Биохимия пищеварения рыб

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Биохимия пищеварения рыб



Содержание

Введение

1. Переваривание углеводов

2. Переваривание липидов

3. Переваривание белков

4. Участие микрофлоры в процессах пищеварения

Литература



Введение

Между живым организмом и окружающей средой существует постоянная тесная взаимосвязь, проявляющаяся прежде всего в поступлении пищевых веществ в организм в течение всей его жизни. Различают экзогенное питание (питательные вещества поступают извне) и эндогенное (использование резервных веществ организма). Для большинства наземных животных и рыб экзогенное питание является основным, или первичным, именно оно обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма и накопление резервных веществ, используемых в случае необходимости как эндогенное питание. У некоторых видов рыб (сазан, сельдь, тихоокеанский лосось, осетровые и т.д.) эндогенное питание становится основным во время длительной зимовки или миграции.

Основными компонентами пищи рыб, как и всех животных, являются белки, жиры и углеводы. Биохимическая функция желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) заключается в преобразовании сложных органических веществ в относительно простые, способные к всасыванию и усвоению. Совокупность процессов механического и химического превращения сложных пищевых веществ в легкодоступные организму принято называть пищеварением. Роль желудочно-кишечного тракта рыб при этом не сводится только к перевариванию и всасыванию питательных веществ, одновременно он принимает участие в выделении в полость ЖКТ эндогенных веществ (белков, липидов и т. д.), участвующих в метаболизме. Здесь эти вещества так же, как экзогенные, расщепляются и вновь всасываются. Таким образом, происходит кругооборот между кровью и пищеварительной системой, что важно для поддержания динамического состояния течения химических процессов в организме рыб в период длительного голодания.

Корригирующая деятельность ЖКТ проявляется в осуществлении регуляции приспособительных процессов, направленных на сбалансирование всасываемых в кишечнике смесей питательных веществ необходимыми соединениями, отсутствующими в пище или поступившими в недостаточном количестве.

Экскреторная функция проявляется в выделении с секретами желез (желчь, пищеварительные соки) из крови в полость ЖКТ продуктов обмена или токсических веществ, которые частично или полностью выводятся с фекалиями.

Особую роль в пищеварении играют процессы, обусловленные деятельностью кишечной микрофлоры, так как превращение пищевых веществ происходит не только при участии ферментов собственно организма, но и при участии ферментов, выделяемых микрофлорой.

Вода, минеральные вещества, витамины, гормоны небелковой природы и другие низкомолекулярные соединения поступают в кровь из ЖКТ практически без изменений.

В зависимости от характера питания различают три основные группы рыб: растительноядные (фитофаги), животноядные (зоофаги), всеядные (зоофитофаги). Рыбоводы выделяют два типа: хищные и мирные.

Химическая структура употребляемой пищи сформировала в процессе эволюции соответствующие ферментативные системы и типы обмена веществ у биологических видов. Рыбы во многом являются типичными позвоночными животными. Вместе с тем водная среда обитания определяет специфику биохимических процессов пищеварения, что, в свою очередь, определяет имеющиеся некоторые отличительные черты обмена веществ. Эти отличия обусловлены разнообразием поедаемой пищи, переключением с одной пищи на другую, наличием или отсутствием желудка, отсутствием химической и механической обработки пищи в ротовой полости, не всегда благоприятной реакцией среды для действия ферментов в отделах ЖКТ.

Знания пищевых потребностей рыб, процессов пищеварения, характера использования пищи позволят грамотно составлять искусственные кормовые смеси, обнаруживать причинно-следственную связь между кормлением и заболеванием организма и тем самым достигать максимально эффективного процесса ассимиляции пищи.

рыба питание пищеварение



1. Переваривание углеводов

Рыбы, как и высшие позвоночные, не способны к первичному биосинтезу углеводов, поэтому главным источником углеводов для них является пища, в первую очередь растительного происхождения.

В питании мирных рыб углеводы растительных кормов являются основным источником энергии, при их недостатке организм вынужден использовать значительную часть белка корма на покрытие энергетических потребностей, что снижает эффективность использования кормов и ведет к снижению уровня продуктивности.

Углеводы делят на три класса: моносахариды, олигосахариды, полисахариды. В кормах из моносахаридов в основном встречаются гексозы и пентозы (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, рибоза, арабиноза). Олигосахариды чаще представлены мальтозой, сахарозой, трегалозой и целлобиозой как продуктом промежуточного превращения клетчатки. Полисахариды пищи можно разделить на две группы: структурные и универсальные пищевые. Структурные полисахариды обычно не перевариваются позвоночными или перевариваются с помощью кишечной микрофлоры. К ним относят целлюлозу, лигнин, пентозаны, маннаны. Универсальные пищевые полисахариды представлены гликогеном и крахмалом.

Животные и рыбы усваивают углеводы только в виде моносахаридов, поэтому олигосахариды и полисахариды в пищеварительном тракте подвергаются ферментативному гидролизу до моносахаридов. Усвоение углеводов рыбами происходит примерно на 50-60% и зависит от сложности их структуры. Например, у форели углеводы усваиваются на 40%, в том числе глюкоза - на 100%, мальтоза - на 90%, сахароза - на 70%, лактоза - на 60%, сырой крахмал - на 40%, варе-ный - на 60%.

У человека и высших животных переваривание углеводов начинается уже в ротовой полости, где пища подвергается механической (пережевывание) и химической обработке под действием довольно активных ферментов слюны - амилазы и мальтазы.

У рыб отсутствуют слюнные железы. У некоторых видов рыб имеются глоточные зубы и небная пластина, с помощью которых корм частично перетирается и смачивается слизью, выделяемой слизистой глотки и пищевода. В составе слизи обнаруживаются амилаза и мальтаза. У хищных рыб эти ферменты малоактивны и не играют существенной роли в пищеварении. у безжелудочных рыб, таких как карп, амилаза и мальтаза достаточно активно участвуют в предварительной обработке пищи. Заглатываемая пища через короткий пищевод попадает в желудок, у безжелудочных рыб - в передний, несколько расширенный отдел кишечника.

Переваривание углеводов в желудке. У теплокровных из-за отсутствия или низкой активности амилолитических ферментов в желудочном соке пищеварение углеводов в желудке практически отсутствует. У рыб (угорь, судак, ставрида, радужная форель, желтохвостик) в желудочном соке обнаружены ферменты класса гидролаз, подкласса гликозидаз - амилаза, хитиназа, лизоцим, гиалуронидаза, осуществляющие гидролиз гликозидных связей.

Большинство гликозидаз проявляют максимальную активность при рН 6,0-7,5. Кислая реакция желудочного сока (рН 0,8-4,0) практически не позволяет проявлять активность амилазе и гиалуронидазе, сохраняя возможность участия в пищеварении хитиназе и лизоциму.

Хитиназа (рН оптимум 4,6-4,0) расщепляет хитин до дисахарида хитобиозы и частично до его структурного мономера N-ацетил-глюкозамина:

СН₂ОН CH₂OH СН₂ОН

хитиназа

ОН Н О OH Н O ОН Н nH₂O

ОН ОН

Н NH-CO-CH₃ Н NH-CO-CH₃ n Н NH-CO-CH₃

молекула хитина

СН₂-ОН CH₂-OH СН₂-ОН

m ОН Н О OH Н + х ОН Н

ОН OH ОН ОН

Н NH-CO-CH₃ Н NH-CO-CH₃ n Н NH-CO-CH₃

хитобиоза N-ацилглюкозамин

Хитин - представитель мукополисахаридов, является главной составной частью покровных тканей членистоногих, где он находится в комплексе с белками и минеральными солями. Роль хитиназы заключается в гидролизе гликозидных связей хитина, что способствует разрушению эндоскелета членистоногих. Осуществляя эту работу, хитиназа способствует процессам мацерирования (лишение структуры, разжижение) механически не обработанной пищи, и тем самым делает ее легко доступной для действия других ферментов. Активность хитиназы невелика и полного усвоения покровных тканей насекомых, ракообразных, оболочек яиц артемий не происходит. Образующиеся продукты гидролиза хитина не представляют для организма высокой пищевой ценности и практически полностью выводятся из организма.

В желудочном соке обнаружен высокоактивный лизоцим-фермент, расщепляющий муромовую кислоту, входящую в полисахаридные оболочки многих микроорганизмов, до N-ацетилглюкозамина. Разрушая клеточные оболочки микроорганизмов, лизоцим способствует проникновению других пищеварительных ферментов внутрь клетки, что важно для рыб, питающихся зоопланктоном.

Присутствующая в желудочном соке соляная кислота способствует набуханию и ослизнению оболочек растительных клеток и тем самым готовит углеводную часть пищи к дальнейшему ферментативному гидролизу.

Переваривание углеводов в кишечнике. Углеводы корма практически без изменений переходят из желудка в тонкий отдел кишечника. У безжелудочных рыб углеводы пищи через короткий пищевод сразу попадают в кишечник. В просвет кишечника изливаются кишечный и панкреатический соки, в составе которых обнаруживают до 22 ферментов, участвующих в переваривании белков, липидов, углеводов. У рыб кишечный сок выделяется эпителиоцитами слизистой оболочки всех отделов кишечника. Плотная часть кишечного сока представлена в основном отторгнутыми эпителиальными клетками, которые содержат основную массу пищеварительных ферментов и служат источником эндогенного питания, компенсируя недостаточное поступление с пищей органических веществ. Жидкая часть кишечного сока (вода и электролиты) способствует разжижению содержимого кишечника и созданию щелочной среды, наиболее оптимальной для ферментов кишечного сока и поджелудочной железы.

У рыб основное переваривание пищевых веществ, в том числе и углеводов, происходит за счет ферментов, выделяемых панкреатической железой. Панкреатическая железа может не иметь строгой локализации и выделять сок через самостоятельный проток или совместно с желчью. Это бесцветная слабощелочная жидкость (рН 7,3-8,7). Ферменты кишечного и панкреатического соков проявляют максимальную активность в пределах рН 6,0-7,5. у желудочных рыб рН кишечного содержимого составляет 6,4-7,3, у безжелудочных - 7,0-8,6. Необходимые значения реакции среды достигаются наличием в выделяемых соках бикарбонатов и слизи кишечного канала. Ферменты, участвующие в гидролизе углеводов, представлены глюкозидазами (карбогидразами), основными из которых являются амилазы (-, -, - амилазы), мальтаза, сахараза, трегалаза, фосфотаза. у некоторых рыб обнаружена в незначительном количестве лактаза.

Гидролиз полисахаридов гликогена и крахмала протекает при участии четырех видов амилаз: -амилазы, -амилазы, -амилазы и глюкоамилазы; - и -амилазы осуществляют гидролиз крахмала и гликогена преимущественно по (1-4) - связи до дисахарида мальтозы, глюкоамилаза по (1-6) - связи до глюкозы, -амилаза (собственно кишечный фермент) последовательно отщепляет остатки глюкозы с концов олиго- и полисахаридов. В результате действия амилаз образуются промежуточные продукты гидролиза крахмала - декстрины (С6Н10О5)х. В зависимости от величины остатков амилозных цепей выделяют амило-, эритро- ахро- и мальтодекстрины. При образовании последних включается в работу фермент мальтаза и гидролизует мальтозу до двух молекул -D-глюкозы. По такой же схеме протекает гидролиз гликогена:

Схема гидролиза крахмала (гликогена)

СН₂ОН CH₂OH СН₂ОН

амилазы

Н Н Н Н Н Н Н Н

ОН Н OH Н ОН Н + n H₂O

-О O О О

H ОН H OH n H OH

фрагмент молекулы крахмала (гликогена) (С₆Н₁₀О₅)_n

СН₂ОН CH₂OH СН₂ОН

амилазы Н Н Н Н мальтаза

Н Н Н Н Н

ОН Н +хН₂О ОН Н О Н Н Н₂О

-О O- ОН OH

H ОН х H OH OH OH

декстрины (амило-, эритро-, мальтоза

ахро-, мальтодекстрины)

СН₂ОН

Н Н

Н

ОН Н

ОН ОН

Н ОН

,D-глюкоза

В кишечнике рыб обнаружены олигазы: сахараза (инвертаза), лактаза (галактозидаза) и трегалаза. В пищеварении рыб сахараза и лактаза не играют такой роли, как у теплокровных, их немного и они мало- активны. У карповых сахараза не обнаружена. Расщепление сахарозы может осуществляться более активной мальтазой (-гликозидазой).

Разрыв гликозидазной связи при участии мальтазы идет со стороны остатка -глюкозы, сахараза осуществляет разрыв со стороны

-фруктозы:



Схема гидролиза сахарозы

Схема гидролиза сахарозы

СН₂ОН СН₂ОН Н

Н Н О

Н сахараза

ОН Н Н ОН

ОН О СН₂ОН (мальтаза)

Н ОН ОН Н +Н₂О

СН₂ОН СН₂ОН Н

Н Н О

Н

ОН Н + Н ОН

ОН ОН ОН СН₂ОН

Н ОН ОН Н

,D-глюкоза ,D-фруктоза

Из олигаз наиболее активна трегалаза, расщепляющая дисахарид трегалазу:

Схема гидролиза трегалозы

CH₂OH СН₂ОН СН₂-ОН

Н Н Н Н трегалаза Н Н

+Н₂О

Н Н 2 Н

ОН Н ОН Н ОН Н

ОН ОН ОН ОН

Н ОН Н ОН Н ОН

трегалоза ,D-глюкоза

В некоторых видах водорослей содержание трегалозы может достигать 10-15% от сухого вещества.

У растительноядных рыб количество и активность амилолитических ферментов выше, чем у хищных. Например, у карпа амилаза в 1000 раз более активна, чем у щуки. Рыбы сильно различаются между собой по гликолитической активности кишечника, т. е. по количеству выделяемых пищеварительными железами амилазы и глюкозидаз. Полисахариды хорошо перевариваются такими растительноядными рыбами, как толстолобик, амур, тиляпия. Карпы усваивают крахмал значительно хуже. Их пища не должна содержать более 15-20% крахмала. При избыточном содержании его в пищевом рационе наблюдается расстройство пищеварения и в результате резко замедляется рост рыбы. Использование длительных протеиновых диет у растительноядных рыб изменяет реакцию среды кишечного содержимого в кислую сторону и тем самым снижает активность амилолитических ферментов, повышая активность протеолитических ферментов. Одновременно происходит снижение доли амилолитических ферментов в пищеварительных соках.

Всасывание углеводов. У рыб основное всасывание пищевых веществ происходит в кишечнике.

В настоящее время достоверно доказано, что заключительная стадия гидролиза пищевых биополимеров происходит на поверхности мембраны микроворсинок (мембранное пищеварение) и осуществляется экзогидролазами, расщепляющими более мелкие молекулы олигосахаридов, дисахаридов до моносахаридов - продуктов для транспорта и всасывания. Образовавшиеся моносахариды без рассеивания в водной среде всасываются в слизистую кишечника.

Всасывание может осуществляться несколькими путями: посредством диффузионного, конвекционного (осмотического) потока, специфического (пассивного или активного) транспорта, путем пиноцитоза.

Пиноцитоз у взрослых организмов не играет практически никакой роли, так как разрешающий радиус мембран (0,4-0,6 нм) не позволяет проникать крупным молекулам внутрь клеток слизистой оболочки.

Диффузионный путь должен быть симметричным, т. е. при одинаковом градиенте концентрации вещества потоки из просвета кишечника в кровь и в обратном направлении должны быть равны. Иначе говоря, путем диффузии сахара переходят в кровь при высокой их концентрации в просвете кишки.

Наибольшее значение в процессе всасывания имеет активный транспорт. в этом случае моносахариды всасываются при участии специализированных комплексов-переносчиков, обеспечивающих перенос вещества через апикальную мембрану против градиента концентрации. Дальнейший путь сахаров из клеток через базальную мембрану эпителоицита в кровь осуществляется по градиенту концентрации.

У рыб гексозы всасываются быстрее, чем пентозы. Например, у линя быстрее всасывается глюкоза, затем галактоза, фруктоза и ксилоза. У щуки последовательность иная: галактоза, глюкоза, арабиноза, ксилоза, фруктоза. Установлено, что оптимальные концентрации глюкозы, обеспечивающие максимальную скорость всасывания в тонкой кишке рыб, значительно ниже таковых у высших позвоночных животных и колеблются в пределах 40-50%. При кормлении карпа концентрированными кормами лучше всего всасываются в кишечнике уроновые кислоты как продукты окисления моносахаридов. В отличие от галактоз всасывание маннозы и ксилозы происходит медленно. Не все сахара обладают способностью активно транспортироваться, и зависит это от конфигурации сахаров, т. е. от того, какой из стереоизомеров всасывается. D-глюкоза может всасываться против 20-кратного градиента, а L-глюкоза диффундирует только пассивно и распространяется поровну по обе стороны мембраны. По тому же принципу осуществляется транспорт D-галактозы и большинства других сахаров. в отличие от L-галактозы манноза, рамноза, фруктоза L-ряда практически не поступают и не включаются в метаболизм. D-глюкозамин непосредственно не переносится, но оказывает ингибирующее действие на всасывание глюкозы.

Процессы мембранного пищеварения углеводов и всасывание продуктов их гидролиза определяются характером субстратов, изменяются с возрастом рыб и подвержены сезонным колебаниям.

2. Переваривание липидов

Наряду с естественными кормами в рыбоводстве используют искусственно составленные кормовые смеси, включающие определенное количество животных кормов с преобладанием в них насыщенных и моноеновых кислот (18:1) и растительных, где в основном доминирует линолевая кислота.

В качестве добавки в искусственные кормовые смеси вводят фосфолипиды, содержащие более 60% линолевой кислоты (кровяная, водорослевая мука). Универсальных рекомендаций по оптимальному содержанию жиров для рыб нет. Считается, что жиров в питании различных видов рыб должно быть не менее 7,5% от всех питательных веществ в возрасте до 1 года и не менее 4% старше 1 года. максимальное количество вводимого жира может достигать 25%. Вводя жиры в рацион рыб, необходимо учитывать связь между количеством белка и жира. Чем больше белка, тем больше должно быть жира. Связано это с тем, что у рыб тканевое превращение углеводов и белков в резервные жиры тела происходит в значительно меньшей степени, чем у теплокровных животных. Поэтому жиры корма выступают как единственный источник в биосинтезе запасных жиров. Кроме того, жиры пищи в процессе пищеварения растворяют жирорастворимые витамины и способствуют их всасыванию в лимфу и кровь.

С пищей в организм поступают в основном триацилглицерины (триглицерины, или жиры), в меньшей степени - фосфолипиды, воска, стероиды. Рыбы всех видов независимо от состава корма способны переваривать липиды и, прежде всего, жиры. Гидролиз жиров и всасывание продуктов гидролиза у рыб и млекопитающих осуществляется по общему типу. Попадая в желудочно-кишечний тракт, липиды при участии эстераз желудочного, панкреатического и кишечного соков подвергаются гидролизу до высших жирных кислот, глицерина, холестерина, высших одноатомных спиртов.

Гидролиз триглицеринов происходит при участии липаз по следующей схеме:



Схема гидролиза жира

1 СН₂-О-СО-R₁ CH₂-OH

липаза липаза

2 CH-O-CO-R₂ +Н₂О СН-O-CO-R ₂ +Н₂О

-R₁-COOH -R₃-COOH

3 CH₂-O-CO-R₃ CH₂-O-CO-R₃

триацилглицерин 1,2-диацилглицерин

СН₂-ОН СН₂-ОН

СН-О-СОR₂ СН-ОН+R₂-COOH

CH₂-OH CH₂-OH

2-моноацилглицерин глицерин

У некоторых видов рыб, как и у теплокровных, обнаружена желудочная липаза, способная гидролизовать связи предварительно эмульгировнных жиров. Доля желудочного переваривания жиров не превышает 3-10%, и участие этого фермента в пищеварении рыб мало изучено. Основное расщепление жиров пищи (90-95%) происходит в тонком отделе кишечника. Вначале отщепляется одна из крайних кислот и образуется диацилглицерин, затем отщепляется вторая крайняя кислота с образованием моноацилглицерина. Связи 1 и 3 гидролизуются быстро, а затем идет медленно гидролиз 2-моноацилглицерина. Гидролиз связей 1 и 3 осуществляют более активные панкреатические липазы (рН 7,0-9,0). Панкреатическая липаза выделяется в неактивной форме. в активное состояние она переходит при участии желчных кислот и проявляет специфичность в отношении гидролизуемых связей. Активность липаз у рыб примерно в тысячу раз ниже, чем у теплокровных, но при этом панкреатическая липаза примерно в 20 раз активнее кишечной. Панкреатические липазы преимущественно действуют на длинноцепочные триацилглицерины (С12 - С18) и обладают более выраженным сродством к насыщенным жирным кислотам, чем к ненасыщенным. Основными продуктами гидролиза жира при участии панкреатических липаз являются диацилглицерины. Заключительные стадии гидролиза осуществляют кишечные липазы (рН 7,0-9,0) на мембранах эпителиоцитов тонкого кишечника. Они проявляют более высокую активность в отношении триглицеринов, содержащих остатки короткоцепочных жирных кислот (С4-С6) и моноглицеринов, вообще не требующих эмульгирования.

Переваривание фосфолипидов. Фосфолипиды корма представлены в основном глицерофосфолипидами. В процессе пищеварения гидролиз фосфолипидов осуществляется поэтапно при участии различных фосфолипаз (А1, А2, С, Д).

Схема гидролиза фосфатидилхолина (лецитина)

А₁

CH₂-O-CO-R₁ CH₂-OH

A₂ фосфолипазы

CH-O-CO-R₂ +4H₂O CH-OH + R₁-COOH + R₂-COOH +

C Д

OH ₊

CH₂-O-C-P-O-CH₂-CH₂-N(CH₃)₃ CH₂-OH

O

лецитин глицерин жирные кислоты

₊

+ H₃PO₄ + [HO-CH₂-CH₂-N(CH₃)₃]OH^-

холин

Фосфолипаза А1 гидролизует связь в первом положении (точки приложения фосфолипаз указаны в схеме), фосфолипаза А2 отщепляет жирную кислоту во втором положении, она выделяется в неактивном состоянии и активизируется трипсином. В реальных ферментативных процессах фосфолипаза А2 может осуществить гидролиз связи 2 раньше, чем произойдет гидролиз связи 1. В этом случае образуется лизофосфолипид, обладающий гемолитическим действием. Образовавшийся лизофосфолипид немедленно обезвреживается высокоактивной лизофосфолипазой путем гидролиза связи 1. Фосфолипаза С осуществляет гидролиз связи между остатками глицерина и фосфорной кислоты. Фосфолипазу С активно выделяет микрофлора кмшечника. Заканчивает гидролиз фосфолипаза Д, гидролизующая связь между фосфорной кислотой и холином.

Переваривание стеридов. Стериды - это производные стероидов. Представляют собой эфиры стеринов и высших жирных кислот (в основном пальмитиновая, стеариновая и олеиновая). В живых клетках в отличие от стероидов, которые обнаруживаются в следовых количествах, содержание стеридов может достигать 2%. Гидролиз стеридов осуществляют холестеразы панкреатического сока, в результате чего образуется холестерин или эргостерол и высшие жирные кислоты:

CH₃ СН₃ СН₃

СН₃ СН-(СН₂)₃-СН СН₃ СН-(СН₂)₃-СН

СН₃ СН₃ СН₃

СН₃ холестераза СН₃

+Н₂О + R₁-COOH

О жирная

R₁-C-O НО кислота

холестерид холестерол

Переваривание воска. Воска занимают важное место в пищевых цепях морских животных. Воска - это сложные эфиры высших одноатомных или двухатомных спиртов жирного ряда и высших жирных кислот. Первичными производителями их являются мелкие планктоновые ракообразные, особенно веслоногие, у которых содержание воска может достигать 70% от сухой массы тела. Рыбы, питающиеся веслоногими (сельди, сардины), имеют в пищеварительном тракте липазы, расщепляющие воска. Образующиеся при этом спирты окисляются до жирных кислот и используются в биосинтезе нейтральных жиров.

Всасывание липидов. Образующиеся в процессе пищеварения липидов жирные кислоты, моно-, ди-, триацилглицерины, глицерин, холестерин, аминоспирты (холин, этаноламин) включаются в процессы всасывания.

Глицерин, холестерин и другие стероиды растительного происхождения легко проникают через стенки кишечника в кровь.

Аминоспирты всасываются при участии нуклеотидов (ЦДФ). Всасывание жирных кислот и моноацилглицеринов происходит при участии солей желчных кислот. Жирные кислоты и моноглицерины, обла-ая полярными группами, образуют с желчными кислотами водорастворимый комплекс. В такой форме достигают эпителиоцита. Далее жирные кислоты и моноглицерины всасываются слизистой оболочкой кишечника в виде мицелл с максимальным диаметром 10 нм путем пассивной диффузии. Желчные кислоты остаются в просвете кишечника и затем всасываются на уровне нижних его отделов. Пройдя через печень, желчные кислоты в составе желчи снова выделяется в верхние отделы тонкой кишки и принимают участие в переваривании новых порций пищевого жира.

Особенностью всасывания жира у рыб является то, что часть триацилглицеринов (10%) может всасываться без гидролиза, сохраняться в форме резервного жира и гидролизоваться тканевыми липазами по мере необходимости.

Попадая в эпителиоциты, длинноцепочные кислоты с длиной цепи С16 и выше включаются в процессы ресинтеза жира, затем в составе триглицеринов трансформируются в форме хиломикронов в лимфу и далее в кровеносную систему и печень.

Схема ресинтеза триглицеринов в эпителиоцитах кишечника

О

CH₂-OH R₃-C CH₂-O-CO-R₁

S-КоА липаза

O

CH-O-CO-R₂ + R₂-C -2HS-КоА CH-O-CO-R₂

SКоА

CH₂-OH CH₂-O-CO-R₃

2-моноацилглицерин триацилглицерин

Основными компонентами хиломикронов являются триглицерины (85-90%), холестерин (3-4%), фосфолипиды (8%) и белки (2%). Устойчивость и электроферическую подвижность хиломикрона обеспечивают белки, фосфолипиды, холестерин, входящие в его состав и располагающиеся на поверхности хиломикрона.

Короткоцепочные кислоты всасываются непосредственно в кровь воротной вены. Регенерирующие ферменты слизистой кишечника специфичны к длинноцепочным кислотам и не активны по отношению к короткоцепочным кислотам, моно- и диацилглицеринам со средне - и короткоцепочными кислотами. Поэтому последние не включаются в реакции ресинтеза жира. Однако эпителиоциты тонкого отдела содержат активную моноглицеридлипазу, гидролизующую всасывающиеся моноацилглицерины.

Лучше перевариваются и всасываются липиды, находящиеся в жидком состоянии при температуре тела. Липиды, у которых точка плавления существенно выше температуры тела, плохо перевариваются и всасываются. Поступление с пищей в организм рыб большого количества жира с высокими температурами плавления и включение в их состав резервных жиров может повлиять на температуру плавления собственного резервного жира.

Роль желчи в пищеварении. Желчь является секретом печеночных клеток и представляет собой жидкость с удельным весом 1,008-1,015 и щелочной реакцией рН 7,3-8,0. В ее состав входят минеральные вещества, желчные кислоты, пигменты, холестерин, муцин, фосфолипиды, жирные и нейтральные кислоты, витамины А, В, С и некоторые ферменты (амилаза, фосфатаза, протеазы, каталаза, оксидаза), аминокислоты, глюкопротеиды и ряд других веществ. Основными компонентами желчи являются желчные кислоты, пигменты и холестерин. Желчные кислоты являются оксипроизводными холановой кислоты, предшественником которой является холестерин:

СН₃ СН-СН₂-СН₂-СООН

СН₃

СН₃

холановая кислота (С₂₃Н₃₉СООН)

У рыб (щука, налим, окунь, плотва, лещ, карп, сиг и др.), обитающих в водоемах разного типа, преобладают в составе желчи холевая (С23Н36(ОН)3-СООН) и хенодезоксихолевая кислоты, связанные с таурином. У карповых обнаружены желчные спирты, однако доминирующим компонентом является холевая кислота. Хищные рыбы имеют более высокое относительное содержание холевой кислоты (80-90%) по сравнению с рыбами, питающимися планктонными организмами (70-80%). Желчеотделение у рыб происходит непрерывно, независимо от наличия в кишечнике пищи и не прекращается даже при голодании.

В процессах пищеварения желчь эмульгирует жиры. Образование тонкой эмульсии увеличивает площадь соприкосновения фермента и субстрата, что делает триацилглицерины более доступными для действия липаз. Желчные кислоты образуют с длинноцепочными жирными кислотами три-, ди- и моноацилглицеринами водорастворимые комплексы, что способствует их всасыванию и стимулирует ресинтез жира в слизистой кишечника. Считается, что для всасывания одной жирной кислоты требуется от 2 до 4 желчных кислот.

Желчные кислоты активируют липазу и способствуют всасыванию каротинов, витаминов Е, Д, К, аминокислот, холестерина животного происхождения, солей кальция. Желчные кислоты нейтрализуют пепсин путем его осаждения, предохраняя трипсин от расщепления, усиливают перистальтику кишечника и отделение панкреатического сока, активируют деятельность некоторых протеаз. Желчь оказывает бактерицидное действие на кишечную микрофлору, предупреждая развитие гнилостных процессов. В ее составе удаляются из организма некоторые яды, продукты расщепления гема (билирубин, биливердин), холестерин, соли железа и кальция.

3. Переваривание белков

Биологическая ценность белка. Белки пищи, подвергаясь процессам пищеварения в ЖКТ рыб, поставляют организму аминокислоты, необходимые для построения собственных белков, которые образуют основу, являются катализаторами и определяют динамичность организма. Нормальная жизнедеятельность организма в целом и состояние белкового обмена зависят от количества поступающего с пищей белка, а также качества и соотношения аминокислот в нем. Из двадцати аминокислот, необходимых для биосинтеза любого белка, у большинства животных синтезируется в среднем десять, остальные не синтезируются, за что названы жизненно необходимыми или незаменимыми и обя-

зательно должны поступать с кормом. Для рыб выделяют те же десять аминокислот, что и для сельскохозяйственных животных: валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, аргинин, метионин, фенилаланин, гистидин, триптофан. Недостаточное поступление в организм какой-либо одной незаменимой кислоты ведет к неполноценному усвоению других аминокислот. при этом усиливается расщепление тканевых белков, а невостребованные аминокислоты нерационально используются организмом, включаясь в реакции окисления. Например, для форели (если за единицу принять триптофан) оптимальное соотношение аминокислот установлено следующее:

лизин	10,5	изолейцин	5,0
аргинин	12,5	треонин	4,0
валин	8,0	гистидин	3,5
фенилаланин	10,5	метионин	2,5
лейцин	8,5	триптофан	1,0

Пищевой белок, содержащий все незаменимые аминокислоты, называют полноценным. Природные белки обладают неодинаковой пищевой ценностью. Считается, что чем ближе аминокислотный состав

принимаемого с пищей белка к аминокислотному составу белков тела, тем выше его биологическая ценность, следовательно, животные белки более полноценны. Но в этом случае пищевая ценность белка зависит от степени его усвоения или способности ферментных систем ЖКТ осуществлять достаточно полный гидролиз белка. Например, белки шерсти, пера, чешуи, хрящей, слизи, такие как коллаген, эластин, подвергаются лишь частичному гидролизу; кератин, муцин, протамины практически не расщепляются пищеварительными ферментами. Другой причиной различной питательной ценности белков может быть различие в скорости гидролиза и освобождении отдельных аминокислот в кишечнике и наличие в кормах веществ, подавляющих активность пищеварительных ферментов. При переваривании соевого белка метионин отщепляется с меньшей скоростью, чем лейцин или лизин. В белковой молекуле у лизина -аминогруппа остается свободной и легко вступает в химическое взаимодействие с другими веществами, образуя биохимические комплексы, не расщепляемые пищеварительными ферментами. Потери лизина для организма в таком случае составляют 10-30%. Низкую переваримость шротов хлопчатника у рыб связывают с присутствием в нем токсического вещества госсипола. Термически не обработанный горох содержит трипсинингибирующее вещество.

Применение методов предварительной обработки кормов (размол, запаривание, экструдирование, химическая обработка) способствует удалению или разрушению ингибиторов ферментов в кормах, улучшает пищевую ценность белка.

Растительные белки плохо перевариваются в ЖКТ рыб. Они окружены оболочкой из клетчатки (целлюлозы) и недоступны для ферментов. Такие белки освобождаются после гидролиза клетчатки ферментом целлюлазой и целлобиазой. Оба фермента выделяются микроорганизмами, заселяющими кишечник рыб, но их недостаточно, причем у хищных рыб меньше, чем у мирных. Кроме того, клетчатка усиливает перестальтику кишечника, что сокращает время воздействия ферментов на белки и приводит к неполному перевариванию белка.

Установлено, что почти 50% питательных веществ из поедаемого рыбами корма выделяется из организма с экскрементами. Искусственно составленные рационы рыб содержат белка в 2-3 раза больше, чем рационы коров, свиней, кур. Объясняется это, в первую очередь, низкой усвояемостью растительных белков, низкой степенью переваривания.

Гидролиз белка в ЖКТ рыб. Ферменты, обеспечивающие последовательное гидролитическое расщепление белков (протеолиз), называются протеазами. Протеазы относятся к классу гидролаз, подклассу пептидгидролаз (пиптидаз) и обладают разной субстратной специфичностью. Выделяют экзопептидазы, преимущественно гидролизующие пептидные связи внутри пептидной цепи, но в зависимости от природы аминокислот возможен гидролиз концевой пептидной связи. Субстратная специфичность пептидаз определяется природой радикалов аминокислот по соседству с разрываемой пептидной связью.

Химизм гидролиза белка и пептидов заключается в разрыве пептидных связей -СО-NH- с присоединением элементов воды к продуктам распада и может быть выражен следующей схемой:

1 2 3 протеазы

NH₂-CH-CO- NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH nR-CH-COOH

R R R R +(х+1)Н₂О NH₂ ,

схема молекулы белка (пептида) смесь

аминокислот

где 1 - точки приложения экзопептидаз, происходит отщепление N-концевой аминокислоты;

2 - точки приложения эндопептидаз, разрыв связей происходит

внутри пептидной цепи, образуются пептиды различной длины;

3 - точки приложения экзопептидаз, происходит отщепление С-концевого остатка аминокислоты.

Сложный процесс гидролиза пищевых белков в ЖКТ направлен таким образом, чтобы путем последовательного действия протеолитических ферментов лишить белки пищи видовой и тканевой специфичности, превратить его в конечные продукты гидролиза - смесь аминокислот, поскольку только в таком виде белки способны усваиваться организмом.

Несмотря на то что организм получает с пищей большое разнообразие белков, протеолиз осуществляется при участии ограниченного числа ферментов по следующей схеме:



Схема ферментативного гидролиза белка

карбоксипептидазы,

пепсин трипсин аминопептидазы

+nH₂O +nH₂O +nH₂O

Белок высокомолекулярные низкомолекулярные

+nHCl пептиды химотрипсин пептиды

три-, дипептидазы

+Н₂О

три-, дипептиды смесь аминокислот

Пепсин, трипсин и химотрипсин являются эндопептидазами и, в результате их действия образуются полипептиды различной длины. В отличие от амилолитических эти ферменты выделяются в неактивной форме проферментов (зимогенов) и активируются путем отщепления от молекулы белка пептид-ингибиторов. Например, у рыб активация пепсина происходит в результате отщепления от N-концевой части молекулы пепсиногена ингибирующего фрагмента, содержащего 42 аминокислотных остатка, закрывающих активный центр фермента:

+HCl

пепсиноген пепсин + смесь пептидингибиторов

(М=40000) (М=34000) (М=6000)

Протеолитические ферменты высокоактивны и способны гидролизовать пептидные связи в любых белках, в том числе и стенки ЖКТ, поэтому выделение их в неактивной форме носит защитный характер.

Переваривание белков в желудке. Пепсин выделяется в неактивной форме главными клетками слизистой желудка, первые порции активируются соляной кислотой, а в дальнейшем - активным пепсином. Когда у рыб желудок пуст, рН желудочного сока составляет от 6,3 до 8,2. В зависимости от вида рыб содержание HCl может достигать 0,1-0,6%. У морских рыб вместе с пищей заглатывается вода и желудочное содержимое подщелачивается. В обоих случаях в этих пределах рН пепсин не проявляет своей биохимической активности. После приема пищи кислотность желудочного сока возрастает и достигает 4,25-3,25 и выше. Оптимум действия пепсина рыб лежит в пределах рН 1,6-1,9 при 40оС. Особенностью пепсинового пищеварения рыб является то, что рН желудочного сока не всегда достигает оптимума рН пепсина, однако, это компенсируется активностью фермента. Например, активность пепсина щуки в 1000 раз выше, чем у теплокровных.

Пепсин гидролизует в основном пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот: фенилаланина, триптофана, тирозина. Медленнее гидролизуются связи, образованные алифатическими и дикарбоновыми кислотами типа: ала-ала, ала-сер, лей-глу в полипептидной цепи. Субстратом пепсина являются белки, причем водорастворимые и денатурированные легче подвергаются гидролизу. Слабее действует пепсин на белки соединительной ткани (коллаген, эластин) и не действует на протамины, овомукоиды, муцин. В желудочном соке рыб обнаружена коллагеназа (оптимум рН 2,0), участвующая в расщеплении связей коллагена и эластина. В процессе желудочного пищеварения особую роль играет соляная кислота, которая, кроме активации пепсина, обеспечивает набухание и денатурацию белка, создает оптимум рН для действия пепсина и коллагеназы, оказывает антимикробное действие.

Пепсин способен гидролизовать белки практически до конца при условии длительного воздействия, но поскольку пища в желудке находится недолго, этого не происходит. Часть нерасщепившихся белков и их осколков в виде пептидов переходит в кишечник.

Переваривание белков в кишечнике. Расщепление белков в желудке носит предварительный характер. Пептиды, образовавшиеся в желудке, представляют собой достаточно сложные структуры, не способные всасываться, поэтому основной гидролиз происходит в кишечнике, где поддерживается слабощелочная среда в пределах рН 6,5-7,8. У рыб, имеющих желудок, пепсин в таких условиях прекращает свое действие и сам становится субстратом для кишечных пептидаз.

Белки и пептиды в кишечнике атакуются сразу несколькими пептидазами: трипсином, химотрипсином, карбокси- и аминопептидазами, три- и дипептидазами. Для всех оптимум рН составляет 7,0-9,0, для карбопептидазы 6,0-7,0.

В просвет кишечника выделяется секрет панкреатической железы, в составе которого содержатся неактивные формы ферментов: трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидаза и активная аминопептидаза.

Синтез собственно кишечных ферментов осуществляется у рыб эпителиоцитами всех его отделов. Панкреатические протеазы осуществляют начальный гидролиз в полости кишечника, часть их адсорбируется на поверхности эпителия и вместе с кишечными протеазами, в основном три- и дипептидазами, завершают гидролиз белка в зоне пристеночного пищеварения. Первые порции трипсиногена приводятся в активное состояние энтерокиназой кишечного сока, в дальнейшем активация происходит при участии самого трипсина.

Трипсин действует специфично, гидролизуя пептидные связи, образованные, главным образом, карбоксильными группами основных кислот лизина и аргинина, и менее активен в отношении связей, образованных изолейцином.

Химотрипсин активизируется трипсином и обладает более широкой субстратной специфичностью. Он способен расщеплять связи ацилпроизводных (эфиров, амидов), но наибольшую активность проявляет к связям, образованным карбоксильными группами ароматических кислот - фенилаланина, тирозина, триптофана. По специфичности действия химотрипсин похож на пепсин.

Дальнейший гидролиз пептидов осуществляют экзопептидазы. Карбоксипептидазы относятся к цинксодержащим ферментам и активируются трипсином. карбоксипептидаза А отщепляет С-концевые аминокислотные остатки с ароматическими боковыми цепями (фенилаланин, триптофан, тирозин). Карбоксипептидаза В атакует С-концевые аминокислотные остатки, содержащие только аргинин и лизин. Группа аминопептидаз активируется в присутствии ионов магния и марганца. Эти ферменты поочередно освобождают N-концевые аминокислоты.

Карбокси- и аминопептидазы отщепляют по одной кислоте с разных концов пептида до тех пор, пока не образуются три- и дипептиды. Затем начинают действовать специфические три- и дипептидазы. они активируются ионами кобальта, марганца и цистеином:

дипептидаза

CH₂-CO-NH-CH₂-COOH + H OH 2CH₂-COOH

NH₂ NH₂

дипептид (Гли-Гли) глицин

Панкреатическая эластаза осуществляет гидролиз, в основном, белка эластина и проявляет максимальную активность по отношению к связям, образованным пролином.

Кишечные протеазы способны полностью расщеплять белки до свободных аминокислот даже без предварительного воздействия пепсина, поэтому до сих пор нет убедительных доказательств того, что у всех рыб сначала возникло желудочное пищеварение, а потом у некоторых видов рыб желудок атрофировался.

Всасывание продуктов гидролиза белка. Основной продукт гидролиза белка - аминокислоты. При высоких концентрациях аминокислоты всасываются путем диффузии. При низких концентрациях всасывание происходит посредством вторичного активного транспорта. Существует несколько специальных систем переносчиков для аминокислот. Выбор конкретной системы определяется структурой аминокислоты. При этом необходимо наличие градиента (разницы) ионов Na+, который создается Na+, K+-АТФазой мембраны эпителия.

При всасывании различных аминокислот установлено наличие конкуренции. Так, в присутствии метионина у рыб резко тормозится или полностью прекращается транспорт пролина, гистидина, глицина. Конкуренция при всасывании существует не только в пределах групп (нейтральные, основные, N-замещенные), но и между группами аминокислот. Транспорт основных аминокислот (лизина, аргинина, орнитина) активизируется в присутствии нейтральных аминокислот: лейцина, метионина, аланина, фенилаланина, но не валина, изолейцина, гистидина. При этом лизин тормозит всасывание нейтральных аминокислот. L-аминокислоты переносятся через мембраны клеток более активно, чем D-аминокислоты.

Через мембраны слизистой кишечника способны проникать небольшие пептиды, но доля этого проникновения у рыб пока до конца не выяснена.

4. Участие микрофлоры в процессах пищеварения

Микрофлора пищеварительного тракта исследованных рыб весьма разнообразна, но в основном состоит из бактерий рода Vibrio. Микро-организмы в кишечнике выполняют двоякую роль. С одной стороны, - используют часть поступающих пищевых веществ и выделяют продукты их распада, с другой, - синтезируют ряд аминокислот и дефицитных витаминов (В12, К и др.), разлагают клетчатку, желчные кислоты, пигменты, препятствуют развитию патогенной микрофлоры. На этой основе между организмом рыб и микрофлорой возникает симбиоз.