DIGESTION - Unifr · 2008. 9. 10. · Digestion des protéines • peptidases de la bordure en...
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DIGESTION
PHASE CEPHALIQUE:La SALIVE
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Composition de la salive• Mucines• Proline-rich proteines• Amylase• Lipase• Peroxidase• Lysozyme• Lactoferrine• IgA• Histatines• Statherine• glucides, hormones stéroides, amino-acides, ammoniac, urée
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Multifunctionalité
Functionssalivaires
Anti-Bacterial
Tampon
Digestion
Mineral-isation
Lubrificat-ion &Visco-elasticity
TissueCoating
Anti-Fungal
Anti-Viral
Carbonic anhydrases,Histatines
Amylases,Mucines, Lipase
Cystatines,Histatines, Protéines riches en Proline,Statherines
Mucines, Statherines
Amylases,Cystatines, Mucines, Protéines riches en proline, Statherines
Histatines
Cystatines,Mucines
Amylases, Cystatines,Histatines, Mucines,Peroxidases
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Mucines• Lubrication• Glycoproteines - proteine core avec chaines
d‘oligosaccharides (liaison O-glycosidique)• > 40% of carbohydrates• Hydrophile, (resistant à déhydration)• propriétés rhéologiques uniques (e.g., haute
élasticité, adhesivité, and faible solubilité)• 2 mucines majeures (MG1 and MG2)
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Amylases• Métalloenzymes à Ca2+
• Hydrolysent liaisons α(1-4) de l’amidon(amylose et amylopectines)
• plusieurs isoenzymes salivaires• Maltose : produit principal (20% = glucose)• 30% des protéines de la salive• function digestive - inactivées dans l‘estomac• forment des disaccharides• Fonction dans l’adhérence bactérienne ?
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Lipase linguale• Secreté par les glandes linguales et la parotide• Rôle dans la 1ère phase de digestion des graisses• Hydrolyse triglycérides (AG de chaines moyennes et longues)• Importante pour digestion de graisses de lait chez
le nouveau-né• Très hydrophobe : pénètre dans les globules de
graisse alimentaire
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Statherines• Calcium phosphate de l’émail dentaire est soluble dans des
conditions de pH de force ionique définies• Supersaturation de calcium phosphates maintient l’integrité
de l’émail• Statherines previenent precipitation ou crystallisation de
calcium phosphate supersaturé dans la salive• Produits par cellules acinaires des glandes salivaires• Lubrifiant efficace
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Protéines riches en Proline(PRPs)
• 40% AA = proline• Inhibiteurs de croissance de cristaux de
calcium phosphate• Part de pellicula dentis• Subdivisées en 3 groups
– Acides 45%– Basiques 30%– Glycosylés 25%
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Lysozyme (muramidase)• Présent dans plusieurs organes et dans les
liquides corporels• hydrolyse liaisons β(1-4) entre acide N-
acetylmuramique et N-acetylglucosamine(peptidoglycanes de bacteries)– bacteries gram-negatives généralement plus
resistantes que gram-positives
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Histatines• Groupe de protéines riches en histidine-• Puissants inhibiteurs de Candida albicans
• inhibiteurs de cysteine-proteases• ubiquitaires dans les fluides corporels• Protègent contre une protéolyse non souhaitée
– protéases bacteriennes– Leukocytes lysés
• Inhibiteurs de protéases dans le tissu périodontal• effet sur la précipitation de calcium phosphate
Cystatines
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Peroxidases salivaires• Sialoperoxidase (SP, salivary peroxidase)
– Produites dans cellules acinaires des glandesparotides
– presentes dans salive submandibulaire– adsorbées par :
• email, sediment salivaires, bacteries, plaque dentaire
• Myeloperoxidase (MP)– de leukocytes via cavité gingivale– 15-20% de peroxidase totale dans la saliva
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DIGESTION
ESTOMAC
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Regulation deRegulation del’activité gastriquel’activité gastrique
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G
gastrin
circulation
HCl
vagusnerve
ALIMENTSALIMENTS
DistensionPeptides
Phase Gastriquede Secretion
(initiée par des évènementsgastriques)
G
gastrin
circulation
HCl
vagusnerve
Phase Cephaliquede Secretion gastrique(initiéé par le cerveau)
Phases de la Sécrétion Gastrique
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BombesinBombesin
++AcetylcholineAcetylcholine
++SomatostatinSomatostatin--
++gastringastrin
G-cellG-cell SomatostatinSomatostatincellcell
OxynticOxynticcellcell
VueVue, , odeurodeur, , gogoûûtt.. mastication mastication
reflexe conditionné reflexe conditionné dede déglutitiondéglutition
++Vagal Vagal nucleusnucleus
--
HH++
Phase Phase céphaliquecéphalique
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DigestionDigestionde de protéinesprotéines
PeptidesPeptidesAminoAminoacidsacids HH++acetylcholineacetylcholine
gastringastrinVagoVago--vagalvagalreflexreflex
bombesinbombesin
locallocalreflexreflex acetylcholineacetylcholine
DistentionDistentionde de l’estomacl’estomac
Phase Phase gastriquegastrique
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Factors Regulating Acid SecretionFactors Regulating Acid Secretion
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Processus de Transport dans les cellulesParietales pour la sécrétion de HCl
K+H+ Cl-
Cl-
HCO3-
K+
Na+ K+
1. Proton pump (H+/K+ATPase)2. K+channel3. Cl- channel4. Sodium pump5. Cl-/HCO3- exchanger
1. 2. 3.
2.4.5.H2O + CO2 H2CO3
HCO3- + H+
Tubulovesicularsystem
Apical
Basolateral
Carbonicanhydrase
*
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GASTRIN
histamine
Parietalcell
ECL cell
Chief cell
D-cell
somatostatin -
+
noradrenaline,
CCK, VIP & CGRP
Ach
H+
-
++
Gland lumen
+
CONTROL de SECRETION ACIDE
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G-cell
GASTRINcirculation
Gastrin
releasing
peptide
(GRP)
somatostatin
Control de la Fonction de cellules G
Protein/peptides/amino acids
+ +
+ -
D-cell
H+Stomach(antrum)
lumen
Stomach body(corpus):
ECL cell/
parietal cell
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H/KP
H/KP
histamine-secreting cell
Acetylcholineneural inputneurocrineneurocrine
Gastrinhormonal input
endocrineendocrine
PARIETAL cell
paracrineparacrinerelease ofhistamine
histaminereceptor
AChreceptor
gastrinreceptor
transduction-activation events
HClsecretion
Combined neurocrine, endocrine and paracrineevents in the activation of gastric HCl secretion
ECL cell
G cellG cellcirculationcirculation
ECL cell =enterochromaffin-like cell
G cell =G cell =gastringastrin-secreting cell-secreting cell
HOW IT WORKS AT THE RECEPTOR LEVEL
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Turning the G-cellOn and Off
ACh ACh
ACh GRP
(Somatostatin)cell
(Gastrin)cellSS
GRPneuron
digestedprotein
H+
vagusnerve
CirculatingGastrin
GD+-
++
cholinergicneurongastric
mucosa
Gastric LumenGastric Lumen
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Régulation de G-cell On & Off
ACh ACh
ACh GRP
(Somatostatin)cell
(Gastrin)cellSS
GRPneuron
digestedproteinH+
vagusnerve
CirculatingGastrin
GD+
++
cholinergicneurongastric
mucosa
Gastric Lumen
SS = somatostatin
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Integration deIntegration de la la Sécrétion gastriqueSécrétion gastrique
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G.I. HORMONESG.I. HORMONES
Structure de Structure de SecretineSecretine (27 AA)(27 AA)(comparison avec (comparison avec d’autres d’autres hormones GI)hormones GI)
Gastrin Gastrin (17 AA)(17 AA)Cholecystokinin Cholecystokinin (CCK (33 AA))(CCK (33 AA))
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Phase Intestinale de la Fonction gastriqueIntegration duodenale & Contrôle
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Gall bladder
Sphincter of Oddi
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Zymogènes• cellules acinaires contiennent les enzymes digestifs
stoqués dans des vésicules sous forme de zymogen• Empêchent l’autodigestion du pancreas• Enterokinase (liée à la bordure en brosse des
enterocytes) convertit le trypsinogène en trypsine• Trypsine convertit les autres zymogènes en leur
formes actives
Duodenum
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Contrôle de la FonctionPancreatique
• secretion de Bicarbonate stimulatée par secretin
• Secretin libéré en response à l’acidité du duodenum
• secretion de Zymogène stimulatée par cholecystokinin(CCK)
• CCK libéré en response aux graisses/acides aminés dansduodenum
• Aussi sous control neural (vagal/local reflexes) -stimulé par l’arrivée d’aliments dans duodenum
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Contrôle de la Fonction Pancreatique
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Résumé des Actions de Secretin & CCK Secretin
Acid dans duodenum
Secretin
Secretion Gastric acid Vidange Gastric Secretion Duodenal HCO3 Secretion Pancreatic HCO3 Secretion Bile duct HCO3
Neutralisation
Cholecystokinin
Graisses/Acides aminés duodenum
CCK
Vidange Gastrique Secretion d’Enzyme Pancreatic
Contraction Vésicule biliaireRelaxation de Sphincter de Oddi
Digestion
-
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Digestion des protéines• protéines dans les aliments
– 0,5 à 0,7 g/jour/kg de poids– complètement digérées et absorbées ( *jéjunum)
• protéines endogènes– 10 à 30 g de protéines provenant des sécrétions
gastrointestinales et de l ’exfoliation de cellulesépithéliales
– digérées et absorbées• Protéines dans les selles:origine du colon
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Digestion des protéines
–Estomac: secrétion de pepsinogène• la pepsine provenant du pepsinogène digère
environ 15 % des protéines ingérées
– l’absence de pepsine gastrique n’entrave pas la digestiondes protéines.
– Elles seront digérées par les protéases pancréatiques auniveau du duodénum et du petit intestin
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Protéines Digestion/AbsorptionProteines (polymères d’ amino acids liés par des liaisons peptidiques)
Peptides
Peptides and Amino Acids
(Proteases) pepsin (cleaves between aromatic & COOH) trypsin (cleaves at basic AA’s, e.g., lysine & arginine)chymotrypsin (aromatic AA’s) carboxypeptidase (C-terminal protease)
dipeptidases &oligopeptidases
Intestinal surfaceenzymes
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DIGESTION
INTESTIN
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Absorbed amino acidsAbsorbed amino acids
Intestinal PhaseIntestinal Phase
IntestinalIntestinalEndocrineEndocrine
Cell Cell
EnteroEntero--oxyntinoxyntin
ProteinProteinDigestionDigestionproductsproducts
HH++
IntestinalIntestinalG CellG Cell GastrinGastrin
-
Glucose, AAGlucose, AAFatty acidsFatty acids
DuodenumDuodenumJejunumJejunum
Insulin secretion Insulin secretion Gastric acid secretion Gastric acid secretionGIPGIP
Acidfat
DuodenumDuodenum Pepsin secretion Pepsin secretion Pancreatic juice secretion Pancreatic juice secretion enzymes enzymes bicarbonate bicarbonate Pancreatic Pancreatic exocirne exocirne growthgrowth
SecretinSecretin
Peptides, AAPeptides, AAFatty acids>8CFatty acids>8CAcidAcid
DuodenumDuodenumJejunumJejunum
Gall Bladder contractionGall Bladder contraction Pancreatic juice secretion Pancreatic juice secretion enzyme enzyme bicarbonate bicarbonate Pancreatic Pancreatic exocirne exocirne growthgrowth
CCKCCK
Peptides, AA Peptides, AA Distention Distention Vagal Vagal activityactivity
AntrumAntrumduodenumduodenum
Gastric acid secretionGastric acid secretion Growth of Growth of oxyntic oxyntic glandgland mucosa mucosa
GastrinGastrin
Secretion stimulusSecretion stimulusRelease siteRelease siteActionActionHormoneHormone
GI HormonesGI Hormones
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p.294p.294Duodenal Response to AcidityRegulation by Secretin
HCl HCl + NaHCO+ NaHCO33 NaCl NaCl + CO + CO22 + H + H22OO
+
+
-
+
gallbladder
liver
HCl
⇓HCl⇓motility
NaCl+ H2O
HCO3HCO3
HCl
NaHC
O 3
NaHCO3
Secret
in
Secret
in
Secret
in
-
Regulation by CCK (Cholecystokinin)
CCK
CCK
CCK
gallbladder
⇑Bile
FOOD
+
-
liver
+
fats &peptides
bile &enzymesfat &protein
digestion
- HCl⇓
Duodenal Response to Food
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Digestion des protéines– Duodénum et intestin grêle
• protéases pancréatiques– trypsine, chymotrypsine , carboxypeptidase A et B et
élastase– ces enzymes sont sous forme de proenzymes– entéropeptidase, sécrété par la muqueuse du duodénum et
du jéjunum, convertit la trypsinogène en trypsine– trypsine convertit le trypsinogène et autres protéases
• 50 % des protéines sont digérées et absorbées dans leduodénum par l’action des protéases
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Digestion des protéines
• peptidases de la bordure en brosse• principalement au jéjunum proximal
– transforme les peptides produits par les protéasespancréatiques en oligosaccharides et acides aminés
– cible principal: peptides de 4 AA et plus (tétrapeptides)– aminopeptidases, dipeptidases, dipeptidyl aminopeptidases
• peptidases dans le cytosol des cellules épithéliales– en quantité plus importante que les peptidases de la bordure
– cible principal: dipeptides et tripeptides» ⇒ acides aminés et quelques dipeptides
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Digestion des protéines• Absorption des produits de la digestion des
protéines– Protéines et gros peptides : peu absorbés– Petits peptides
• dipeptides et tripeptides absorbés par un système detransport actif (alimenté par un différentielélectrochimique de H+)
– spécificité– affinité élevée– jéjunum iléon
• transport possible dans le sang par un transporteur(membrane basolatéral)
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Digestion des protéines
– Acides aminés• Diffusion simple et transport actif dans la bordure en
brosse de la membane et par un autre système ducôté basolatéral
– différents systèmes– iléon léjunum
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p.306p.306
Amino Acid etTransport de Peptides
1. Na+-driven transport.2. H+-driven transport.3. Pinocytosis?
generalement pas unevoie importante
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ZymogènesLes enzymes hydrolytiques sont synthesisés en precurseurs inactifsLe suffixe “ogen”, ou le prefixe “pro” et “prepro” designent un precurseur
L’activation requière un clivage protéolytique pour enlever unpeptide bloquant le site actif
Trypsin
COOH
S - S S - S
π-chymotrypsin (actif)
Chymotrypsin
COOH
S - S S - S
α-chymotrypsin (actif)
COOH
S - S S - S
Chymotrypsinogen (inactif)
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Chymotrypsin
• Protease• Hydrolyse à un AA aromatique• Augmente activité 109-X• Forme intérmédiaire covalent
acyl-enzyme– ester linkage b/w substrate C=O
& enzyme– 2 phases de reaction
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Structure de la Chymotrypsine
• AA Site Actif : Ser 185, His 57, Asp 102• L’enzyme actif contient 3 chaînes peptidiques
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Site actif• Ser OH attaque
C=O du substrat
• O– charge eststablisé par groupN-H dansl’“oxyanion”
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Durant l’attaque par l’hydroxyle de la serine, un protonest transferré de l’hydroxyle de serine sur le noyauimidazole de l’histidine, du fait que le groupe carboxylde l’aspartate forme une liaison H-avec l’histidine.
Le site actif de chaqueserine protease comprendun serine residue, unhistidine residue, & unaspartate residue.
Asp102
His57
Ser195
Catalytic residues in trypsin
PDB 3BTK
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Triade catalytique de la Chymotrypsine
HO CH2
C=O
N
CH..
NN
CH2
CHNC
OH
H :
CO
OCH2
CHHN
O=C:
Catalytic Site
Aspartate
Histidine
Serine
Attacking Group on Serine
-
O
CO
O
Asp
N NHH
His
Ser..
HO—C — CH—NH—C —CH —NH —A-A-A-A-A-A-A-A-
O R O
Hydrophobic Pocket
Chymotrypsin
-
O
CO
O
Asp
N NH H
His
Ser
C —CH —NH —A-A-A-A-A-A-
AA—C — CH—NH3O R
O
Split Protein
Chymotrypsin
-
O
CO
O
Asp
N NH
His
Ser
C —CH —NH —A-A-A-A-A-A
O
HO
H:
Split Protein
AA—C — CH—NH3O R
Chymotrypsin
-
O
CO
O
Asp
N NH
His
Ser
C —CH —NH —A-A-A-A-A-A
O
H
O
Broken Peptide Bond
AA—C — CH—NH3O R
Chymotrypsin
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Inhibiteurs de Protéases:
De nombreux inhibiteurs de protéases sont des protéines avecdes domaines qui entrent dans le centre actif de la protéase etempêchent la liaison du substrat
Les Serpins utilisent un méchanisme suicide pour inhibiber lesserine or cysteine proteases.
Un changement conformational induit l’hydrolyse de la serpinempêche la reaction complète de la protéase, ce qui laisse laserpin liée par covalence comme acyl-enzyme intermediaire.
Des inhibiteurs extracellulaires and intracellulaires and lesserpins ont diverse rôles, notamment la regulation de lacoagulation, l’inhibition de l’apoptose, etc.
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DIGESTION
DIGESTION des LIPIDES
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emulsification
micellar formation
hydrolysisabsorption
re-esterification
lipoproteinformation/transport
emulsification
micellar formation
hydrolysisabsorption
re-esterification
lipoproteinformation/transport
Absorption de graisses: un problem d’association de solvant
Steps in the fatabsorption process
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Digestion des lipides• Les lipides alimentaires sont constitués de
– triglycérides surtout– stérols, esters de stérols et phospholipides
• Les lipides dans l’estomac– forment un couche huileuse dans la partie supérieure du
contenu gastrique– vidangés plus tard et émulsifiés par la bile dans le
duodénum et l ’intestin grêle– les lipides dans le duodénum inhibe la vidange gastrique
• Anomalies plus fréquentes
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• Digestion des lipides dans l’estomac–Enzymes
• lipases préduodénales– lipase linguale (peu importante)– lipase gastrique
» une déficience en lipase gastrique necause pas de malabsorption detriglycérides à cause de l ’abondance delipases pancréatiques
Digestion des lipides
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• Duodénum et jéjunum– Mécanismes
• Enzymes lipolytiques hydrosolubles n ’agissent que surla surface des gouttelettes de lipides
• Émulsion des graisses par les acides biliaires et lalécithine augmentent considérablement la surface
Digestion des lipides
– Enzymes pancréatiques lipolytiques• hydrolase d’ester de glycerol (lipase pancréatique)
– inactivée par les sels biliaires
• colipase– lève l’inactivation de la lipase
• estérase de cholesterol,• phospholipase A2
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Digestion des lipides
• Malabsorption des graisses– déficience biliaire
• absorption des triglycérides moins touchée
– insuffisance pancréatique• absorption de l’ensemble des lipides est touchée
– atrophie intestinale
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FFA+DAG3TAG stoqués dansadipocytes
insuline (-)glucagon (+)Epineph. (+)
adipocyteLipasehormone-sens.
FFA+glycerol
1, 2 &3TAGs ds VLDL ouchylomicron
apo CII (+)insuline (+)
Paroicapillaire
Lipoproteinelipase
FFA insatlysolecithin
2PLs avec AG insat.en position 2
(+) acidesbiliaires(+) Ca2+
Intestingrele
phospholipaseA2 (PLA2)
FFA+glycerol
1, 2 &3TAGs avec AGchain med.
(+) acidesbiliaires
intestin grelelipase du lait
FFA+2MG1 & 3TAGs avec AGchaine longue
(+) colipaseintestin greleLipasepancreatique
FFA+DAG3TAG avec AGchaine med.
----mouth,stomach
Lipase linguale/acide-stable
ProduitsC clivéSubstrat principalRegulationSite d’ActionLipase
Resumé des lipases physiologiquement importantes
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BOUCHE
Lipides: TriacylglycerolsCholesterol estersPhospholipids
Triacylglycerols
ESTOMAC
FFA + DAGs(faible quantités)
Linguale Lipase("acid-stable")
1b
FFA + DAGs(minisculequantités)
LingualeLipase
1a
ETAPE 1: Digestion dans la Bouche et dans l’Estomac
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CCK-PZ causescontraction
PANCREASEXOCRINE
trypsinogen,procolipase,lipase, esterase,HCO3-, proPLA2
CCK-PZstimulatesecretion
Endocrinecell CCK-PZ
via bloodstreamTrypsinogen
Pancreaticlipase
Pancreaticesterase
PancreaticProcolipase
PancreaticProPLA2
FFA
De l’estomac
INTESTINGRELEduodenum/jejunum
Etape 2: Digestion enzymatique dansDuodenum/Jejunum –secretion de zymogens/sels biliaires
Bile SaltstorageBile Acid
SynthesisConjuga-tionFOIE
VESICULEBILIAIRE
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INTESTIN GRELEduodenum/jejunum
FFATrypsinogen
Enteropeptidase
Trypsin
Endocrinecell CCK-PZ
via bloodstream
+
ETAPE 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum –activation de trypsinogen
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ETAPE 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum –lipase (2a), esterase (2b) and phospholipase A2 (2c) pancreatiques
2a
Triacylglycerol Droplet
FFA + 2MG
Pancreaticlipase
Colipase
Trypsincatalyzedactivation
Cholesterol ester2b
Pancreaticesterase
Cholesterol + FFA
+ bile acids
Phospholipid(avec AGinsaturésessentiels)
2c
Pancreatic ProPLA2
PLA2
Trypsin catalyzedactivation
Lysolecithin +FFA+ acids biliaires,Ca2+
PancreaticProcolipase
-
ETAPE 3a: les acides biliaires facilitatent la formation deMicelles mixed
3aCholesterol + FFA
3aLysolecithin +FFA
Micelles mixed:2MG, FFA, lysolecithin,cholesterol, vitaminsA,D,E,K
Coalescence en micelles
Stabilisé par les sels biliaires;faible pKa des sels biliaires vsacide biliaire maintiennent laforme ionizée
3a
FFA + 2MG
-
Micellesmixed
4
Acidesbiliaireslibérés
3b
ETAPE 3b: Bile Acid RecyclingETPAE 4: Lipid Absorption
Reabsorbépar l’ileum Capillaires
FFA,2MG
cholesterollysolecithinvitamin A
Short/mediumchain FFA
FOIE
Circulationenterohepatiqued’acidesbiliaires3b
veineporte
INTESTINGRELEduodenum/jejunum
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6a
B48
Coating withapolipoprotein(with TTP)
Chylomicron vitaminsD, E, K
Triacyl-glycerol
Cholesterol esterPhospholipid
FFA,2MG
cholesterollysolecithinvitamin A
reesterification5 ACAT
6b To lacteals &ductus thoracicus
ETAPE 5: Re-esterificationETAPE 6: ASSEMBLAGE de
Chylomicron & Export
INTESTINGRELEduodenum/jejunum
Acyl CoA:cholesterol acyltransferase
Triacylglyceroltransfer protein
DIGESTIONComposition de la saliveMultifunctionalitéMucinesAmylasesLipase lingualeStatherinesProtéines riches en Proline (PRPs)Lysozyme (muramidase)HistatinesPeroxidases salivairesDIGESTIONDigestion des protéinesDigestion des protéinesDIGESTIONDigestion des protéinesDigestion des protéinesDigestion des protéinesDigestion des protéinesStructure de la ChymotrypsineSite actifDIGESTIONDigestion des lipidesDigestion des lipidesDigestion des lipides