinde yer alır, bazıları almaz. Örneğin pepsinde, R grupları altı karbonlu halka içeren amino asitlerin amino ucundaki peptit bağları, aktif merkezde yer alırlar.
Protein sindirimi ile ilgili tartışma, hemen akla şu soruyu getirir: Esas olarak proteinden yapılmış olmasına karşın, neden sindirim kanalının duvar proteolitik enzimle sindirilmez? Bunun iki nedeni vardır.
Birincisi, sindirim kanalının duvarı, mukusla kaplıdır ve bu yolla enzimlerden korunur. Bu savunma hattı yıkıldığı zaman, sindirim enzimleri iç yüzeyin küçük kısmını sindirmeye başlarlar; meydana gelen yaraya ülser adı verilir. Bazen, ülser o kadar ciddi bir hal alır ki, sindirim kanalının duvarında bir delik oluşur ve kanal içeriği karın boşluğuna dökülür. Ülserlerin çoğu özel bir bakteri türünün enfeksiyonu sonucunda oluşur.
İkinci olarak, mide bezleri aktif pepsin salgılamazlar, bunun yerine bir inaktif öncü olan pepsinojen salgılarlar. Bu tip inaktif enzim öncülerine zimojenler adı verilir. Pepsinojenin hiçbir enzimatik aktivitesi yoktur ve mide duvarındaki bezler içinde tutulduğu sürece, duvara bir zarar vermez. Kendisine gereksinim duyuluncaya kadar burada tutulur ve ancak midede mevcut aktif pepsinle temas ederse aktif hale geçer. Aktivasyon, pepsinojenin bir ucundan 42 amino asitin kopartılmasıyla gerçekleşir; geriye kalan daha kısa polipeptit zinciri pepsindir.
İnce Bağırsakta Sindirim
En fazla sindirim, sindirim kanalının bundan sonraki kısmında, yani ince bağırsakta meydana gelir. Kısmen sindirilmiş besin mideden duodenuma yani onikiparmak bağırsağına geçince, asitliği nedeniyle, çok sayıda farklı enzimlerin bağırsağın içine (lumen) salgılanmasını uyarır. Bu enzimlerin iki temel kaynağı vardır: Pankreas ve bağırsak bezleri. Büyük bir bez olan ve midenin hemen altında yer alan pankreas, fetal gelişme sırasında, sindirim kanalının dışa doğru yaptığı bir uzantı olarak oluşur. Duodenumla bağlantısını korur ve bu bağlantıya pankreas kanalı denir. Besin duodenuma girince, pankreas bir enzim karışımı salgılar ve bunu pankreas kanalı içinden duodenuma akıtır. Bu karışım içinde, bütün temel besin tiplerini – karbohidratlar, yağlar ve proteinler – ve aynı zamanda nükleik asitleri sindirecek enzimler bulunur.
Pankreatik enzimlerden biri pankreatik amilazdır (bazen diastaz ya da amilopsin de denir) ve adından da anlaşılacağı gibi, tükrükteki amilaza benzer etki göstererek nişastayı disakkarit olan maltoza yıkar. Nişasta sindiriminin büyük kısmını yürüttüğünden, tükrük amilazından çok daha önemlidir.
Yine pankreastan salgılanan lipaz, vücudun en temel yağ sindirici enzimidir. Fakat yağın nispeten küçük bir yüzdesini tamamen gliserol ve yağ asitlerine yıkar. Yağın bir kısmı, üç yağ asitinden sadece birinin uzaklaştırılmasıyla, kısmi olarak sindirilirken bir kısmı hiç sindirilmez. Fakat yağlar ve bunların kısmi parçalanma ürünleri, yağda çözünebilir olduklarından, hücre zarlarından geçip absorbe edilebilirler.
Pepsin gibi, pankreasın iki proteolitik enzimi olan tripsin ve kimotripsin de sadece bazı özel amino asitlere komşu peptit bağlarını kopartırlar. Tripsin, lizin ve arjinine (her ikisi de artı yüklü R grupları içerirler. Komşu peptit bağlarını , kimotripsin ise tirozin, fenilalanin ve triptofana (R gruplarında altı karbonlu halkalar bulunur) ve daha az oranda metiyonin ve lösine komşu olanları kopartır. Tirozin ve fenilalanine komşu olan bağları hidroliz etmesi bakımından, kimotripsin, pepsine benzerlik gösterirse de, bu benzerlik yüzeyseldir. Zira bu iki enzim aynı bağları kopartmazlar.
Pepsin, tirozin ve fenilalaninin amino ucundaki bağları kopartırken, kimotripsin, karboksil tarafındakileri kopartır.
Yine, pepsin gibi, hem tripsin hem de kimotripsin, sırasıyla tripsinojen ve kimotripsinojen denilen inaktif formlarda (zimojen) salgılanırlar. Bağırsakta, tripsinojen, bağırsak bezleri tarafından salgılanan bir enzim olan enterokinaz tarafından aktif tripsine (polipeptit zincirindeki altı üç amino asitin uzaklaştırılmasıyla) dönüştürülür.
Böylece oluşan tripsin, daha sonra, kimotripsinojen polipeptit zincirinden iki küçük iç parçayı uzaklaştırır. Geriye kalan aktif kimotripsin, birbirine disülfit baglanyla bağlı üç ayrı polipeptit zincirinden oluşur. Gördüğünüz gibi, şimdiye kadar değindiğimiz polipeptit zincirleri, aktif enzimlerinkinden daha uzundur. Her üçü için de aktivasyon, zincirin bir ya da daha fazla kısmının kesilip atılmasıyla gerçekleşmektedir. Böylece polipeptit, bir aktif bölge oluşturmak üzere yeniden kıvrılabilmektedir.
Tripsin ve kimotripsinin kimyasal yapıları üzerine yapılan son yıllardaki araştırmalar, bunların hem olası evrimlerinin hem de katalitik özgüllüklerinin temelinin daha iyi anlaşılmasında yardımcı olmuştur.
Bu iki enzimin, amino asit dizilişi, kıvrılma düzeni ve hatta katalitik bölgeler bakımından benzerlik göstermesi, bunların aynı atasal proteolitik enzimden evrimleştiklerini düşündürmektedir. Bununla birlikte, ikisi arasında küçük; fakat son derecede önemli bir fark vardır. Bu fark, bağlanma bölgesindeki cep benzeri bir bölgeyle ilgilidir ki, bu bölge substrat amino asitin R grubunu bağlar. Tripsinde, bu bölgeyi oluşturan amino asitlerden biri aspartik asittir (eksi yüklü R grubu vardır). Kimotripsinde ise aynı yerde serin bulunur (R grubu yüksüzdür). Bu, görünüşte küçük fark, iki enzimin farklı amino asitlere affinite göstermelerine yol açar. Bu durum, enzimlerin işlevsel özelliklerinin belirlenmesinde amino asit dizilişinin (primer yapı) ne kadar büyük önemi olduğunu çarpıcı biçimde göstermektedir.
Özetleyecek olursak, pepsinin midedeki ve pankreastan gelen tripsin ve kimotripsinin etkileri sonucunda, proteinler çeşitli uzunlukta parçalara ayrılırlar; fakat fazla miktarda serbest amino asit açığa çıkmaz. Bu üç enzim endopeptidazlar olarak bilinir. Bunun anlamı, bunların, terminal (uç) amino asitleri ana zincire bağlayan bağları değil, proteinin iç kısımlarındaki peptit bağlarını koparan enzimler olmalarıdır. Diğer bir enzim sınıfı olan ekzopeptidazlar ise, endopeptidazların aktivitesi sonucunda ortaya çıkan parçalardaki terminal amino asitleri kopartırlar ve böylece, sindirim işlemi tamamlanmış olur. Ekzopeptidazlar çok geniş bir çeşitlilik gösterirler ve bunların her birinin etkisi oldukça özgüldür. Örneğin bunlardan biri (karboksipeptidaz), zincirin serbest karboksil ucundaki amino asiti bağlayan bağı hidroliz eder. Bir diğeri (aminopeptidaz) ise serbest amino ucundaki amino asiti bağlayan bağı hidroliz eder. Diğer bazıları ise (dipeptidazlar), amino asit çiftleri arasındaki bağları kopartırlar. Biri sadece glisin lösin çifti arasındaki bağı kırarken, bir diğeri iki glisin molekülünden oluşan çiftteki bağı kopartır. Bu ekzopeptidazlar, endopeptidazların başlatmış olduğu işi tamamlarlar. Bunların çoğu bağırsaktaki bezlerden salgılanır; fakat karboksipeptidaz pankreasta yapılır.
Çeşitli proteolitik enzimlerin kimyasal etkilerinin bu denli uzun anlatılmasının nedeni, hangi enzimin hangi bağları hidroliz ettiğini hatırlamanızın önemli olduğundan değil, proteolitik mekanizmanın enzim özgüllüğüne ve enzimlerin nasıl ekip çalışması yaptıklarına güzel bir örnek oluşturmasındandır. Eğer basitçe, proteinlerin pepsin, tripsin ve diğer çeşitli peptidazlar tarafından sindirdiğini söylemiş olsaydık, bu, görünüşte sıradan olan olaylardaki ince etkileşim hakkında fikriniz olmazdı.
Nasıl ki bağırsak bezlerinden salgılanan bazı enzimler, proteinlerin sindirimini tamamlıyorsa, başka bağırsak enzimleri de tükrük ve pankreas amilazlarının başlattığı nişasta sindirimini tamamlarlar. Amilazlar, nişasta moleküllerini esas olarak disakkaritlere parçalarlar.
Bağırsak enzimleri disakkaritleri basit şekerlere ayırırlar. Örneğin maltaz maltozu, sükraz sükrozu ve laktaz laktozu parçalar.
Nükleik asitlerin sindirimi de benzer bir biçimde gerçekleştirilir. Pankreastan salgılanan nükleazlar, nükleik asitleri nükleotitlere ayırırlar. Nükleotitler de daha sonra, bağırsak bezlerinden salgılanan fosfatazlar (fosfat bağlarını kırarlar) ve N-glikozilazlar (ribozu ayırırlar) tarafından sindirilir.
Sindirim ürünlerinin absorpsiyonu, sizin de bekleyeceğiniz gibi, aktif transport gerektirir. Son yıllarda, amino asitlere ve basit şekerlere özgü “pompalar” üzerindeki araştırmalar göstermiştir ki, her ikisi de hücre zarının iki tarafı arasındaki (Na+) gradiyentine bağımlıdır. Burada, hücre dışındaki Na+ derişimi yüksek, hücre içinde ise düşük olmalıdır. Böylece, bu aktif transport pompaları, sodyum-potasyum pompasıyla bağlantılı görünmektedir.
Safra
İnsanda sindirimin incelenmesinde bir salgıya daha değinmek gerekir. Kritik öneme sahip bir organ olan karaciğer, safra denilen bir sıvı üretir ki, bu, yağ sindirimine yardımcı olur. Karaciğer çok büyüktür ve üst karın boşluğunun çoğunu kaplar. Yüzeyinde küçük bir depo organı, safra kesesi yer alır. Karaciğerin tümünde sentezlenen safra, bir dizi dallanan kanal tarafından toplanarak safra kesesine boşaltılır. Besin duodenuma girince, safra kesesinin kas duvarı uyarılarak kasılır ve böylece, safra, safra kanalı boyunca duodenuma akmaya zorlanır.
Safra bir sindirim enzimi değildir; hatta bir protein bile değildir. Karmaşık bir tuz, pigment ve kolesterol çözeltisidir. Safra tuzları emülsifiye edici ajanlar gibi etki edip, büyük yağ damlacıklarının, suda asılı küçük damlacıklara ayrışmasını sağlarlar. Bu etki bir deterjanınkine büyük benzerlik gösterir. Çok sayıdaki küçük yağ damlacığının, lipazın sindirim etkisi için oluşturdukları yüzey alanı, birkaç büyük damlanın oluşturacağından daha büyük olacaktır. Safra tuzlan, aynı zamanda yağların absorpsiyonuna da yardımcı olurlar. Bağırsakta yetersiz miktarda safra tuzu varsa, yağların hem sindirimi hem de absorpsiyonu ciddi biçimde aksar. Safra tuzlan, kalın bağırsak tarafından geri emilip karaciğere taşınırlar ve tekrar kullanılırlar. Safra pigmentlerinin ve kolesterolün sindirimde bir rolü yoktur. Pigmentler kırmızı kan hücrelerinin karaciğerde tahrip edilmesi sonucunda oluşurlar ve dışkıya karakteristik kahverengi rengini verirler. Nispeten çözünmez bir bileşik olan kolesterol ise bazen sert safra taşları oluşturarak sorun yaratır. Zira safra taşları safra kanalını tıkayıp safranın akışını engeleyebilirler.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç