Что происходит на самом деле
Париетальная клетка делает HCl. Внутри клетки карбоангидраза превращает CO2 + H2O в H2CO3, который распадается на H+ и HCO3−. Бикарбонат уходит в кровь в обмен на Cl− (антипортер Cl−/HCO3− на базолатеральной мембране) — отсюда т.н. «алкалиновый прилив» после еды. Затем Cl− уходит в просвет желудка через хлорные каналы, а протоны выкачиваются туда же H+/K+-АТФазой — самой мощной протонной помпой в организме. Концентрация H+ в просвете доходит до 0.16 М — в 3 миллиона раз больше, чем в крови.
Главные клетки секретируют пепсиноген. Это проферменты — неактивные предшественники, чтобы они не переваривали саму клетку, которая их синтезирует. Пепсиноген хранится в гранулах и выбрасывается при стимуляции.
Кислота активирует пепсин. Как только пепсиноген попадает в кислый просвет, H+ отщепляет от него N-концевой пептид-«пробку» (44 АК). Молекула меняет форму — открывается активный центр. Это аутоактивация: уже образовавшийся пепсин сам активирует другие молекулы пепсиногена в цепной реакции.
Кислота денатурирует белки. При pH ~2 водородные связи и солевые мостики, удерживающие третичную структуру белка, разрушаются. Глобулярные белки разворачиваются в линейные цепи — теперь к их пептидным связям свободно подходит фермент.
Пепсин режет белки. Это эндопептидаза: разрывает связи внутри цепи, особенно после ароматических аминокислот (Phe, Tyr, Trp) и Leu. За несколько часов белок мяса разваливается на полипептиды длиной 4–40 аминокислот. На следующих этапах они дорежутся до свободных аминокислот, которые войдут в цикл Кребса как α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, оксалоацетат и др. — отсюда и АТФ.
Желудочная липаза работает по жирам. Главные клетки секретируют не только пепсиноген, но и желудочную липазу — она устойчива к кислой среде (в отличие от панкреатической) и отщепляет одну жирную кислоту от триглицерида. Даёт ~10–30% общего гидролиза жиров (у младенцев — больше). Свободные ЖК на следующих этапах пойдут в β-окисление → ацетил-КоА → цикл Кребса → АТФ.
Углеводы желудок практически не трогает: α-амилаза слюны работает в глубине болюса ещё несколько минут, пока кислота не дойдёт и не инактивирует её при pH < 4. Основной гидролиз крахмала — дальше, в тонком кишечнике.
Вход
- Болюс
- Желудочный сок: 2–3 л/сутки, pH 1.5–2.0
- HCl
- Пепсиноген (зимоген)
- Желудочная липаза
Клетки слизистой
- Париетальные (обкладочные) — HCl (среда для денатурации белков и активации пепсина)
- Главные клетки — пепсиноген (→ пепсин), желудочная липаза
Реакции
- Активация: пепсиноген + H+ → пепсин (аутокатализ)
- Денатурация белков кислотой
- Гидролиз пептидных связей пепсином (оптимум pH ~2)
- Гидролиз ТАГ желудочной липазой (~10–30% жиров)
Выход
- Химус (полужидкая масса)
- Полипептиды и олигопептиды
- Свободные аминокислоты (немного)
- Эмульгированные ТАГ + ДАГ + ЖК
Ключевые реакции
Образование соляной кислоты в париетальной клетке
H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3− (карбоангидраза)
Транспорт H+ в просвет желудка (протонная помпа)
H+внутр + K+просв → H+просв + K+внутр (H+/K+-АТФаза)
Активация пепсина (гидролиз пептидной связи N-концевого «пробки»)
Пепсиноген–[Leu44–Ile45]–Пепсин + H2O → Пепсиноген–[Leu44]–COOH + H2N–[Ile45]–Пепсин (при pH < 5, H+ — катализатор)
Гидролиз триглицерида желудочной липазой
ТАГ + H2O → ДАГ + Жирная кислота
Почему именно HCl, а не H2CO3? Угольная кислота слабая (pKa ≈ 6.35) — при pH 2 она не диссоциирует, и H+ был бы «связан». HCl — сильная (pKa ≈ −7), остаётся полностью диссоциированной. Поэтому HCO3− уходит в кровь, а к H+ в просвет подаётся Cl− — анион, который H+ обратно не отбирает.
Связь с синтезом АТФ
Сам желудок АТФ не производит — он готовит сырьё. На выходе: полипептиды (станут аминокислотами → войдут в цикл Кребса как α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат, ацетил-КоА), свободные ЖК и ДАГ (β-окисление → ацетил-КоА → Кребс → дыхательная цепь). Окислительное фосфорилирование уже в митохондриях клеток превратит эти субстраты в АТФ.