Enzima digestiva

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Las enzimas digestivas participan en el proceso químico de la digestión , que sigue al proceso mecánico de la digestión. Los alimentos consisten en macromoléculas de proteínas, carbohidratos y grasas que necesitan ser descompuestos químicamente por enzimas digestivas en la boca , el estómago , el páncreas y el duodeno , antes de poder ser absorbidos en el torrente sanguíneo. ^[1] La descomposición inicial se logra mediante la masticación y el uso de enzimas digestivas de la saliva . Una vez en el estómago, se produce un batido mecánico adicional que mezcla los alimentos con el ácido gástrico secretado . Las enzimas gástricas digestivas participan en algunos de los procesos químicos necesarios para la absorción . La mayor parte de la actividad enzimática, y por lo tanto la absorción, tiene lugar en el duodeno. ^{[2] [3]}

Las enzimas digestivas se encuentran en el tracto digestivo de los animales (incluidos los humanos) y en el tracto de las plantas carnívoras , donde ayudan en la digestión de los alimentos, así como en el interior de las células , especialmente en sus lisosomas , donde funcionan para mantener la supervivencia celular. ^{[4] [5]}

Las enzimas digestivas se clasifican en función de sus sustratos objetivo : las lipasas dividen los ácidos grasos en grasas y aceites ; ^[6] las proteasas y peptidasas dividen las proteínas en pequeños péptidos y aminoácidos ; ^[7] las amilasas dividen los carbohidratos como el almidón y los azúcares en azúcares simples como la glucosa , ^[8] y las nucleasas dividen los ácidos nucleicos en nucleótidos . ^[9]

Las enzimas digestivas se encuentran en gran parte del tracto gastrointestinal . En el sistema digestivo humano , los principales sitios de digestión son la boca, el estómago y el intestino delgado. Las enzimas digestivas son secretadas por diferentes glándulas exocrinas , incluidas las glándulas salivales , las glándulas gástricas , las células secretoras del páncreas y las glándulas secretoras del intestino delgado . En algunas plantas carnívoras, se utilizan enzimas digestivas específicas de la planta para descomponer los organismos capturados.

Las sustancias alimentarias complejas que se ingieren deben descomponerse en sustancias simples, solubles y difusibles antes de poder ser absorbidas. En la cavidad oral, las glándulas salivales secretan una serie de enzimas y sustancias que ayudan en la digestión y también en la desinfección. Entre ellas se incluyen las siguientes: ^[10]

• Lipasa lingual : la digestión de los lípidos se inicia en la boca. La lipasa lingual inicia la digestión de los lípidos/grasas.
• Amilasa salivar : La digestión de los carbohidratos también se inicia en la boca. La amilasa, producida por las glándulas salivales, descompone los carbohidratos complejos, principalmente el almidón cocido, en cadenas más pequeñas o incluso en azúcares simples. A veces se la denomina ptialina .
• Lisozima : Teniendo en cuenta que los alimentos contienen más que sólo nutrientes esenciales, por ejemplo, bacterias o virus, la lisozima ofrece una función antiséptica limitada y no específica, pero beneficiosa, en la digestión.

Cabe destacar la diversidad de glándulas salivales. Existen dos tipos de glándulas salivales:

• Glándulas serosas : estas glándulas producen una secreción rica en agua, electrolitos y enzimas. Un buen ejemplo de glándula oral serosa es la glándula parótida .
• Glándulas mixtas: Estas glándulas tienen células serosas y mucosas , e incluyen las glándulas sublinguales y submandibulares. Su secreción es mucosa y de alta viscosidad .

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Las enzimas que se secretan en el estómago son las enzimas gástricas . El estómago desempeña un papel importante en la digestión, tanto en un sentido mecánico, al mezclar y triturar los alimentos, como en un sentido enzimático, al digerirlos. A continuación, se enumeran las enzimas producidas por el estómago y su respectiva función:

• La pepsina es la principal enzima gástrica. Las células principales del estómago la producen en su forma inactiva , el pepsinógeno , que es un zimógeno . El ácido del estómago activa el pepsinogeno y lo convierte en su forma activa, la pepsina. La pepsina descompone las proteínas de los alimentos en partículas más pequeñas, como fragmentos de péptidos y aminoácidos . Por lo tanto, la digestión de las proteínas comienza principalmente en el estómago, a diferencia de los carbohidratos y los lípidos, que comienzan su digestión en la boca (sin embargo, en la saliva de la boca se encuentran trazas de la enzima calicreína , que cataboliza ciertas proteínas).
• Lipasa gástrica : La lipasa gástrica es una lipasa ácida secretada por las células principales gástricas en la mucosa fúndica del estómago. Tiene un nivel de pH de 3 a 6. La lipasa gástrica, junto con la lipasa lingual, comprenden las dos lipasas ácidas. Estas lipasas, a diferencia de las lipasas alcalinas (como la lipasa pancreática ), no requieren ácido biliar o colipasa para una actividad enzimática óptima. Las lipasas ácidas constituyen el 30% de la hidrólisis de lípidos que ocurre durante la digestión en el adulto humano, y la lipasa gástrica contribuye con la mayor parte de las dos lipasas ácidas. En los neonatos, las lipasas ácidas son mucho más importantes y proporcionan hasta el 50% de la actividad lipolítica total.
• Catepsina F : es una cisteína proteasa .

El páncreas es una glándula endocrina y exocrina, ya que su función es producir hormonas endocrinas que se liberan en el sistema circulatorio (como la insulina y el glucagón ), controlar el metabolismo de la glucosa y secretar jugo pancreático digestivo/exocrino, que finalmente se secreta a través del conducto pancreático hacia el duodeno. La función digestiva o exocrina del páncreas es tan importante para el mantenimiento de la salud como su función endocrina.

Dos de las poblaciones de células del parénquima pancreático constituyen sus enzimas digestivas:

• Células ductales : Principalmente responsables de la producción de bicarbonato (HCO3 ₎ , que actúa para neutralizar la acidez del quimo gástrico que ingresa al duodeno a través del píloro. Las células ductales del páncreas son estimuladas por la hormona secretina para producir sus secreciones ricas en bicarbonato, en lo que es en esencia un mecanismo de biorretroalimentación; el quimo gástrico altamente ácido que ingresa al duodeno estimula las células duodenales llamadas "células S" para que produzcan la hormona secretina y la liberen al torrente sanguíneo. La secretina, que ha ingresado a la sangre, finalmente entra en contacto con las células ductales pancreáticas, estimulándolas para que produzcan su jugo rico en bicarbonato. La secretina también inhibe la producción de gastrina por las "células G" y también estimula las células acinares del páncreas para que produzcan su enzima pancreática.
• Células acinares : Principalmente responsables de la producción de enzimas pancreáticas inactivas ( zimógenos ) que, una vez presentes en el intestino delgado, se activan y realizan sus principales funciones digestivas descomponiendo proteínas, grasas y ADN/ARN. Las células acinares son estimuladas por la colecistoquinina (CCK), que es una hormona/neurotransmisor producida por las células intestinales (células I) en el duodeno. La CCK estimula la producción de zimógenos pancreáticos.

El jugo pancreático , compuesto por las secreciones de las células ductales y acinares, contiene las siguientes enzimas digestivas: ^[11]

• El tripsinógeno , que es una proteasa inactiva (zimógena) que, una vez activada en el duodeno para convertirse en tripsina , descompone las proteínas en aminoácidos básicos. El tripsinógeno se activa a través de la enzima duodenal enteroquinasa para convertirse en su forma activa, la tripsina.
• Quimotripsinógeno , que es una proteasa inactiva (zimógena) que, una vez activada por la enteroquinasa duodenal, se convierte en quimotripsina y descompone las proteínas en sus aminoácidos aromáticos . El quimotripsinógeno también puede ser activado por la tripsina.
• Carboxipeptidasa , que es una proteasa que quita el grupo de aminoácidos terminal de una proteína.
• Varias elastasas que degradan la proteína elastina y algunas otras proteínas.
• Lipasa pancreática que degrada los triglicéridos en dos ácidos grasos y un monoglicérido ^[12]
• Esterolesterasa
• Fosfolipasa
• Varias nucleasas que degradan los ácidos nucleicos, como la ADNasa y la ARNasa.
• Amilasa pancreática que descompone el almidón y el glucógeno , que son polímeros de glucosa con enlaces alfa. Los humanos carecen de celulasas para digerir el carbohidrato celulosa , que es un polímero de glucosa con enlaces beta.

Algunas de las enzimas endógenas anteriores tienen contrapartes farmacéuticas ( enzimas pancreáticas ) que se administran a personas con insuficiencia pancreática exocrina .

La función exocrina del páncreas debe parte de su notable fiabilidad a los mecanismos de biorretroalimentación que controlan la secreción del jugo. Los siguientes mecanismos de biorretroalimentación pancreáticos importantes son esenciales para el mantenimiento del equilibrio y la producción del jugo pancreático: ^[13]

• La secretina , una hormona producida por las "células S" del duodeno en respuesta al quimo gástrico que contiene una alta concentración de átomos de hidrógeno (alta acidez), se libera en el torrente sanguíneo; al regresar al tracto digestivo, la secreción disminuye el vaciamiento gástrico, aumenta la secreción de las células ductales pancreáticas, además de estimular las células acinares pancreáticas para que liberen su jugo zimogénico.
• La colecistoquinina (CCK) es un péptido único liberado por las "células I" del duodeno en respuesta al quimo que contiene un alto contenido de grasa o proteína. A diferencia de la secretina, que es una hormona endocrina, la CCK en realidad actúa a través de la estimulación de un circuito neuronal, cuyo resultado final es la estimulación de las células acinares para que liberen su contenido. La CCK también aumenta la contracción de la vesícula biliar, lo que hace que la bilis se comprima en el conducto cístico , el conducto biliar común y, finalmente, el duodeno. La bilis, por supuesto, ayuda a la absorción de la grasa emulsionándola, lo que aumenta su superficie de absorción. La bilis es producida por el hígado, pero se almacena en la vesícula biliar.
• El péptido inhibidor gástrico (GIP) es producido por las células de la mucosa duodenal en respuesta al quimo que contiene grandes cantidades de carbohidratos, proteínas y ácidos grasos . La función principal del GIP es disminuir el vaciamiento gástrico.
• La somatostatina es una hormona producida por las células mucosas del duodeno y también por las "células delta" del páncreas. La somatostatina tiene un importante efecto inhibidor, incluso sobre la producción pancreática.

Las siguientes enzimas/hormonas se producen en el duodeno :

• secretina : Es una hormona endocrina producida por las " células S " del duodeno en respuesta a la acidez del quimo gástrico.
• La colecistoquinina (CCK) es un péptido único liberado por las "células I" duodenales en respuesta al quimo que contiene un alto contenido de grasa o proteína. A diferencia de la secretina, que es una hormona endocrina, la CCK en realidad funciona a través de la estimulación de un circuito neuronal, cuyo resultado final es la estimulación de las células acinares para liberar su contenido. ^[14] La CCK también aumenta la contracción de la vesícula biliar, lo que provoca la liberación de bilis prealmacenada en el conducto cístico y, finalmente, en el conducto biliar común y, a través de la ampolla de Vater , en la segunda posición anatómica del duodeno. La CCK también disminuye el tono del esfínter de Oddi , que es el esfínter que regula el flujo a través de la ampolla de Vater. La CCK también disminuye la actividad gástrica y disminuye el vaciamiento gástrico, lo que da más tiempo a los jugos pancreáticos para neutralizar la acidez del quimo gástrico.
• Péptido inhibidor gástrico (GIP): este péptido disminuye la motilidad gástrica y es producido por las células de la mucosa duodenal.
• motilina : Esta sustancia aumenta la motilidad gastrointestinal a través de receptores especializados llamados "receptores de motilina".
• Somatostatina: Esta hormona es producida por la mucosa duodenal y también por las células delta del páncreas. Su función principal es inhibir diversos mecanismos secretores.

A lo largo del revestimiento del intestino delgado hay numerosas enzimas del borde en cepillo cuya función es descomponer aún más el quimo liberado por el estómago en partículas absorbibles. Estas enzimas se absorben mientras se produce la peristalsis. Algunas de estas enzimas son:

• Varias exopeptidasas y endopeptidasas, incluidas dipeptidasas y aminopeptidasas, que convierten peptonas y polipéptidos en aminoácidos. ^[15]
• Maltasa : convierte la maltosa en glucosa.
• Lactasa : es una enzima importante que convierte la lactosa en glucosa y galactosa. La mayoría de las poblaciones de Oriente Medio y Asia carecen de esta enzima. Esta enzima también disminuye con la edad. Por ello, la intolerancia a la lactosa es una queja abdominal frecuente en las poblaciones de Oriente Medio, Asia y personas mayores, que se manifiesta con hinchazón, dolor abdominal y diarrea osmótica.
• Sacarasa : convierte la sacarosa en glucosa y fructosa.
• Otras disacaridasas

En las plantas carnívoras, las enzimas digestivas y los ácidos descomponen los insectos y, en algunas plantas, los animales pequeños. En algunas plantas, la hoja se hunde sobre la presa para aumentar el contacto, otras tienen un pequeño vaso de líquido digestivo . Luego, los líquidos digestivos se utilizan para digerir la presa y obtener los nitratos y el fósforo necesarios . La absorción de los nutrientes necesarios suele ser más eficiente que en otras plantas. Las enzimas digestivas surgieron de forma independiente en plantas y animales carnívoros. ^{[16] [17] [18]}

Algunas plantas carnívoras, como la heliamphora, no utilizan enzimas digestivas, sino bacterias para descomponer el alimento. Estas plantas no tienen jugos digestivos, sino que utilizan la putrefacción de la presa. ^[19]

Algunas enzimas digestivas de las plantas carnívoras: ^[20]

• Proceso hidrolítico
• Esterasa una enzima hidrolasa
• Enzima proteasa
• Enzima nucleasa
• Enzima fosfatasa
• Enzima glucanasa
• Enzima peroxidasa
• Ureas y compuestos orgánicos
• Enzima quitinasa

Los inhibidores de la alfa-glucosidasa y de la alfa-amilasa se encuentran en varias plantas crudas como la canela . ^{[21] [22]} Se utilizan como fármacos antidiabéticos. Los estudios han demostrado que el uso de canela cruda ofrece un posible uso terapéutico antidiabético. ^{[21] [22]}

• Acarbosa
• Alfa-glucosidasa
• Erepsina