Ünite 2- Besin Maddeleri Sindirimi ve Metabolizması

Besin Maddeleri Sindirimi ve Metabolizması

Bir bilim dalı olarak fizyoloji, canlılarda meydana gelen fiziksel ve kimyasal olayları inceler. Beslenme fizyolojisi ise, ağızdan anüse kadar meydana gelen tüm sindirim etkinliklerini kapsar.

Besin maddelerinin metabolizması genel anlamda besinlerin dolaşım sistemine emildikten sonra, vücutta dokuların yapımı ve/veya onarımı, vücut sıcaklığının korunması, kasların çalışması, yaşamsal fonksiyonların yapılması ve devam etmesi, büyüme, üreme vb. kimyasal ve fiziksel değişimleri içine alan yaşamsal işlemlerin tümüne denir.

Sindirim Sistemi ve Anatomisi

Ağız ile başlayıp anüs ile son bulan sisteme sindirim sistemi denir. Bu sistem ile dışarıdan alınan besin maddelerinin organizmaya yararlı hale gelebilmeleri için sindirim kanalında geçirdikleri değişiklere de sindirim adı verilir. Sindirim sisteminde yer alan organların büyüklüğü ve fonksiyonları türlere göre değişiklik gösterir. Yapılarına göre sindirim sistemleri:

1. Basit mide sistemi; insan (omnivor), domuz (omnivor), köpek(karnivor)
2. Fonksiyonel kalın bağırsaklı mide sistemi; at (herbivor), tavşan (herbivor), devekuşu (herbivor), sıçan (omnivor)
3. Çok gözlü mide sistemi; sığır, koyun, keçi (herbivorlar)
4. Kanatlı mide sistemi (Şekil 2.4); tavuk, hindi, ördek, kaz vb.

Sindirim ağızda başlar. Ağız yolu ile alınan yemler dişler, dil, yanak kasları ile çiğnenerek mekanik olarak parçalanır ve boyutları küçültülür.

Yemek borusu (Özefagus), yutulan besin maddelerini mideye iletir.

Kursak, kanatlı hayvanlarda bulunan çok amaçlı bir organdır. Görevi, yemleri depo etmek, ıslanmalarını ve belli bir boyuta kadar küçülmelerini sağlamaktır.

Bezel midede (Proventrikulus) yiyecekler hidroklorik asit ve salgılanan pepsin enzimleri ile karışarak taşlık ve kaslı mideye iletilir.

Taşlık (Ventrikulus), kendisine gönderilen yemleri kum ve çakıl gibi sert parçaların da yardımı ile öğütür.

Mide, fizyolojik fonksiyonu bakımından üçe ayrılır: Fundus, Korpus ve Antrum. Midede hidroklorik asit, pepsin ve müsin salgılanır ve yemler sindirilmeye devam eder.

Ruminantlarda mide, rumen (işkembe), retikulum (börkenek), omasum (kırkbayır) ve abomasumdur (şirden, gerçek mide) bölümlerinden oluşur ve en rumen en büyük kısmı oluşturur.

İnce bağırsak, kimyasal sindirim ve emilimin en yoğun yapıldığı organdır. Bu organa sindirime yardımcı olan safra ve pankreas salgısı boşaltılır.

Kalın bağırsak (kolon), sindirilmemiş olan ve sindirimden arta kalan kısmın, dışkı olarak atılmadan önce geçtiği sindirim kanalının son bölümü olup, kör bağırsak (sekum) ve kolondan meydana gelir, rektum ve anüs ile son bulur.

Besin Maddelerinin Sindirimi

Sindirim gerçekleşirken besin maddeleri fiziksel, kimyasal ve mikrobiyal (biyolojik) yollarla parçalanırlar. Fiziksel sindirim, ağız, diş vb. organların hareketleri, kimyasal sindirim, sindirim bezleri tarafından salgılanan salgılar içindeki sindirim enzimleri ile biyoloji sindirim ise sindirim organının bazı yerlerinde bulunan mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilir.

Sindirim Enzimleri

Enzimler, canlı hücreler tarafından salgılanan katalizörlerdir ve bu sebeple biyokatalizörler olarak adlandırılırlar. Enzimler, tepkimede kullanılmadan kimyasal ve fiziksel tepkimelerin hızını artırırlar.

Sindirim enzimleri, etki ettikleri maddenin sonuna getirilen “az” veya “litik” ekleri ile tanımlanırlar. Ayrıca, her biri sadece belirli bir besin maddesi grubu üzerinde etkili olur. Bazı enzimler en iyi etkiyi nötr eriyiklerde gösterirken bazıları hafif asit, bazıları ise hafif alkali eriyiklerde etkili olurlar. Sindirim enzimleri ile besin maddeleri daha basit bir yapıya dönüştürülerek çözülebilir ve sindirilebilir bileşiklere parçalanırlar.

Yemlerin Çiğnenmesi ve Ruminantlarda Geviş Getirme

Ruminantlarda yem ilk kez basit bir parçalanmadan sonra yutulur ve yutulan yemler önce rumene gelirler. Burada kasların kuvvetli hareketleri ile su ve tükürüğünde yardımıyla iyice karışır ve parçalanırlar. Aynı zamanda bakteriler tarafından fermantasyona uğrarlar. Daha sonra kasların hareketleri ve fermantasyon sonucu oluşan gazların baskısı ile lokmalar biçiminde yeniden ağıza döner ve orada ikinci kez çiğnenir, iyice ıslatılır, daha ufak parçalara ayrılırlar. Bu çiğneme işlemine geviş getirme (ruminasyon) adı verilir. Yeteri kadar yem yiyen hayvanlar daha sonra dinlenmeye geçerek geviş getirirler. Ruminantlar günün yaklaşık 8 saatini yem yiyerek, 8 saatini de geviş getirmek için harcarlar.

Geviş getirme olayından sonra yemler ya yeniden rumene ya da retikuluma gönderilirler. Retikulumda da iyice karıştırıldıktan sonra diğer mide bölmelerine iletilirler. Omasumda yem ayrıca bir fiziksel parçalanmaya uğrar ve buradan gerçek mide kısmı olan abomasuma geçer.

Karbonhidratların Sindirimi

Kolay sindirilebilir karbonhidratların sindirimi: Karbonhidratların sindirimi tükürüklerinde amilaz enzimi bulunan hayvanlarda ağızda başlar. Bu enzim nişastayı maltoza parçalar. Amilaz enziminin nişastalar üzerindeki etkisi mideye kadar devam eder. Ancak midede salgılanan hidroklorik asit amilazın etkisini bloke eder. Maltoza parçalanamayan nişastalar ince bağırsakta pankreas salgısı içinde bulunan amilaz enzimi ile maltoza dönüştürülür. Bileşik şekerler (maltoz; sükroz ve laktoz) daha sonra bağırsak salgısındaki ve bağırsak duvarlarındaki enzimlerin etkisi ile basit glukoz ve benzeri şekerlere parçalanırlar. Bu basit şekerler yani monosakkaritler ince bağırsak duvarları boyunca emilirler. Emilen bu basit şekerler kan sirkülasyonuna geçerler ve karaciğere iletilirler. Kana geçen bu maddelerin büyük bir kısmı vücutta kullanılmadan idrarla dışarı atılmaktadır.

Sellülozun Sindirimi

Sindirim kanalında bulunan enzimler ham sellülozu sindirecek özelliklere sahip değildirler. Sellülozu, bir glikozidaz olan sellülaz enzimi parçalar ve bu enzimi bakteriler üretir. Bu bakteriler, tek midelilerde kalın bağırsakta, ruminantlarda rumende, kanatlı hayvanlar ile tavşanda kör ve kalın bağırsakta bulunurlar.

Sellülaz enzimini üreten bakteriler sellülozun yanı sıra nişasta, glikoz, protein ve amonyağı da değerlendirip fermantasyona uğratırlar. Rumen ve sindirim organlarında bulunan bakteriler sellüloz ve pentozanları asetik, propiyonik ve bütirik gibi organik asitlere dönüştürürler. Oluşan bu organik asitlerin bir kısmı rumende emilerek enerji metobolizmasında değerlendirilir. Hayvanın enerji gereksinmesi ve süt sentezi organik asitler ile gerçekleştirilir. Büyük bir kısmı ince bağırsakta emilir. Ayrıca, bu fermantasyon işlemleri sırasında karbondioksit (CO ₂ ) ve metan (CH ₄ ) gazlar otaya çıkar ve ısı oluşur. Bu gazlar, geğirme veya rumen vasıtası ile vücuttan atılırlar. Oluşan ısı hayvanın vücut sıcaklığını koruması için kullanılır, gerekli değilse de tamamen boşa gider.

Proteinlerin Sindirimi

Hayvanların yemler ile vücutlarına aldıkları proteinler önce mide salgısındaki pepsin enzimi ile dönüştürülürler. Pepsin enzimi, bir proenzim olan pepsinojen şeklinde salgılanır. Pepsinojen HCL ile aktif hale getirilerek pepsine dönüştürülür. Pepsin enzimi, asıl mideye gelen proteinleri daha basit yapıda ve çözünebilir olan proteazlara ve peptonlara parçalar.

Pepsin etkisinden kurtulan ve ince bağırsağa geçen proteinler ise, pankreas salgısında bulunan tripsin ve kimotripsin tarafından çok daha basit nitrojenli bileşiklere ve hatta proteinlerin yapı taşları olan amino asitlere kadar parçalanırlar. Oluşan amino asitler, ince bağırsak villusları tarafından emilirler ve sonra kan sirkülasyonuna geçerek vücudun tüm kısımlarına taşınırlar.

Süt emen hayvanlarda ve insanların mide salgısında bulunan rennin enzimi de önem arz eder. Bu enzim ile süt pıhtılaştırılır ve katı hale dönüştürülür. Böylece, süt mideyi kısa bir sürede terk eder ve sindirimden kaçması önlenmiş olur.

Yağların Sindirimi

Yem ve gıdalardaki yağlar, midede bulunan lipaz enzimi ile parçalanırlar. Ancak, yağların asıl sindirildiği yer ince bağırsaktır. Yağlar, karaciğer tarafından üretilen safra tuzları yardımı ile ince bağırsakta yağ emülsiyonu oluşumundan veya çok küçük damlacıklara ayrıldıktan sonra parçalanırlar. Ardından, safra tuzları ile aktif hale gelen ve pankreas salgısında bulunan lipaz enzimi ile yağlar gliserine parçalanırlar. Lipaz enzimi, bağırsak salgısında da bulunur. Oluşturulan yağ asitleri ve gliserin, bağırsaktaki villuslar tarafından emilir. Yağların değişmeden kalan bölümlerinin de emülsiyona uğramış durumda emilmesi mümkün değildir. Ayrıca az miktardaki yağ asitleri de sindirim salgılarındaki alkalilerle kolayca emilir.

Mineraller, Vitaminler ve Su Sindirimi

Emilim, çevreden gelen bir maddenin canlı organizmaya girmesidir. Sindirim kanalı boyunca parçalanan besinler sindirim kanalı mukozasını aşarak kan ve lenfe dâhil olurlar. Daha sonra bu maddeler ya kullanılırlar ya da dokularda depo edilirler.

Vücuda alınan yem;

1. Diffüzyonla,
2. Aktif transportla veya
3. Pinositozis yolu ile emilerek vücuda alınırlar.

Besin Maddelerinin Emilimi

Karbonhidratların Emilimi

Karbondhidratlar, ince bağırsağa gelene kadar monosakkaritler ve disakkaritlere parçalanırlar. Epitel hücreleri tarafından emilen monosakkaritlerin bir kısmı kana bir kısmı da lenf sistemine aktarılır. Monosakkaritlerin kana emilimi hücre zarında bulunan sodyum yoğunluğuna bağlı olarak aktif transport mekanizmasıyla olur ve emilim için enerji gerektirir.

Proteinlerin Emilimi

Sindirim kanalında amino asit ve peptid formuna dönüştürülen proteinler bağırsaklarda emilerek çoğu kana, çok az bir kısmı da lenf sistemine aktarılır. Emilim aktif transport ile gerçekleştirilir.

Yağların Emilimi

İnce bağırsak epitel hücrelerine diffüzyon ile gelen yağ asitleri, monogliseridler, kolestrol ve yağda eriyen vitaminler yeniden trigliserid, kolestrol ve fosfolipid sentezinde kullanılırlar. Ardından bu maddeler, küçük kürecikler halinde birbaraya gelirler ve etrafları ince bir protein tabakası ile sarılır. Bu yapıya “şilomikron” adı verilir. Şilomikron yapısı lenf yoluna geçer ve buradan kana karışır. Daha sonra büyük bir kısmı karaciğerde az bir kısmı da dokularda kullanılır.

Minerallerin Emilimi

Minerallerin çoğu ince bağırsakta az bir kısmı da deri, mide ve kalın bağırsakta emilir.

Vitaminlerin Emilimi

Vitaminler genellikle ince bağırsakta emilirler. Yağda eriyen vitaminler, ince bağırsaktan diffüzyon ile emilerek lenf sistemine oradan da karaciğere taşınırlar. Vitamin B kompleksi içindeki vitaminlerin tümü bağırsak kanalından kolayca emilirler. Bu vitaminlerin taşınması kan yolu ile gerçekleşir.

Suyun Emilimi

Vücuda alınan su, ince bağırsak zarlarından hücrelere diffüzyon yolu ile taşınır. Ayrıca, kandan ince bağırsağa doğru da bir su emilimi gerçekleşir.

Besin Maddelerinin Metabolizması

Besin maddelerinin kana karışmasından başlayarak bunların işlenmesi ve artıklarının dışarı atılmasına değin geçen tüm olaylara metabolizma adı verilir.

Metabolizma ile ilgili olaylar genel olarak iki grupta gerçekleşir:

Katabolizma (Parçalanma): Karmaşık yapılı ya da büyük moleküllü bileşiklerin küçük moleküllü basit bileşiklere parçalanması olaydır ve katabolik olaylar “ ekzorgenik ” yani enerji açığa çıkaran olaylardır. Katabolizma olayı ile açığa çıkan enerjiye metabolik enerji denir.

Anabolizma (Sentez): Küçük ve basit yapılı bileşiklerden büyük moleküllü karmaşık bileşiklerin yapılması ya da sentezlenmesi olayıdır. Anabolik olaylar “ endorgenik ” yani sisteme enerji ilavesini gerektirir.

Karbonhidratların Metabolizması

Yemlerle vücuda alınan nişasta ve benzeri karbonhidratların ince bağırsakta emilebilmesi için önce monosakkarid ve glukoza parçalanmaları gerekir. Bu parçalanmadan sonra ince bağırsakta emilerek kan yolu ile diffüzyonla karaciğere gelirler ve burada glukoz glikojene dönüştürülerek depo edilir. Glikojenin karaciğer dışında depo edildiği yerler kas dokusu ve beyindir.

Kanda bulunan glukoz seviyesi veya şeker düzeyi, sinirsel ve hormonal faaliyetlerin etkisinde olup, sabit tutulması, karaciğer ile böbreklerin ve bazı hormonların ortak etkileri ile sağlanır. Kandaki şeker seviyesinin normalin altına düşmesine “hipoglisemi”, normalden fazla bir seviyede olmasına da “hiperglisemi” denir.

Karbonhidratların yağa dönüşümü: Yemlerdeki karbonhidratların fazlası daha basit yapıda olan yağ asitleri ve gliserine dönüştürülür. Dönüştürülen bu karbonhidratlar vücut yağı ve süt yağı yapımında kullanılır. Karbonhidratların parçalanması: Organizmanın ihtiyacı olan enerji için karbonhidratların parçalanmaları gerekir. Bu parçalanma için ise özel enzimler ve koenzimler kullanılır.

Glukoz birçok tepkimeler sonucu piruvik asite dönüşür ve piruvik asit de sonunda, sitrik asit dolaşımı üzerinden CO ₂ ve H ₂ O’ya parçalanır.

Yağların Metabolizması

Organizmanın her hücresi yağlara gereksinim duyar. Besinler ile alınan yağların büyük bir kısmını trigliseridler, daha azını ise fosfolipidler ile kolesterol oluşturur. Sindirim sonunda gliserol ve yağ asitlerine ayrılan yağlar, bağırsak duvarlarından emildikten sonra lipaz enziminin etkisiyle yeniden nötr yağlara dönüşürler. Bunlar bir bölümü lenf yolu ile bir bölümü de kan yolu ile doku hücrelerine ve yağ depolarına iletilirler.

Kan dolaşım sistemi yolu ile karaciğere gelen lipidler, önce doymuş hale getirilirler, sonra fosfolipidlere çevrilerek, dokulara gönderilirler. Dokularda, hücre ve hücre zarlarının yapısında kullanılırlar. Diğer dokulara gidenler ise, buralarda ya yağ olarak depolanırlar veya katabolize edilerek enerji metabolizmasında kullanılırlar.

Yağların organizmada bulunuşu: Hayvan vücudunda bulunan yağlar vücut ağırlığının %10’unu oluşturur. Bu yağlar, depo yağları veya hücre yağları olarak bulunurlar. Yağlar en çok yağ dokuda yani adipoz dokuda, çoğunlukla (%90) trigliserid formunda, depo edilirler. Karaciğerde ise %3-5 dolaylarında bulunur. Kan damarları ve sinirlerle donatılmış olan adipoz dokunun yaklaşık %50’si deri altında geri kalanı kalp, böbrek ve bağırsakların çevresi kaslar ile diğer bazı organlarda bulunur. Hayvanın tükettiği yem nedeni ile depo yağlarının yağ asitleri çeşitli hayvanlarda ve aynı hayvanın çeşitli dokularında farklılık gösterir.

Yağların metabolizması: Yağların metabolizması karaciğerde gerçekleşir ve bu nedenle lipid grupları bu organda bulunur. Karaciğer, kandan aldığı serbest yağ asitlerini trigliserid ve fosfolipid sentezinde kullanılır. Ayrıca, karaciğer kolestrol sentezi ve kan kolestrol düzeyinin denetimi ile de sorumlu olan organdır.

Yağ asitlerinin oksidasyonu: Bağırsaktan emilerek kana ve oradan karaciğere gelen trigliseridler burada gliserol ve yağ asitlerine parçalanırlar. Yağ asitleri, ß-oksidasyon ile oksidasyona uğrarlar ve sonuçta C ₂ o, H ₂ O ve ATP elde edilir.

Yağ asitlerinin sentezi (lipogenesis): Bu sentez, kısa zincirli yağ asitlerinin her defasında ikişer Karbon ilavesi ile daha uzun zincirli yağ asitlerine dönüştürülmesi olayıdır. Genel olarak karaciğer, yağ dokusu ve laktasyon döneminde meme dokusu hücrelerinin stoplazma ve mitokondrilerinde gerçekleşir.

Kolestrol sentezi: Kolesterolün sentez yeri başta karaciğer ve deri olmak üzere adrenal korteks, testisler, ince bağırsaklar ve diğer bazı organlardır. Buna karşı yağ dokusu, kas, atardamar ve beyinde kolesterol sentezi oldukça yavaştır.

Protein Metabolizması

Kan yolu ile karaciğere gelen proteinlerin bir kısmı hiç değişikliğe uğramazken diğer bir kısmı doku ve organlara kan yolu ile iletilerek oralarda çeşitli doku proteinlerine veya yapağı, süt, yumurta gibi ürünlerin proteinlerine çevrilirler.

Kandaki protein veya amino asit seviyesi yükseldiğinde bu maddeler doku ve hücre proteinlerinin sentezinde kullanılırlar. Aksi durumda ise, doku proteinleri parçalanarak kana verilir. Çift yönlü gerçekleşen bu olaya “protein dönüşümü” denir.

Proteinlerin sentezi: Protein sentezi hücrede bulunan genler tarafından kontrol edilir. Protein sentezinin gerçekleşebilmesi için hücrede amino asitlerin, enerji ve katalizörlerin (hormonlar ve enzimler) bulunması gerekir. Hayvanlarda proteinlerde bulunan 21 amino asitten yalnızca 11 tanesi bol miktarda sentezlenir ve bunlar esansiyel olmayan amino asitler olarak adlandırılır. Geriye kalan 10 tanesi ise ya hiç sentezlenmez ya da organizmanın gereksinimini karşılayacak seviyede sentezlenmezler ve bunlar da esansiyel amino asitler olarak adlandırılır.

Amino asitlerin depolanması: Kanda bulunan amino asitler hücreye girdikten hemen sonra hücre içi enzimlerin etkisi ile protein sentezinde kullanılarak, hücrede protein olarak depo edilirler.

Proteinlerin parçalanması (deaminasyon): Proteinlerin parçalanması karaciğerde gerçekleşir ve bu olay sonucunda ortaya amonyak yine karaciğer tarafından üreye çevrilerek vücuttan atılır. Karaciğer görevini yerine getiremezse ve kanda amonyak seviyesi yükselirse vücut dokuları bu amonyaktan dolayı zehirlenir. Bu rahatsızlığa “hepatik koma” adı verilir.

Mineral Madde Metabolizması

Mineral maddeleri vücutta sentezlenemezler ve hayvan vücudunun %4 ünü oluştururlar. Hayvanların mineral gereksinimi yalnızca yemler ile karşılanamadığından mineral kaynaklarından ve ticari mineral kaynaklarından yararlanılır.

Mineral maddelerin vücuttaki görevleri:

• Öncelikle, doku ve organların yapısına girerler, bu özelliklerinden dolayı; kan hücreleri, kas, organlar ve diğer yumuşak dokuların oluşumuna katılan protein ve yağ gibi organik bileşiklerin yapısına girerler.
• İskelet sisteminin yapı maddelerini oluşturarak, kemiklere dayanıklılık ve sertlik sağlayıp, vücuda yapısal destek verirler.
• Vücutta asit-baz dengesini ayarlarlar; kalsiyum, sodyum, potasyum ve magnezyum gibi bir kısmı alkali, fosfor, klor ve kükürt gibi bazıları asit oluşumunda etkilidirler. Bu şekilde, kan ve dokularda pH’ın sabit kalmasını sağlarlar.
• Makro mineraller, vücutta ozmotik basıncı dengelerler.
• Bazı enzim, vitamin ve hormonların yapısına girerek, metabolizmada önemli fonksiyonların yerine getirilmesinde rol oynarlar.
• Bazı mineral tuzlar, vücutta H+ iyonunun yoğunluğunu kontrol etmek amacıyla, tampon madde olarak kullanılırlar.
• Kas ve sinirlerin uyarılmalarında etkili rol oynarlar.
• Bazı mikro mineraller, bağışıklık sistemini yani immün sistemi desteklerler.

Vitamin Metabolizması

Hayvan organizması vitaminleri yeteri kadar sentezleyemez. Hayvan vücudunun tüm hücreleri az da olsa vitaminlere gereksinim duyar. Yeteri kadar olmadığı durumlarda vitamin yokluğu (avitaminoz) veya vitamin yetersizliği (hipovitaminoz) olarak adlandırılır. Hayvanlar vitaminleri, mikroorganizmalar ile yeşil bitkiler veya hayvansal kaynaklı yemlerden elde ederler. Vitaminlerin depo edildiği yer karaciğer organıdır. Vücuda gerekli olmayan vitaminler gübre, idrar ve hayvansal ürünler (yumurta, süt) ile vücuttan atılır.