DIGESTION

PHASE CEPHALIQUE:La SALIVE

Composition de la salive• Mucines• Proline-rich proteines• Amylase• Lipase• Peroxidase• Lysozyme• Lactoferrine• IgA• Histatines• Statherine• glucides, hormones stéroides, amino-acides, ammoniac, urée

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

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)

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 ?

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 chezle nouveau-né

• Très hydrophobe : pénètre dans les globules degraisse alimentaire

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

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%

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

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

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

DIGESTION

ESTOMAC

Regulation deRegulation del’activité gastriquel’activité gastrique

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

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

DigestionDigestionde de protéinesprotéines

PeptidesPeptidesAminoAminoacidsacids HH++acetylcholineacetylcholine

gastringastrinVagoVago--vagalvagalreflexreflex

bombesinbombesin

locallocalreflexreflex acetylcholineacetylcholine

DistentionDistentionde de l’estomacl’estomac

Phase Phase gastriquegastrique

Factors Regulating Acid SecretionFactors Regulating Acid Secretion

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

*

GASTRIN

histamine

Parietalcell

ECL cell

Chief cell

D-cell

somatostatin -

+

noradrenaline,

CCK, VIP & CGRP

Ach

H+

-

++

Gland lumen

+

CONTROL de SECRETION ACIDE

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

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

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

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

-

Integration deIntegration de la la Sécrétion gastriqueSécrétion gastrique

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))

Phase Intestinale de la Fonction gastriqueIntegration duodenale & Contrôle

Gall bladder

Sphincter of Oddi

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

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

Contrôle de la Fonction Pancreatique

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

-

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

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

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

DIGESTION

INTESTIN

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

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

NaHCO 3

NaHCO3

Secretin

Secretin

Secretin

Regulation by CCK (Cholecystokinin)

CCKCCKCCK

gallbladder

⇑Bile

FOOD

+

-

liver

+

fats &peptides

bile &enzymesfat &

proteindigestion

- HCl⇓

Duodenal Response to Food

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

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

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)

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

p.306p.306

Amino Acid etTransport de Peptides

1. Na+-driven transport.2. H+-driven transport.3. Pinocytosis?

generalement pas unevoie importante

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)

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

Structure de la Chymotrypsine

• AA Site Actif : Ser 185, His 57, Asp 102• L’enzyme actif contient 3 chaînes peptidiques

Site actif• Ser OH attaque

C=O du substrat

• O– charge eststablisé par groupN-H dansl’“oxyanion”

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

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—NH3

O 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—NH3

O 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—NH3

O R

Chymotrypsin

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.

DIGESTION

DIGESTION des LIPIDES

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

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

• 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

• 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

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

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

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

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

INTESTIN GRELEduodenum/jejunum

FFATrypsinogen

Enteropeptidase

Trypsin

Endocrinecell CCK-PZ

via bloodstream

+

ETAPE 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum –activation de trypsinogen

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

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