Varenje

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Digestivni sistem
Blausen 0316 DigestiveSystem.png
Detalji
Latinski systema digestorium
Anatomska terminologija

Varenje je razlaganje velikih nerastvornih molekula hrane u male u vodi rastvorne molekule hrane tako da se oni mogu apsorbovati u vodenu krvnu plazmu. U pojedinim organizmima, ove manje supstance se apsorbuju kroz tanka creva u krvni sistem. Varenje je forma katabolizma koja se obično deli u dva procesa na bazi toga kako se hrana razlaže: mehaničko i hemijsko varenje. Termin mehaničko varenje se odnosi na fizičko razlaganje velikih komada u manje komade kojima naknadno mogu pristupiti enzimi varenja. Pri hemijskom varenju, enzimi razlažu hranu u male molekule koje telo može da koristi.

U ljudskom digestivnom sistemu, hrana se unosi kroz usta i mehaničko varenje hrane počinje putem žvakanja, oblika mehaničkog varenja, i vlaženjem pljuvačkom. Pljuvačka, tečnost koju izlučuju pljuvačne žlezde, sadrži pljuvačnu amilazu, enzim koji počinje varenje skroba u hrani; pljuvačka isto tako sadrži sluz, koja „podmazuje“ hranu, i hidrogen karbonat, koji pruža idealne pH uslove (alkalne) za amilazno dejstvo. Nakon mastikacije i razlaganja skroba, hrana je u obliku malih zaobljenih komada muljne mase zvane bolus. Ona se zatim kreće niz jednjak i u želudac posredstvom peristaltika. Želudačna kiselina u želucu započinje varenje proteina. Želudačni sok uglavnom sadrži hlorovodoničnu kiselinu i pepsin. Kako te dve hemikalije mogu da oštete želudačne zidove, želudac izlučuje sluz, koja stvara sluzavi sloj koji deluje kao štit protiv štetnih efekata hemikalija. Uporedo sa varenjem proteina dolazi do mehaničkog mešanja posredstvom peristaltika, koji su talasi mišićnih kontrakcija koji se kreću duž želudačnog zida. Ovim se masa hrane dodatno meša sa digestivnim enzimima.

Nakon nekog vremena (tipično 1–2 sata kod ljudi, 4–6 sati kod pasa, 3–4 sati kod kućnih mačaka), rezultirajuća gusta tečnost se naziva himus. Kad se pilorni sfinkterski ventil otvori, himus ulazi u dvanaestopalačno crevo gde se meša sa digestivnim enzimima iz gušterače i žučnim sokom iz jetre i zatim prelazi u tanko crevo, u kojima se varenje nastavlja. Kad je himus potpuno svaren, on se apsorbuje u krvotok. 95% apsorpcije nutrijenata se odvija u tankom crevu. Voda i minerali se reapsorbuju nazad u krv u debelom crevu, gde je pH blago kiseo u opsegu 5.6 ~ 6.9. Neki vitamini, kao što su biotin i vitamin K (K2MK7) koje proizvode bakterije u debelom crevu se isto tako apsorbuju u krvi u. Otpadni materijal se eliminiše iz rektuma tokom defekacije.[1]

Probavni sistem[uredi]

Digestivni sistemi mogu da poprime mnoge forme. Postoji fundamentalna razlika između unutrašnjeg i spoljašnjeg varenja. Spoljašnje varenje je razvijeno ranije u evolucionoj istoriji, i većina gljiva se još uvek oslanja na njega.[2] U tom procesu, enzimi se izlučuju u sredinu koja okružuje organizam, gde oni razlažu organski materijal, i neki od produkata se difuzijom prenose u organizam. Životinje imaju crevo (gastrointestinalni trakt) u kome se odvija unutrašnje varenje, što je efikasnije pošto se veća količina produkata razlaganja može obuhvatiti, i unutrašnje hemijsko okruženje se može efikasnije kontrolisati.[3]

Neki organizmi, uključujući skoro sve pauke, jednostavno izlučuju biotoksine i digestivne hemikalije (e.g., enzime) u ektracelularno okruženje pre gutanja konsekventne „supe“. Kod drugih, nakon što su potencijalni nutrijenti ili hrana unutar organizma, varenje se može sprovesti u vezikulama ili strukturi koja nalikuje kesi, kroz cev, ili kroz nekoliko specijalizovanih organa namenjenih pospešivanju apsorpcije nutrijenata.

Šematski prikaz bakterijske konjugacije. 1- Donorska ćelija proizvodi pilus. 2- Pilus se pričvršćuje na ćeliju primaoca, čime se ćelije povezuju. 3- Mobilni plasmid se formira i jenolančana DNK se prenosi u primalačku ćeliju. 4- Obe ćelije recirkulišu svoje plazmide, sintetišu drugi lanac, i reprodukuju pili; obe ćelije su sad sposobni donori.

Sekrecioni sistemi[uredi]

Bakterije koriste nekoliko sistema za dobavljanje nutrijenata iz drugih organizma iz okruženja.

Sistem kanalnog transporta[uredi]

U kanalnom transportnom sistemu, nekoliko proteina formira neprekidni kanal koji prolazi kroz unutrašnje i spoljašnje membrane bakterija. To je jednostavan sistem, koji se sastoji od samo tri proteinske podjedinice: ABC proteina, membranskog fuzionog proteina (MFP), i proteina spoljašnje membrane (OMP). Ovaj sekrecioni sistetem transportuje razne molekule, od jona i lekova, do proteina raznih veličina (20 – 900 kDa). Izlučeni molekuli variraju po veličini od malog Escherichia coli peptida kolicina V, (10 kDa) do Pseudomonas fluorescens ćelijskog adhezionog proteina LapA sa 900 kDa.[4]

Molekularni špric[uredi]

Sekrecioni sistem tipa tri predstavlja sistem sa molekularnim špricom koji bakterija koristi (e.g. pojedini tipovi Salmonella, Shigella, Yersinia) za unos nutrijenata u ćelije protista. Jedan takav mehanizam je prvi put otkriven kod Y. pestis i pokazano je da toksini mogu da budu ubrizgani direktno iz bakterijske citoplazme u citoplazmu njihove ćelije domaćina umesto da jednostavno budu izlučeni u ekstracelularni medijum.[5]

Konjugaciona mašinerija[uredi]

Konjugaciona mašinerija nekih bakterija (i arhajskih flagela) ima sposobnost transportovanja DNK i proteina. To je otkriveno kod Agrobacterium tumefaciens, koji koristi taj sistem za uvođenje Ti plazmida i proteina u domaćina, koji razvija krunski gal (tumor).[6] VirB kompleks Agrobacterium tumefaciens je prototipski sistem.[7]

Azotofiksatori vrste Rhizobia su jedan interesantan slučaj. Kod njih konjugativni elementi prirodno učestvuju u konjugaciji između carstava. Takve komponente kao što su Agrobacterium Ti ili Ri plazmidi sadrže genski materijal koji mogu da prenesu u biljne ćelije. Preneseni geni ulaze u jedro biljne ćelije i efektivno transformišu biljne ćelije u fabrike za produkciju opina, koji bakterija koristi kao izvor ugljenika i energije. Ifektirane biljne ćelije formiraju krunski gal ili korenske tumore. Ti i Ri plazmidi su stoga endosimbioti bakterija, koji su isto tako endosimbioti (ili paraziti) zaražene biljke.

Ti i Ri plazmidi su sami konjugativni. Ti i Ri transfer između bakterija koristi jedan sistem koji je nezavistan (tra, ili transfer, operon) od onog za transfer među carstvima (vir, ili virulencija, operon). Takav transfer stvara virulentne loze iz ranije avirulentnog Agrobacteria.

Oslobađanje vezikula spoljašnje membrane[uredi]

Osim upotrebe multiproteinskih kompleksa navedenih gore, Gram-negativne bakterije poseduju još jedan metod za otpuštanje materijala: formiranje spoljno membranskih vezikula.[8][9] Porcije spoljašnje membrane se naboraju, formirajući sferne strukture koje se sastoje od lipidnog dvosloja koji okružuje periplazmične materijale. Za vezikule iz brojnih bakterijskih vrsta je utvrđeno da sadrže faktore virulencije, neki od kojih imaju imunomodulatorne efekte, a neki mogu da direktno prionu i intoksikuju ćelije domaćina. Dok je otpuštanje vezikula demonstrirano kao generalni respons na stresne uslove, postoje indikacije da je proces vezivanja prenosnih proteina selektivan.[10]

List venerine muvolovke (Dionaea muscipula)

Gastrovaskularna šupljina[uredi]

Gastrovaskularna šupljina funkcioniše kao stomak u varenju i distribuciji hranljivih materija za sve delove tela. Ekstracelularno varenje se odvija unutar te centralne šušljine, koja je obložena sa gastrodermisom, unutrašnjim slojem epitela. Ova šupljina ima samo jedan otvor prema spolja koji funkcioniše kao usta i anus: otpad i nesvarena materija se izlučuju kroz usta/anus, što se može opisati kao nekompletan gastrointestinalni trakt.

Kod biljki kao što je venerina muholovka koja može da stvara svoju sopstvenu hranu putem fotosinteze, ne dolazi do konzumacije i varenja plena iz tradicionalnih razloga sakupljanja energije i ugljenika, nego se plen prvenstveno koristi za ekstrakciju esencijalnih hranljivih materija (naročito azota i fosfora) koji su u nedostatku u njenom močvarnom, kiselom staništu.[11]

Trofozoiti iz vrste Entamoeba histolytica sa ingestiranim eritrocitima

Fagozom[uredi]

Fagozom je vakuola formirana oko čestice apsorbovane fagocitozom. Vezikula se formira fuzijom ćelijske membrane oko čestice. Fagozom je ćelijski kompartman u kome patogeni mikroorganizmi mogu da budu ubijeni i svareni. Fagozomi se stapaju sa lizozomima tokom procesa njihove maturacije, formirajući fagolizozome. Kod ljudi, Entamoeba histolytica može da fagocitozira crvena krna zrnca.[12]

Specijalizovani organi i ponašanja[uredi]

Da bi pomogli varenje svoje hrane životinje su evoluirale organe kao što su kljunovi, jezici, zubi, voljka, želidac, i drugi.

Kljun za smicanje semena Katalina papagaja
Kljun lignje sa lenjirom radi poređenja veličine

Kljun[uredi]

Ptice imaju koštane kljunove koji su specijalizovani u skladu s njihovom ekološkom nišom. Na primer, are uglavnom jedu semenje, orahe i voće, koristeći svoje impresivne kljunove da otvore čak i najčvršće semenke. One prvo zagrebu tanku liniju sa oštrom vrhom kljuna, i zatim otvaraju seme pritiskanjem na jednoj od strana svog kljuna.

Usta lignje sadrže oštri rogasti kljun formiran od unakrsno povezanih proteina. On se koristi za ubijanje i komadanje plena u komade podesne za rukovanje. Kljun je veoma robustan, ali ne sadrži minerale, za razliku od zuba i čeljusti mnogih drugih organizama, uključujući morske vrste.[13] Kljun je jedini ne svarljivi deo lignje.

Jezik[uredi]

Jezik je skeletni mišić na dnu usta kojim se manipuliše hrana pri žvakanju (mastikaciji) i gutanju (degluticiji). On je senzitivan i održava se vlažnim pomoću pljuvačke. Donja strana jezika je prekrivena sa glatkom sluzokožom. Jezik isto tako ima osećaj dodira radi lociranja komada hrane koji zahtevaju dalje žvakanje. Jezik se koristi za valjanje komada hrane u boluse pre nego što se transportuju niz jednjak do peristaltika.

Sublingvalni region ispid vrha jezika je lociran na mestu gde je oralna sluzokoža veoma tanka i ispod koje se nalazi splet vena. To je idealna lokacija za uvođenje pojednih lekova u telo. Sublingualna ruta iskorištava prednost od visoko vaskularnog kvaliteta oralne šupljine, i omogućava brzu primenu lekova u kardiovaskularni sistem, zaobilazeći gastrointestinalni trakt.

Zubi[uredi]

Zubi (jednina zub) us male beličaste strukture prisutne u vilicama (ili ustima) mnogih kičmenjaka koji se koriste za kidanje, grebanje, sisanje i žvakanje hrane. Zubi se ne sastoje od kosti, nego od tkiva varirajuće gustine i čvrstine, kao što je gleđ, dentin i cement. Ljudski zubi imaju krvni i nervni pristup čime se omogućava propriocepcij. To je sposobnost senzacije pri žvakanju, na primer ako se zagrize nešto suviše tvrdo za zub, kao što je komadić okrnjenog tanjira pomešan sa hranom, zubi šalju poruku mozgu tako da se žvakanje zaustavlja.

Oblici, veličina i broj tipova životinjskih zuba je povezan sa ishranom. Na primer, biljojedi imaju brojne kutnjake koi se koriste za mlevenje biljnog materijala, koji se teško može svariti. Mesojedi imaju očnjake koji se koriste za ubijanje i kidanje mesa.

Voljka[uredi]

Voljka, ili krup, je tankozidni proširena porcija probavnog trakta koja se korisit za otpremanje hrane pre varenja. Kod nekih pticas to je proširena, mišićava vrećica u blizini jednjaka ili grla. Kod odraslih goluba, voljka može da proizvodi zubno mleko za hranjenje novo izleženih mladunaca.[14]

Pojedini insekti mogu da imaju vojku ili povećani jednjak.

Gruba ilustracija digestivnog sistema ruminatora

Sičug[uredi]

Biljojedi su tokom evolucije razvili slepa creva (ili abomasum u slučaju preživara). Preživari imaju prednji stomak sa četiri komore. To su burag, retikulum, omasum, i abomasum. U prve dve komore, buragu i retikulumu, hrana se meša sa pljuvačkom i izdvaja u slojeve čvrstog i tečnog materijala. Čvrsti sadržaj se sabija zajedno i formira kad (ili bolus). Masa se zatim vraća u usta, biva sporo žvakana čime se potpuno izmeša sa pljuvačkom razlaže se u male čestice.

Vlakna, posebno celuloza i hemiceluloza, se prvenstveno razlažu u isparljive masne kiseline, sirćetnu kiselinu, propionsku kiselinu i buternu kiselinu u tim komorama (retikulo-rumenskim) posredstvom mikroba: (bakterija, protozoa, i gljiva). U omasumu, voda i mnogi neorganski elementi se apsorbuju u krvotok.

Abomasum je četvrti i finalni kompartman stomaka kod preživara. On je blisko ekvivalentan monogastričnom stomaku (e.g., onom kod ljudi ili svinja), i digesta se ovde transformiše na veoma sličan način. On služi prevashodno kao mesto za kiselu hidrolizu mikrobnog i dijetarnog proteina, čime se ti proteinski izvori pripremaju za dalje varenje i apsorpciju u tankom crevu. Digesta se konačno premešta u tanko crevo. Mikrobima proizveddeni retikulo-rumen se isto tako vari u tankom crevu.

Muva zlaara „duva mehur“, verovatno da bi koncentrisala svoju hranu putem evaporacije vode

Specijalizovana ponašanja[uredi]

Regurgitacija je gore pomenuta u kontekstu abomasuma i vojke, kao i sekrecije mleka iz vojke kod goluba sa kojim roditelji hrane svoje mlade.[15]

Mnoge ajkule imaju sposobnost prevrtanja svog stomaka naopačke i da ga izvrnu iz usta kako bi se oslobodili neželjenog sadržaja (što se možda razvilo kao način redukavanja izlagalju toksinima).

Druge životinje, kao što su kunići i glodari, praktikuju koprofagna ponašanja – konzumacije specijalizovanih fekalije kako bi ponovo digestirali hranu, posebno u slučaju krmnog bilja. Kapibare, kunići, hrčci i druge srodne vrste nemaju kompleksan digestivni sistem, kao na primer, preživari. Umesto toga on ekstrahuju više nutrijenata iz trave tako što je propuštaju hranu po drugi put kroz stomak. Meke fekalne pelete delimično svarene hrane se izlučuju i generalno konzumiraju odmah. Oni takođe proizvode normalne izmete, koje se ne jedu.

Mladi slonovi, pande, koale, i nosorozi jedu fekalije njihovih majki, verovatno da bi stekli bakterije koje su im neophodne za varenje vegetacije. Nakon rođenja njihova creva ne sadrže te bakterije (ona su kompletno sterilna). Bez tih bakterija, oni ne bi mogli da ostvare bilo kakvu nutricionu dobit iz mnogih biljnih komponenti.

Digestivni sistem glista[uredi]

Digestivni sistem glista se sastoji od usta, ždrela, jednjaka, voljke, bubca, i creva. Usta su okružena jakim usnama, koje deluju kao šaka za uzimanjnje komada suve trave, lišća, ili korova, sa delovima tla koji im pomožu pri žvakanju. Usne razlažu hranu u manje komade. U ždrelu se hrana vlaži sluznim sekretom radi lakšeg prolaza. Jednjak dodaje kalcijum karbonata kojim se neutralizuju kiseline formirane truljenjem hrane. Do privremenog nakupljanja hrane dolazi u bojci gde se hrana i kalcijum karbonat mešaju. Močni mišići bubca mute i mešati masu hrane i prljavštine. Kad se mežanje zvarši, žlezde u zidovima bubca dodaju enzime u gustu pastu, koji pomažu u hemijskom razlaganju organske materije. Putem peristaltika, smeđa se šalje do creva gde prijateljske bakterije nastavljaju hemijsko razlaganje. Time se oslobađaju ugljeni hidrati, proteini, masnoće, i razni vitamini i minerali za apsorpciju u telo.

Tipovi varenja hrane u životinjskom svetu[uredi]

U životinjskom svetu postoje tri tipa varenja hrane: unutarćelijsko, vanćelijsko i membransko. Kod unutarćelijskog varenja enzimi, pomoću kojih se hrana hemijski razgrađuje, luče se i deluju u samoj ćeliji. Ćelija uvlači u sebe hranljive materije i pakuje ih u vezikule, koje se spajaju sa organelama sa enzimima za razlaganje hrane. Ovaj tip varenja karakterističan je za jednoćelijske organizme kao sto su sunđeri, neki mekušci i bodljokošci, kao i za neke višećelijske organizme. Vanćelijsko varenje je karakteristično za crve, rakove, insekte i sve hordate, a obavlja se delovanjem enzima koji se iz ćelija žlezda (pljuvačnih ili pankreasa, na primer) liče u lumen creva. Membransko varenje obavljaju enzimi vezani za membrane ćelija zida tankog creva, koji razlažu dimere belančevina i ugljenih hidrata na monomere, i to tokom njihovog preuzimanja iz lumena creva u ćelije zida tankog creva.

Put i razlaganje hrane u crevnom traktu[uredi]

Sistem organa za varenje, u vidu mišićne cevi koja se proteže od prednjeg dela trupa, karakterističan je za složenije beskičmenjake i sve kičmenjake. Tokom evolucije došlo je do diferencije mišićne cevi - crevnog trakta na osnovu uloge u procesu varenja hrane. Tako se razlikuju delovi za unošenje i mehaničku obradu hrane (usna duplja), za transport (jednjak), za hemijsko razlaganje hrane i apsorpciju produkata razlaganja u krv (tanko crevo) i, na kraju, za obrazovanje i izbacivanje nepotrebnih produkata varenja (debelo crevo).

Reference[uredi]

  1. Maton, Anthea; Hopkins, Jean; Charles William McLaughlin; Johnson, Susan; Maryanna Quon Warner; LaHart, David; Wright, Jill D. (1993). Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey, USA: Prentice Hall. OCLC 32308337. ISBN 0-13-981176-1. 
  2. Dusenbery, David B. . “Life at Small Scale”, Scientific American Library, New York. 1996. ISBN 0-7167-5060-0. str. 113-115.
  3. Dusenbery, David B. . Living at Micro Scale. str. 280. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 2009. ISBN 978-0-674-03116-6.
  4. Wooldridge K, ur. (2009). Bacterial Secreted Proteins: Secretory Mechanisms and Role in Pathogenesis. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-42-4. 
  5. Salyers, A. A. & Whitt, D. D. . Bacterial Pathogenesis: A Molecular Approach, 2nd ed., Washington, D.C.: ASM Press. 2002. ISBN 1-55581-171-X.
  6. Cascales E, Christie PJ (2003). „The versatile Type IV secretion systems”. Nature Reviews Microbiology. 1 (2): 137—149. PMC 3873781Slobodan pristup. PMID 15035043. doi:10.1038/nrmicro753. 
  7. PJ, Christie; K, Atmakuri; S, Jabubowski; V, Krishnamoorthy; Cascales E. (2005). „Biogenesis, architecture, and function of bacterial Type IV secretion systems”. Annu Rev Microbiol. 59: 451—485. PMC 3872966Slobodan pristup. PMID 16153176. doi:10.1146/annurev.micro.58.030603.123630. 
  8. Chatterjee, S. N.; Das, J (1967). „Electron microscopic observations on the excretion of cell-wall material by Vibrio cholerae”. Journal of general microbiology. 49 (1): 1—11. PMID 4168882. doi:10.1099/00221287-49-1-1. 
  9. Kuehn, M. J.; Kesty, N. C. (2005). „Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction”. Genes & Development. 19 (22): 2645—55. PMID 16291643. doi:10.1101/gad.1299905. 
  10. McBroom, A. J.; Kuehn, M. J. (2007). „Release of outer membrane vesicles by Gram-negative bacteria is a novel envelope stress response”. Molecular Microbiology. 63 (2): 545—558. PMC 1868505Slobodan pristup. PMID 17163978. doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05522.x. 
  11. Leege, Lissa. „How does the Venus flytrap digest flies?”. Scientific American. Pristupljeno 2008-08-20. 
  12. Boettner, D. R.; Huston, C. D.; Linford, A. S.; Buss, S. N.; Houpt, E.; Sherman, N. E.; Petri, W. A. (2008). „Entamoeba histolytica Phagocytosis of Human Erythrocytes Involves PATMK, a Member of the Transmembrane Kinase Family”. PLoS Pathogens. 4 (1): e8. PMC 2211552Slobodan pristup. PMID 18208324. doi:10.1371/journal.ppat.0040008. 
  13. Miserez, A; Li, Y; Waite, H; Zok, F (2007). „Jumbo squid beaks: Inspiration for design of robust organic composites”. Acta Biomaterialia. 3 (1): 139—149. PMID 17113369. doi:10.1016/j.actbio.2006.09.004. 
  14. Gordon John Larkman Ramel (2008-09-29). „The Alimentary Canal in Birds”. Pristupljeno 2008-12-16. 
  15. Levi, Wendell (1977). The Pigeon. Sumter, S.C.: Levi Publishing Co, Inc. ISBN 0-85390-013-2. 

Spoljašnje veze[uredi]