Trawienie zewnątrzkomórkowe - Extracellular digestion
Zewnątrzkomórkowe trawienie fototropowe to proces, w którym saprobionty żywią się poprzez wydzielanie enzymów przez błonę komórkową do pożywienia. Enzymy katalizują trawienie pokarmu tj. dyfuzję, transport, osmotrofię czy fagocytozę . Ponieważ trawienie odbywa się poza komórką, mówi się, że jest pozakomórkowe. Ma to miejsce zarówno w prześwicie na układ trawienny, w jamie żołądka lub innym narządzie trawiennym lub całkowicie poza ciałem. „na zewnątrz” i wskazuje, że trawienie pozakomórkowe musi zachodzić poza komórką. Podczas trawienia zewnątrzkomórkowego żywność jest rozkładana poza komórką mechanicznie lub za pomocą kwasu przez specjalne cząsteczki zwane enzymami. Wtedy nowo rozłożone składniki odżywcze mogą zostać wchłonięte przez pobliskie komórki. Podczas jedzenia ludzie stosują trawienie pozakomórkowe. Ich zęby rozdrabniają pokarm, enzymy i kwasy w żołądku je upłynniają, a dodatkowe enzymy w jelicie cienkim rozkładają pokarm na części, z których mogą korzystać ich komórki. Trawienie zewnątrzkomórkowe jest formą trawienia występującą u wszystkich pierścienic saprobionowych , skorupiaków , stawonogów ., porosty i strunowce , w tym kręgowce .
W grzybach
Grzyby to organizmy heterotroficzne . Żywienie heterotroficzne oznacza, że grzyby wykorzystują pozakomórkowe źródła energii organicznej, materiał organiczny lub materię organiczną do ich utrzymania, wzrostu i rozmnażania. Energia pochodzi z rozpadu wiązania chemicznego między węglem a węglem lub innymi składnikami związków, takich jak jon fosforanowy . Pozakomórkowymi źródłami energii mogą być cukry proste , polipeptydy lub bardziej złożone węglowodany .
Grzyby mogą wchłaniać przez ściany jedynie małe cząsteczki. Aby grzyby mogły pozyskać swoje potrzeby energetyczne, znajdują i absorbują cząsteczki organiczne odpowiednie do swoich potrzeb, natychmiast lub po jakiejś formie zmniejszenia enzymów poza plechą . Małe cząsteczki są następnie absorbowane, wykorzystywane bezpośrednio lub odtwarzane (przekształcane) w cząsteczki organiczne w komórce.
Kiedy w ściółce widać szkielet liścia, dzieje się tak dlatego, że oporne materiały pozostają i trawienie jest kontynuowane. Grzyby, które wykorzystują różne źródła energii, zazwyczaj najpierw absorbują związki najprostsze, potem te bardziej złożone. Na przykład tworzenie celulozy jest hamowane przez wysokie stężenia glukozy w cytoplazmie . Po wyczerpaniu podstawowych źródeł glukozy uwalniane są enzymy rozkładające bardziej złożone cząsteczki, takie jak celuloza i skrobia . W ten sposób rozpuszczalne cukry i aminokwasy są najpierw usuwane z liścia uwolnionego z drzewa. Skrobia jest następnie rozkładana i wchłaniana. Następnie trawi się pektynę i celulozę. Ostatecznie woski ulegają degradacji, a lignina ulega utlenieniu . Stopniowe pozyskiwanie energii skutkuje efektywnym wykorzystaniem dostępnej energii.
Wykrywanie enzymów trawiennych w grzybach
Wydaje się, że regulacja pozyskiwania składników odżywczych jest kontrolowana przez zjawiska ogólne. W przesączu kultury dobrze odżywionych grzybów można wykryć tylko niewielką grupę enzymów, głównie hydrolaz . Sugeruje to, że specyficzne induktory kontrolują wytwarzanie i uwalnianie enzymów do degradacji. Najczęstszym węglowodanem złożonym dostępnym w środowisku jest celuloza. Na przykład przy braku glukozy wykrycie celulozy indukuje ekspresję celulozy. W konsekwencji, grzyby specyficznie celują w rozkład celulozy w swoim środowisku i nie marnują energii na niepotrzebne tworzenie enzymów do degradacji cząsteczek, które mogą nie być obecne. Grzyby mają wydajny proces pozyskiwania energii.
Ze względu na ogromną gamę potencjalnych źródeł pożywienia, grzyby wykształciły enzymy odpowiednie dla środowisk, w których zwykle się znajdują. Zakres enzymów, choć szeroki u wielu gatunków, nie jest wystarczający do przetrwania we wszystkich środowiskach. Grzyby wymagają innych konkurencyjnych atrybutów, aby zapewnić przetrwanie.
Prawdą jest również coś przeciwnego. Niektóre grzyby mają bardzo specyficzne zdolności metaboliczne, które umożliwiają zajmowanie określonych siedlisk, wykorzystując molekuły niedostępne dla innych grzybów. Co więcej, wykorzystanie powszechnego i obfitego substratu doprowadziło wiele grzybów do wykształcenia szeregu wysoce specyficznych enzymów degradacyjnych. Wśród grzybów są gatunki, które mają ogólne wymagania żywieniowe, niektóre mają specyficzne wymagania żywieniowe, a wiele jest pomiędzy.
Wydalanie enzymów trawiennych
Enzymy są wytwarzane blisko końcówki strzępki. Niektóre są pakowane w pęcherzyki związane z aparatem Golgim, a następnie dostarczane do końcówki strzępki. Zawartość jest uwalniana na końcu. Niektóre enzymy są aktywnie wydalane przez błonę komórkową , gdzie dyfundują lub działają w ścianie komórkowej. Należy zauważyć, że enzymy uwalniane z końcówki strzępki strzępkowej wymagają środowiska wodnego do uwalniania i późniejszej aktywności degradacyjnej.
Absorpcja produktów przefermentowanych
Cząsteczki zaabsorbowane przez błonę plazmatyczną mają tendencję do bycia mniejszymi niż 5000 Da, więc tylko cukry proste, aminokwasy, kwasy tłuszczowe i inne małe cząsteczki mogą być wchłaniane po trawieniu. Cząsteczki są rozpuszczone w roztworze. W niektórych przypadkach cząsteczki są przetwarzane przez enzymy znajdujące się w ścianie komórkowej. Na przykład inwertory sacharozy zostały zlokalizowane w ścianach drożdży. Glukoza wydaje się być cukrem preferowanym przez większość grzybów. Wychwyt innych cukrów jest hamowany, gdy dostępna jest glukoza. Podobnie amon , glutamina i asparagina regulują pobieranie związków azotu, a cysteina związków siarki.
Wspólne trawienie wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe u parzydełkowatych
Trawienie wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe stawów U stułbi i innych parzydełkowatych , pokarm jest chwytany przez macki i połykany przez usta do pojedynczej dużej jamy pokarmowej, jamy żołądkowo- naczyniowej . Enzymy są wydzielane z komórek graniczących z tą jamą i wylewane na pokarm w celu trawienia pozakomórkowego. Małe cząstki częściowo strawionego pokarmu są pochłaniane do wakuoli komórek trawiennych w celu trawienia wewnątrzkomórkowego . Wszelkie niestrawione i niewchłonięte pokarmy są w końcu wyrzucane z ust.
Odwrócone układy trawienne to worki i rurki
Organizmy jednokomórkowe oraz gąbki trawią pokarm wewnątrzkomórkowo. Inne organizmy wielokomórkowe trawią swój pokarm pozakomórkowo w jamie trawiennej. W tym przypadku enzymy trawienne są uwalniane do jamy, która jest ciągła ze środowiskiem zewnętrznym zwierzęcia. U parzydełkowatych i płazińców, takich jak płazińce , jama przewodu pokarmowego, zwana jamą żołądkowo-naczyniową, ma tylko jeden otwór, który służy zarówno jako jama ustna, jak i odbytowa. W ramach tego typu układu pokarmowego nie ma specjalizacji, ponieważ każda komórka jest narażona na wszystkie etapy trawienia pokarmu.
Specjalizacja występuje wtedy, gdy przewód pokarmowy lub przewód pokarmowy mają oddzielne usta i odbyt, dzięki czemu transport pokarmu jest jednokierunkowy. Najbardziej prymitywny przewód pokarmowy występuje u nicieni (typu nicienie), gdzie jest to po prostu rurkowate jelito wyłożone błoną nabłonkową . Dżdżownice (z rodzaju Annelids) mają przewód pokarmowy wyspecjalizowany w przyjmowaniu, przechowywaniu, fragmentacji, trawieniu i wchłanianiu pokarmu w różnych regionach. Wszystkie bardziej złożone grupy zwierząt, w tym wszystkie kręgowce, wykazują podobne specjalizacje.
Spożywany pokarm może być przechowywany w wyspecjalizowanym obszarze przewodu pokarmowego lub poddany fizycznej fragmentacji. Ta fragmentacja może nastąpić w wyniku żucia zębów (w pysku wielu kręgowców) lub rozdrabniania kamyków (w żołądku dżdżownic i ptaków). Następnie następuje trawienie chemiczne, w wyniku którego większe cząsteczki pokarmu składające się z polisacharydów i disacharydów , tłuszczów i białek zostają rozbite na najmniejsze podjednostki.
Trawienie chemiczne obejmuje reakcje hydrolizy , które uwalniają cząsteczki podjednostek – głównie monosacharydy , aminokwasy i kwasy tłuszczowe – z pożywienia. Te produkty trawienia chemicznego przechodzą przez nabłonkową wyściółkę jelita do krwi w procesie zwanym wchłanianiem. Żadne cząsteczki zawarte w pożywieniu, które nie zostaną wchłonięte, nie mogą zostać wykorzystane przez zwierzę. Te produkty przemiany materii są wydalane lub wydalane z odbytu.
Trawienie zewnątrzkomórkowe u innych zwierząt
Annelidy
Echiuran jelito jest długa i bardzo zawiłe oraz nie ma w jelitach u pogonophoran dorosłych. Wśród innych pierścienic jelito jest liniowe i niesegmentowane, z otworem gębowym na otrzewnej i otworem odbytu na tylnym końcu zwierzęcia ( pygidium ). Pokarm przemieszcza się w jelitach przez rzęski i/lub skurcze mięśni . Trawienie jest głównie zewnątrzkomórkowe, chociaż niektóre gatunki wykazują również komponent wewnątrzkomórkowy.
Stawonogi
Układ pokarmowy stawonogów jest podzielony na trzy obszary: jelito przednie, jelito środkowe i jelito tylne. Wszystkie wolno żyjące gatunki wykazują odrębne i oddzielne usta i odbyt, a u wszystkich gatunków pokarm musi być przemieszczany przez przewód pokarmowy raczej dzięki aktywności mięśni niż aktywności rzęsek , ponieważ światło przedniego i tylnego jelita jest pokryte naskórkiem . Trawienie jest na ogół pozakomórkowe. Składniki odżywcze są rozprowadzane do tkanek przez system hemalny.
Mięczaki
Większość mięczaków ma kompletny układ pokarmowy z oddzielnymi ustami i odbytem. Usta prowadzą do krótkiego przełyku, który prowadzi do żołądka. Z żołądkiem związany jest jeden lub więcej gruczołów trawiennych lub jelito ślepe . Enzymy trawienne są wydzielane do światła tych gruczołów. W żołądku następuje dodatkowe trawienie zewnątrzkomórkowe. U głowonogów trawienie odbywa się całkowicie pozakomórkowo. U większości innych mięczaków końcowe etapy trawienia zachodzą wewnątrzkomórkowo, w tkance gruczołów trawiennych. Wchłonięte składniki odżywcze trafiają do układu krążenia i są rozprowadzane po całym ciele lub są przechowywane w gruczołach trawiennych do późniejszego wykorzystania. Niestrawione odpady przechodzą przez jelito i wychodzą przez odbyt. Inne aspekty zbierania i przetwarzania żywności zostały już omówione w stosownych przypadkach dla każdej grupy.
Ludzie
Pierwotnymi składnikami przewodu pokarmowego są usta i gardło , czyli wspólny pasaż jamy ustnej i nosa. Gardło prowadzi do przełyku , rurki mięśniowej, która dostarcza pokarm do żołądka , gdzie następuje pewne wstępne trawienie; tutaj trawienie jest pozakomórkowe .
Z żołądka pokarm przechodzi do jelita cienkiego , gdzie bateria enzymów trawiennych kontynuuje proces trawienia. Produkty trawienia są wchłaniane przez ścianę jelita do krwiobiegu . To, co pozostaje, opróżnia się do jelita grubego , gdzie wchłania się część pozostałej wody i minerałów; tutaj trawienie jest wewnątrzkomórkowe.