У безжелудочных рыб пищеварительная секреция непрерывна, у желудочных – периодична, связана с эвакуацией химуса из желудка. Черта ферментных систем. Гидролиз белков. У желудочных рыб гидролиз белков начинается с денатурации белковых молекул соляной кислотой с следующим расщеплением кислыми карбоксильными протеазами. В желудке основной протеазой является пепсин, который вырабатывается клеточками слизистой в неактивной форме, т. е. в виде зимогена.
Под влиянием ионов водорода либо протеаз в итоге ограниченного протеолиза при рН 2,0-5,0 происходит перевоплощение пепсиногена в пепсин. Активация зимогена связана с отщеплением от N-конца 44 аминокислотных остатков, что приводит к образованию пепсина, опосля "информационных конфигураций молекулы которого появляется активный центр. Существует несколько молекулярных форм пепсина (к примеру, у трески – 3, у кошачьей акулы – 4). Молекулярная масса зимогена 40 000, активированного фермен-та 35000. Пепсин в желудке гидролизует около 10% всех пептидных связей. Для рыб характерна активность ферментов в широком диапазоне рН(1,0-7,0) и температур (0-30 °С).
В содержимом желудка обнаруживаются и остальные ферменты, но механизм их секреции у рыб не описан. Достоверно понятно, что у плотоядных (акул) огромную роль играет фермент коллагеназа. Наиболее глубочайшему перевариванию белков содействуют ферменты поджелудочной железы и кишечного сока.
У безжелудочных рыб схема переваривания несколько другая: она не имеет стадий действия кислых протеаз. Из ротовой полости Еда поступает сходу в нейтральную либо слабощелочную среду туловищ-ной кишки. Более сильному действию химус подвергается со стороны панкреатических ферментов – трипсина, хемотрипсинов А, В и С, эластазы, также карбоксипептидаз А и В. Подобно желудочным пептидазам протеолитические ферменты поджелудочной железы выделяются а виде зимогенов, которые методом ограниченного протеолиза с помощью каскадного механизма преобразуются в активные формы.
Зимоген трипсиноген активизируется пищеварительной энтерокиназой и трипсином, другие протеазы – лишь трипсином. Молекулярная масса трипсина рыб от 21 400 (карп) до 26000 (амурский сом). Трипсин карпа активен при рН 4,7 и 9,2. Активность трипсина карпа в 3-7 раз выше такой млекопитающих. Трипсин расщепляет связи в основном меж основными аминокислотами, хемотрипсин – связи ароматических аминокислот, эластаза – связи меж алифатическими аминокислотами. Невзирая на то что аминокислотный состав энзимов достаточно разнообразен (трипсиноген – 229 аминокислотных остатков, хемотрипсиноген – А – 245, эластаза – 240), главную роль в катализе играют 3 аминокислотных остатка, входящих в состав активного центра, – серина, гистидина и аспарагина.
Указанные ферменты, не считая того, владеют амилазной и эстеразной активностью. Нативные белки плохо расщепляются трипсином и хемотрипсином. Они стают доступными для гидролиза лишь опосля денатурации за счет конфигурации вторичной и третичной структур. Зимоген прокарбопепсидаза А поджелудочной железы имеет 2 формы: с молекулярной массой 87 000 и 64 000. Как желудочные, так и панкреатические пептидазы дробят молекулу белка до олигопептидов, состоящих из 2-6 аминокислотных остатков. Пептидазы кишечного сока завершают процесс деполимеризации белковых молекул.
В пищеварительном соке содержится несколько пептидаз. Более весомый фермент кишки – амино-пептидаза М (аланин-амино-пептидаза). Этот фермент отщепляет главные кислоты от олигопептидов. Аминопептидазы А, имеющие молекулярную массу от 112000 до 350000, отщепляют остаток аспарагиновой и глутаминовой кислот. Есть в пищеварительном соке и дипептидазы и энтерокиназы, имеющие свои особенные функции. Гидролиз углеводов. Хорошим значением активной реакции среды для гидролитических про-цессов является рН от 6,5 до 7,5. Субстратами для гликолитических ферментов кишечного тракта и поджелудочной железы потенциально являются 3 группы веществ:
1. Структурные полисахариды (целлюлоза, лигнин, агар, хитин). Но, согласно современным представлениям, эта группа углеводов не чувствительна к ферментам позвоночных. Ежели они деполимеризуются, то только под влиянием энзимов, вырабатываемых бактериями.
2. Всепригодные полисахариды (крахмал, гликоген).
3. Олиго-, дисахариды и моносахара владеют способностью проходить через слизистую кишки без существенных конфигураций.
Гликолитические ферменты активны при рН, близком к 7, либо в слабощелочной среде. Потому у желудочных рыб переваривание углеводов начинается лишь при поступлении корма в кишечный тракт.
Узкий механизм действия ферментов на углеводную цепочку у рыб не описан. Но ежели признать, что общие принципы деполимеризации молекулы полисахаридов у высших и низших животных одни и те же, то следует представить наличие в панкреатическом соке а – и у-амилазы. Экспериментальные данные о происхождении ос-амилазы в кишечном тракте рыб противоречивы либо видоспецифичны. Так, к примеру, у щуки, судака отмечено наличие ос-амилазы в мембране кишки; у карпа, окуня, плотвы – в полости кишки. Как понятно, а-амилаза является эндогидролазой, а у-амилаза – экзогидролазой. При этом а-амилаза разрывает полимер в средней части, действуя на 1,4-а-гликозидные связи с образованием огромных обломков молекул. у-амилаза поочередно отщепляет остатки глюкозы от конечной части полимерного остатка опосля обработки а-амилазой.
У высших животных, имеющих в составе слюны либо в рубце а-амилазу, в кишечный тракт поступают олигосахариды, освобожденные а-амилазой, также олигосахариды, находящиеся в еде. Пищеварительный и панкреатический соки из желудочно-кишечного тракта рыб содержат кроме у-амилазы мальтазу, сахаразу, лактазу, которые гидролизуют олигосахара до мономеров. Вероятнее всего, а-амилазная активность у рыб с желудком проявляется в пилорических придатках, а у безжелудочных рыб – ранее – в самом начале туловищной кишки.
Карбогидразы, осуществляющие заключительные этапы гидролиза углеводов, соединены с апикальной мембраной энтероцитов. Они синтезируются в цитоплазме энтероцитов в зоне базальной мембраны, потом транспортируются к апикальной мембране и встраиваются в нее в виде гликопротеиновых комплексов. Они имеют достаточно огромную молекулярную массу (около 200000) и есть в виде макромолекулярных комплексов: мальтаза – у-амилаза, мальтаза – сахараза, сахараза – изомальтаза. Гидролиз жиров. Пищевые жиры представлены почаще всего триглицеридами животного и растительного происхождения.
Начало гидролизу молекул триглицеридов дает панкреатическая липаза в полости кишки, в итоге чего же образуются моноглицерид и жирные кислоты. Процесс зависит от наличия желчных кислот (см. схему).
Панкреатическая фосфолипаза, активируемая трипсином, гидролизует эфирную связь глицерина и жирных кислот с образованием лецитина, изолецитина и жирных кислот. Окончательное переваривание 2-моноглицерида осуществляют ферменты апикальной мембраны энтеропитов – моноглицерид-липаза, эстераза и др.
§42. МЕХАНИЗМ ПИЩЕВАРЕНИЯ
По механизму деяния ферментов на субстрат, локализации энзимов в пищеварительной трубке, отношению пищеварения к клеточным мембранам и транспортным системам различают три типа пищеварения.
1. Внеклеточное пищеварение (полостное, дистантное) (в первый раз описано Spallanzani в 1783 г.).
2. Внутриклеточное пищеварение (тщательно исследовано И. И. Мечниковым).
3. Мембранное пищеварение (открыто А. М. У голевым в 1958г.).
Внеклеточное пищеварение. Пищеварение протекает во внеклеточной среде – в особых полостях. Из-за этого процесса происходит исходный шаг деструктурирования биополимеров с помощью эндогидролаз. Основными чертами дистантного пищеварения являются наличие аква растворов, случайная ориентация активных центров ферментов к субстрату, вероятностный нрав распределения ферментов в полостях.
Полостное пищеварение отлично по отношению к большим молекулам. Но его эффективность по отношению к олигомерам низкая. Иным недочетом внеклеточного пищеварения является разобщенность товаров гидролиза и транспортных систем. Следует, но, выделить, что полостное пищеварение соединено с мембранным. Эти два процесса не являются разобщенными. Но их отношения исследованы недостаточно. Внутриклеточное пищеварение. Оно разделяется на два типа.
1-ый тип пищеварения реализуется за счет транспортирования маленьких молекул через клеточные мембраны и следующего гидролиза ферментами цитоплазмы (к примеру, пептидов).
2-ой тип пищеварения связан со спец вакуолями клеток. Вакуоли могут повсевременно находиться в составе протоплазмы, а время от времени иметь временный нрав, как, к примеру, при фагоцитозе, пиноцитозе либо микропиноцитозе. Подробнее эти явления будут рассмотрены ниже (см. §43).
Внутриклеточное пищеварение лимитировано низкой проницаемостью мембран энтероцитов. Согласно исследеваниям ученых, на ранешних стадиях онтогенеза, к примеру в личиночной стадии развития, внутриклеточное пищеварение является главным методом ассимиляции питательных веществ рыб. Мембранное (контактное) пищеварение. Оно осуществляется в основном ферментами, активными к олигополимерам и находящимися на поверхности микроворсинок (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Схема соотношения полостного и мембранного пищеварения:
а – пустой кишечный тракт, б-кишечнике пищевыми частичками; I – область полостного пищеварения; II-область мембранного пищеварения; 1-полостные ферменты; 2 – микроворсинки; 3 – ферменты щеточной каймы; 4-поры щеточной каймы; 5- микробная клеточка; 6 и 7 – пищевые частички
В мембрану микроворсинок, имеющую липидную природу, погружены белки и гликопротеиды, при этом ее углеводная часть (гликокалекс) достаточно сильно развита. Мукополисахаридные нити соединены меж собой кальциевыми мостиками, которые, временами разрушаясь, содействуют проникновению больших молекул в глубь гликокалекса. В зоне гликокалекса выявлена высочайшая протеолитическая, липолитическая и гликолитическая активность, при этом ферменты мембраны имеют строгую ориентацию – активным центром в полость. Часть ферментов, фиксированных на мембране, имеют необыкновенную "ножку" и вроде бы удалены от нее.
Достоинства мембранного (контактного) пищеварения последующие. Гликокалекс защищает мембрану от действия химуса. Ферменты мембран постоянно нацелены активным центром к субстрату. Микроворсинки препятствуют проникновению в энтероцит клеток бактерий и чужеродных белков. При мембранном (контактном) пищеварении обеспечивается немедленное транспортирование товаров гидролиза. Щеточная кайма обеспечивает постоянные условия для активного функционирования фиксированных на ней ферментов (рН, хим и газовый составы аква среды, температура).
Соотношение мембранного и полостного пищеварения (по активности ферментов) различно у различных видов рыб. Оно также меняется по сезонам и зависит от степени накормленности рыбы.Обычно, соотношение мембранного (Мб) и полостного (Пл) пищеварения выше у плотоядных рыб. К примеру, у налима, щуки, судака и окуня соотношение Мб: Пл в течение года наиболее единицы, у растительноядных и всеядных наименее единицы.
Следовательно, мембранное пищеварение для хищников имеет большее значение, что не лишено био смысла. У плотоядных рыб кишечный тракт короче и желудочно-кишечный тракт в целом имеет наименьшие размер и площадь всасывания. У хищников период активного питания наблюдается и в зимнюю пору, т. е. пищеварение протекает в широких температурных границах, к примеру в средней полосе от 0 до 30 °С. У плотоядных рыб высочайшая пищевая активность сопровождается интенсивными гидролитическими действиями, потому что ферменты гликокалекса у их активны в широком спектре температур и рН. Для сопоставления укажем, что у таковых мирных рыб, как карп, карась, плотва, при снижении температуры воды до 12 °С понижается пищевая активность на фоне резкой заторможенности пищеварительных действий.
§43. СИМБИОТИЧЕСКОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
Роль симбиотического пищеварения отлично исследована у жвачных. Свежие исследования проявили, что оно более важную роль играет и у низших животных. Общее количество микроорганизмов в пищеварительной системе рыб колеблется в широких пределах в течение года. Пик численности приходится на лето. Огромное влияние оказывает и состав еды. Так, к примеру, в 1 г содержимого кишечного тракта линя и белоснежного амура содержится 1,29х1012 клеток, при этом в естественной еде бактерий больше, чем в комбикормах.
Роль микрофлоры в действиях пищеварения рыб растет по мере развития онтогенеза. На примере карпа, белоснежного амура, линя и карася установлена родовая принадлежность бактерий кишки: Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Bacterium, Pseudobacterium, Azotobacter, Sarcine.
Доминируют представители рода Pseudomonas. Этот род связан с протеолитической активностью пищевого кома. Присутствие микрофлоры в желудочно-кишечном тракте разъясняет и целлюлозолитическую и хитиназную активность химуса. Микробная масса сама по для себя является всеполноценным белком. Так, в состав микробного белка из кишки карпа заходит 13 аминокислот, при этом продукция вольных аминокислот микробного происхождения максимальна у сеголетков, мала у трехлетков карпа. Микрофлора рыб способна к фиксации молекулярного азота.
При интенсивном питании толстолобика установлена самая высочайшая нитрогеназная активность по всей длине кишки – 3,648 мг белка в час. Азотфиксация видоспецифична. Она меняется по растущей: щука >карп, лещ, плотва >растительноядные. Велика роль микрофлоры в синтезе витаминов. Около 50 % потребности рыб в витаминах обеспечивает микробный синтез.
§44. ВСАСЫВАНИЕ Товаров ПИЩЕВАРЕНИЯ
Системы транспортирования товаров пищеварения сходны у всех животных. Понятно два типа транспортирования: макромолекулярный и микромолекулярный. 1-ый тип обеспечивает перенос больших молекул и надмолекулярных агрегаций через слой эпителиоцитов по межклеточным каналам. Главными механизмами макромолекулярного переноса служат фагоцитоз и пиноцитоз.
Фагоцитоз – это захват клеточкой корпускулярных структур с помощью временных цитоплазматических выростов (псевдоподий) и действие на их цитоплазматических гидролитических ферментов. Фагоцитировать могут лейкоциты, энтероциты щеточной каймы. Фагоцитированию подвергаются только чрезвычайно маленькие частички (менее 1 мкм). Пиноцитоз – это захват (обтекание) клеточкой капелек воды с следующим их гидролизом. Экспериментально подтверждено, что у рыб все энтероциты способны к инвагинации и захвату водянистого содержимого. Благодаря пиноцитируюшей возможности энтероциты рыб захватывают нативные либо отчасти переваренные белковые молекулы. Кроме белков энтероциты рыб пиноцитируют и мелкие капельки жира. С помощью маркеров подтверждено пиноцитирование огромного количества эмульсии, образующейся из жиров рациона рыбы и желчи, в состав которой входят липиды, липоиды, фосфолипиды, стерины и эфиры, также продукты их неполного расщепления, к примеру ди – и моноглицериды.
Топография пиноцитоза разнообразна. Состав пиноцитирующих пузырьков переднего отдела кишки представлен в основном жировыми веществами, а в задних отделах кишечного тракта пиноцитозу в большей мере подвержены белковые структуры. Основой транспортирования товаров гидролиза является микромолекулярный тип, обеспечивающий перенос мономеров и олигомеров с маленький молекулярной массой. Его обслуживают три физиологических механизма: пассивное транспортирование, облегченная диффузия, активное транспортирование.
Пассивное транспортирование объединяет процессы диффузии и осмоса. Реализуемое благодаря наличию градиента концентрации, химическому градиенту и пор в мембране, оно протекает без издержек энергии. Скорость пассивного переноса обратно пропорциональна размеру молекул переносимого вещества. Чем мельче молекула, тем скорее она просачивается через клеточную мембрану. Таковым методом транспортируются вода и минеральные вещества.
Облегченная диффузия осуществляется по градиенту химического потенциала под контролем ферментативных систем. Прохождение диффундируемого вещества через клеточную мембрану облегчается иным веществом либо молекулой. В качестве примера облегченной диффузии можно привести транспортирование глюкозы из крови в клеточку. Процесс протекает против градиента концентрации. Транспортирование глюкозы облегчается транспортными белками клеточной мембраны.
Активное транспортирование просит издержек энергии. Оно осуществляется с помощью особых транспортных систем постоянно против градиента концентрации и химического градиента. В пищеварительных клеточках есть транспортеры почти всех типов. Они переносят одну либо несколько органических молекул сходу. Мобильный переносчик представляет собой, обычно, высокомолекулярный белок. Источником энергии для транспортеров служит АТФ у всех животных независимо от организации. В редких вариантах употребляется энергия градиента концентрации ионов (при транспортировании аминокислот и глюкозы).
Усвоение еды у рыб при подходящих критериях (лучшая температура, хим и газовый составы воды, рН) добивается 80%. Переедание понижает этот показатель, недоедание, напротив, увеличивает. При скудном питании у плотоядных отмечают высшую усвояемость даже белков костей и чешуи. Пища из растений в целом наименее доступна для организма рыб по сопоставлению с животной. А при высочайшей пищевой активности и лишнем потреблении еды, к примеру, у фитопланктонофагов в фекалиях обнаруживают жизнеспособные водные растения, т.е. степень усвоения пиши становится очень низкой. Такую же картину наблюдают и с бактериально-протозойной фракцией планктонофагов.
У высших животных слизистая кишечного тракта специализирована на транспортирование определенных групп веществ. У рыб выделяется только концевой участок туловищной кишки, в каком ограничено всасы-вание органических веществ и преобладает всасывание минеральных веществ и воды, хотя в целом в прямой кишке рыб химус обезвоживается не так интенсивно, как у высших животных. Влажность какашек у рыб составляет около 90 %.
§45. МОТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА
Тонические сокращения желудка рыб, составляющие 5-10 сокращений в минутку, наблюдаются с определенной периодичностью (через 5-7 мин). Сокращения появляются через 10-15 мин опосля кормления. Тонико-перисталътические движения повторяются с интервалом 2-3 мин. Но частота сокращений зависит от степени заполнения желудка.
Скорость эвакуации химуса из желудка зависит от состава еды. Чем еда калорийнее, тем она подольше остается в желудке рыб. На этот процесс влияет и температура окружающей среды. Перистальтика кишечного тракта рыб специфична. Исследователи выделяют три типа сокращений кишки: перистальтические, маятникообразные и сегментирующие. Частота перистальтики кишечного тракта составляет 5-30 циклов в минутку. Она обеспечивает продвижение химуса со скоростью 1-2 см/с. Сокращения кольцевых мускул распространяются медлительно. При всем этом оральный участок не расслабляется, что служит поводом для неких создателей именовать эту перистальтику тонико-перистальтической. У безжелудочных рыб перистальтика неизменная, у желудочных она временами возникает на поступающий из желудка химус.
Рис.9.6. Влияние степени заполнения желудочно-кишечного тракта (%) наскорость продвижения химуса (ч)
Время пребывания еды в пищеварительном тракте рыб зависит от их возраста, нрава питания рыб, также температуры воды. У личинок при подходящих критериях выкармливания опорожнение кишечного тракта происходит через 1 – 3 ч. У молоди форели длиной 25 мм этот процесс уже занимает 45-50ч. а при массе тела 150 г – 150-2004. При повышении температуры воды на 10 °С время переваривания еды сокращается в два раза.
Не считая того, этот процесс видоспецифичен. Так, при температуре 20 °С опорожнение кишечного тракта у карпа занимает 30 ч, пестрого толстолобика – 13 ч, белоснежного толстолобика – 9ч. Степень заполнения желудочно-кишечного тракта также влияет на скорость продвижения химуса (рис. 9.6).
