DIGESTION 3.05 Enzymes digestifs - unifr.ch

DIGESTION�3.05�

Enzymes digestifs Digestion

– Phase céphalique – Phase gastrique

» Pancréas – Phase intestinale

» Digestion des protéines » Digestion des lipides

Composition de la salive

•  Mucines •  Proline-rich proteines •  Amylase •  Lipase •  Peroxidase •  Lysozyme •  Lactoferrine •  IgA •  Histatines •  Statherine •  glucides, hormones

stéroides, amino-acides, ammoniac, urée

Multifunctionalité

Functions salivaires

Anti- Bacterial Tampon

Digestion

Mineral- isation

Lubrificat- ion &Visco- elasticity

Tissue Coating

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

Phase céphalique

Mucines •  Lubrication •  Glycoproteines - proteine core avec chaines

d‘oligosaccharides (liaison O-glycosidique) •  > 40% of carbohydrates •  Hydrophiles, (resistantes à déhydration) •  propriétés rhéologiques uniques (e.g., haute élasticité,

adhesivité, and faible solubilité) •  2 mucines majeures (MG1 and MG2)

Phase céphalique

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 ?

Phase céphalique

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

Phase céphalique

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

Phase céphalique

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%

Phase céphalique

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

Phase céphalique

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

Phase céphalique

Peroxidases salivaires •  Sialoperoxidase (SP, salivary peroxidase)

– Produites dans cellules acinaires des glandes parotides

–  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

Phase céphalique

DIGESTION�3.05�





Phase gastrique

G

gastrin

circulation

HCl

vagus nerve

ALIMENTS

Distension Peptides

Phase Gastrique de Secretion

(initiée par des évènements gastriques)

G

gastrin

circulation

HCl

vagus nerve

Phase Cephalique de Secretion gastrique (initiéé par le cerveau)

Phases de la Sécrétion Gastrique Phase gastrique

Phase gastrique

Phase gastrique

Phase gastrique

Phase gastrique

Gall bladder

Sphincter of Oddi

Phase gastrique: pancréas


Zymogènes •  cellules acinaires contiennent les enzymes digestifs

stoqués dans des vésicules sous forme de zymogènes •  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 Fonction Pancreatique •  secretion de Bicarbonate stimulée par Secretine

•  Secretine libérée en response à l’acidité du duodenum

•  secretion de Zymogène stimulée par Cholecystokinine (CCK)

•  CCK libérée en response aux graisses/acides aminés dans duodenum

•  Aussi sous contrôle neuronal (n. vague/reflexes locaux) - stimulé par l’arrivée d’aliments dans duodenum


Actions de Secretine & CCK Secretine

Acidité dans duodenum

Secretine

Secretion acide Gastrique Vidange Gastrique Secretion Duodenal HCO3 Secretion Pancreatique HCO3 Secretion Biliaire HCO3

Neutralisation

Cholecystokinine

Graisses/Ac.Aminés duodenum CCK

Vidange Gastrique Secretion d’Enzyme Pancreatique Contraction Vésicule biliaire Relaxation du Sphincter Oddi

Digestion

-


DIGESTION�3.05�





Phase Intestinale de la Fonction gastrique

Integration duodenale & Contrôle

Acid - fat

Phase intestinale

Duodenal Response to Acidity Regulation by Secretin

+

+

-

+

gall bladder

liver

HCl

⇓ HCl ⇓ motility

NaCl + H2O

HCO3

HCl

Phase intestinale

Regulation by CCK (Cholecystokinin)

gall bladder

⇑ Bile

FOOD

+

-

liver

+

fats & peptides

bile & enzymes fat &

protein digestion

- HCl ⇓

Duodenal Response to Food Phase intestinale

•  protéines dans les aliments –  0,5 à 0,7 g/jour/kg de poids –  complètement digérées et absorbées (*jéjunum)

•  protéines endogènes –  10-30 g de protéines provenant des sécrétions

gastrointestinales et de l’exfoliation de cellules épithéliales –  digérées et absorbées

•  Protéines dans les selles:origine du colon

Phase intestinale

Digestion des protéines - I

Digestion des protéines - II

– Duodénum et intestin grêle •  protéases pancréatiques

–  trypsine, chymotrypsine, carboxypeptidase A/B, élastase – ces enzymes sont sous forme de proenzymes – entéropeptidase, sécrétée 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 le duodénum par l’action des protéases

– Estomac: secrétion de pepsinogène la pepsine provient du pepsinogène & digère environ 15 % des protéines ingérées

–  l’absence de pepsine gastrique n’entrave pas la digestion des protéines. –  elles seront digérées par les protéases pancréatiques au niveau du duodénum et

du petit intestin

Phase intestinale

•  peptidases de la bordure en brosse •  principalement au jéjunum proximal

–  transforme les peptides produits par les protéases pancréatiques 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

Phase intestinale

Digestion des protéines - III

•  Absorption des produits de la digestion des protéines – Protéines et gros peptides : peu absorbés – Petits peptides

•  dipeptides et tripeptides absorbés par un système de transport actif (alimenté par un différentiel électrochimique de H+)

–  spécificité –  affinité élevée –  Jéjunum -> iléon

•  transport possible dans le sang par un transporteur (membrane basolatérale)

– Acides aminés •  Diffusion simple et transport actif dans la bordure en brosse

de la membane et par un autre système du côté basolatéral –  différents systèmes –  Iléon .> léjunum

Phase intestinale

Digestion des protéines - IV

Proteines

Peptides

Peptides and Amino Acids

(Proteases) pepsin (cleaves between aromatic & COOH) trypsin (cleaves at basic AA : lysine & arginine) chymotrypsin (aromatic AA’s) carboxypeptidase (C-terminal protease)

dipeptidases & oligopeptidases

Intestinal surface enzymes

Phase intestinale

Transport de Peptides et Aminoacides

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

Digestion des protéines - V

Zymogènes Les enzymes hydrolytiques sont synthesisés en precurseurs inactifs Le suffixe “ogen”, ou le prefixe “pro” et “prepro” designent un precurseur L’activation requière un clivage protéolytique pour enlever un peptide 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)

Phase intestinale: digestion de protéines


Chymotrypsin •  Protease •  Hydrolyse à un AA aromatique •  Augmente activité 109x •  Forme intérmédiaire covalente: = acyl-enzyme

–  ester linkage b/w substrate C=O & enzyme –  2 phases de reaction

•  AA Site Actif : Ser185, His57, Asp102

•  L’enzyme actif contient 3 chaînes peptidiques


Durant l’attaque par OH- de la Ser, un H+ est transferré de OH- de Ser sur le noyau imidazole de His, du fait que le groupe COO- de Asp forme une liaison H-avec His.

Le site actif de chaque serine protease comprend un serine residue, un histidine residue, & un aspartate residue.

Asp102

His57

Ser195

Catalytic residues in trypsin

PDB 3BTK Chymotrypsin Phase intestinale: digestion de protéines

Triade catalytique de la Chymotrypsine

H O CH2

C= O

N

CH ..

N N

CH2

CH N C

O H

H :

C O

O CH2

CH HN

O=C :

Catalytic Site

Aspartate

Histidine

Serine

Attacking Group on Serine


Inhibiteurs de Protéases:

  De nombreux inhibiteurs de protéases sont des protéines avec des domaines qui entrent dans le centre actif de la protéase et empêchent la liaison du substrat

  Les Serpins utilisent un méchanisme suicide pour inhibiber les serine or cysteine proteases.

Un changement conformational induit l’hydrolyse de la serpin empêche la reaction complète de la protéase, ce qui laisse la serpin liée par covalence comme acyl-enzyme intermediaire.

Des inhibiteurs extracellulaires and intracellulaires and les serpins ont diverse rôles, notamment la regulation de la coagulation, l’inhibition de l’apoptose, etc.


emulsification

Formation de micelles

hydrolyse absorption

re-esterification

lipoprotein formation/transport

Absorption de graisses: un probleme d’association de solvant

Etapes d’absorption des graisses

Phase intestinale: digestion de Lipides

Digestion des lipides - I •  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 inhibent la vidange gastrique

•  Anomalies plus fréquentes •  Malabsorption des graisses

–  déficience biliaire: absorption des triglycérides moins touchée –  insuffisance pancréatique: absorption de l’ensemble des lipides est touchée –  atrophie intestinale


•  Digestion des lipides dans l’estomac –  Enzymes: lipases préduodénales

»  lipase linguale (peu importante) »  lipase gastrique

une déficience en lipase gastrique ne cause pas de malabsorption de triglycérides à cause de l’abondance de lipases pancréatiques

Digestion des lipides - II

•  Duodénum et jéjunum –  Mécanismes

•  Enzymes lipolytiques hydrosolubles n’agissent que sur la surface des gouttelettes de lipides

•  Émulsion des graisses par les acides biliaires et la lécithine augmentent considérablement la surface

–  Enzymes pancréatiques lipolytiques •  hydrolase d’ester de glycerol (lipase pancréatique)

–  inactivée par les sels biliaires •  Colipase : lève l’inactivation de la lipase •  Cholesterol estérase, •  phospholipase A2


LIPASE - Co-LIPASE Phase intestinale: digestion de Lipides

Lipase Site d’Action Regulation Substrat principal C clivé Produits

Lipase linguale /acide-stable

mouth, stomach

---- TAG avec AG chaine med.

3 FFA+DAG

Lipase pancreatique

intestin grele (+) colipase TAGs avec AG chaine longue

1 & 3 FFA+2MG

lipase du lait intestin grele (+) acides biliaires

TAGs avec AG chain med.

1, 2 &3 FFA+ glycerol

phospholipase A2 (PLA2)

Intestin grele

(+) acides biliaires (+) Ca2+

PLs avec AG insat. en position 2

2 FFA insat lysolecithin

Lipoproteine lipase

Paroi capillaire

apo CII (+) insuline (+)

TAGs ds VLDL ou chylomicron

1, 2 &3 FFA+ glycerol

Lipase hormone-sens.

adipocyte insuline (-) glucagon (+) Epineph. (+)

TAG stoqués dans adipocytes

3 FFA+DAG

Resumé des lipases physiologiquement importantes

FFA: free fatty acids (acides gras libres) TAG: triacylglycérol DAG: diacylglycérol MG: monoacylglycérol


BOUCHE

Lipides: Triacylglycerols Cholesterol esters Phospholipids

Triacylglycerols

ESTOMAC

FFA + DAGs (faibles quantités)

Lipase linguale ("acide-stable")

1b

FFA + DAGs (miniscules quantités)

Lipase linguale

1a

ETAPE 1: Digestion dans la Bouche et dans l’Estomac FFA=ac gras libre

CCK-PZ provoque contraction

PANCREAS EXOCRINE

trypsinogène, procolipase, lipase, esterase, HCO3

-, proPLA2

CCK-PZ stimule secretion

Endocrine cell CCK-PZ

via bloodstream Trypsinogen

Pancreatic lipase

Pancreatic esterase

Pancreatic Procolipase

Pancreatic ProPLA2

FFA

de l’estomac

INTESTIN GRELE duodenum/jejunum

Etape 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum – secretion de zymogenes/sels biliaires

Bile stockage ac Biliaires

Synthèse Conjuguaison FOIE

VESICULE BILIAIRE


FFA Trypsinogène

Enteropeptidase

Trypsine

Endocrine cell CCK-PZ

via circulation

+

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

FFA=ac gras libre

ETAPE 2b: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum – lipase (2a), esterase (2b) and phospholipase A2 (2c) pancreatiques

2a

Gouttelettes Triacylglycerol

FFA + 2MG

Pancreatic lipase

Colipase

activation catalysée par

trypsine

Cholesterol ester 2b

Pancreatic esterase

Cholesterol + FFA

+ bile acids

Phospholipide (avec AG insaturés essentiels)

2c

Pancreatic ProPLA2

PLA2

Trypsin catalyzed activation

Lysolecithine +FFA + acides biliaires Ca2+

Pancreatic Procolipase

FFA=ac gras libre

ETAPE 3a: les acides biliaires facilitent la formation de Micelles mixtes

3a Cholesterol + FFA

3a Lysolecithin +FFA

Micelles mixtes: 2MG, FFA, lysolecithin, cholesterol, vitamins A,D,E,K

Coalescence en micelles

Stabilisé par les sels biliaires; faible pKa des sels biliaires vs acide biliaire maintiennent la forme ionizée

3a

FFA + 2MG

FFA=ac gras libre

Micelles mixtes

4

Acides biliaires libérés

3b

ETAPE 3b: Bile Acid Recycling ETPAE 4: Lipid Absorption

Reabsorbé par l’ileum Capillaires

FFA, 2MG

cholesterol lysolecithin vitamin A

Short/medium chain FFA

FOIE

Circulation enterohepatique d’acides biliaires

3b

veine porte


FFA=ac gras libre

6a

B48

Coating with apolipoprotein (with TTP)

Chylomicron vitamins D, E, K

Triacyl- glycerol

Cholesterol ester Phospholipid

FFA, 2MG

cholesterol lysolecithin vitamin A

reesterification 5 ACAT

6b To lacteals & ductus thoracicus

ETAPE 5: Re-esterification ETAPE 6: ASSEMBLAGE de

Chylomicron & Export


Acyl CoA: cholesterol acyl transferase

Triacylglycerol transfer protein

FFA=ac gras libre

DIGESTION�des�

ALIMENTS

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