Bài học

Enzyme và quá trình tiêu hoá hoá học

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được enzyme nào tác động lên nhóm chất nào tại từng cơ quan của ống tiêu hoá, giải thích được vì sao tiêu hoá tinh bột gián đoạn ở dạ dày rồi tiếp tục ở ruột non, phân biệt vai trò của dịch mật với vai trò của một enzyme thật sự, và dự đoán được hoạt động của enzyme khi nhiệt độ hoặc pH thay đổi.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết tiêu hoá hoá học là việc enzyme cắt nhỏ các phân tử tinh bột, protein, lipid, và biết dịch vị, dịch mật, dịch tuỵ, dịch ruột được tiết ra ở những cơ quan nào (same-grade bridge). Bài này mở từng loại dịch đó ra, chỉ rõ enzyme cụ thể bên trong và điều kiện để mỗi enzyme hoạt động tốt nhất.

Khởi động

Em có để ý một miếng cơm nhai thật lâu trong miệng bắt đầu có vị ngọt nhẹ không? Cơm vốn không ngọt — hạt gạo chủ yếu là tinh bột. Vậy vị ngọt đó từ đâu ra, và tại sao phải nhai đủ lâu mới cảm nhận được, chứ không phải ngay khi thức ăn vừa chạm lưỡi?

Kiến thức trọng tâm

Enzyme là chất xúc tác sinh học, làm phản ứng hoá học trong cơ thể diễn ra nhanh hơn rất nhiều mà bản thân không bị biến đổi sau phản ứng. Mỗi enzyme mang tính đặc hiệu: chỉ tác động lên một loại chất nhất định, như một chiếc chìa khoá chỉ mở được một loại khoá. Enzyme cũng rất nhạy với nhiệt độ và pH — mỗi enzyme có một khoảng tối ưu để hoạt động mạnh nhất; ra khỏi khoảng đó, hoạt động giảm đi hoặc mất hẳn, tuỳ nguyên nhân.

Ngay tại miệng, tuyến nước bọt tiết enzyme amylase, tác động lên tinh bột chín, cắt một phần thành đường đôi (mantôzơ) — đó chính là vị ngọt nhẹ em cảm nhận được khi nhai cơm đủ lâu. Vì thức ăn chỉ lưu lại trong miệng vài chục giây trước khi nuốt, amylase chỉ kịp biến đổi một phần nhỏ lượng tinh bột, phần còn lại vẫn nguyên dạng khi xuống tới dạ dày.

Xuống tới dạ dày, môi trường thay đổi hẳn: tuyến vị tiết dịch vị chứa acid HCl, tạo môi trường acid mạnh (pH khoảng 2). Amylase nước bọt vốn hợp với môi trường gần trung tính, gặp acid mạnh này thì biến tính, mất hoạt tính — tiêu hoá tinh bột vì thế TẠM DỪNG ngay tại dạ dày, chứ không tiếp tục như nhiều em vẫn nghĩ. Cũng chính acid mạnh đó lại là điều kiện lý tưởng cho pepsin — enzyme tiêu hoá protein — hoạt động, cắt các phân tử protein dài trong thịt, cá, trứng thành các đoạn peptide ngắn hơn, chưa tới từng amino acid riêng lẻ.

Khi khối thức ăn (vị trấp) rời dạ dày xuống ruột non, dịch tuỵ giàu bicacbonat trung hoà bớt acid mang theo, đưa môi trường về mức kiềm nhẹ — đúng điều kiện cho một loạt enzyme mới. Nhóm tinh bột — đường: amylase từ tuỵ biến đổi nốt tinh bột còn sót và đường đôi thành đường đơn. Nhóm protein: trypsin, chymotrypsin từ tuỵ cắt tiếp peptide mà pepsin để lại, rồi enzyme của thành ruột cắt nốt tới từng amino acid. Nhóm lipid: lipase từ tuỵ cắt chất béo thành axit béo và glixerol — nhưng lipid không tan trong nước, nên trước đó dịch mật (từ gan, qua túi mật) nhũ tương hoá khối chất béo thành vô số giọt nhỏ, tăng diện tích cho lipase hoạt động. Dịch mật không phải enzyme — nó không tự cắt được phân tử chất béo nào, việc cắt vẫn do lipase đảm nhiệm, mật chỉ hỗ trợ.

Mỗi enzyme chỉ tác động lên một nhóm chất; riêng dịch mật không phải enzyme, chỉ làm nhỏ giọt chất béo để lipase dễ hoạt động hơn.

Tóm tắt lại — đúng dạng bảng đề kiểm tra hay yêu cầu điền:

Cơ quan	Enzyme / tuyến	pH	Cơ chất	Sản phẩm
Miệng	Amylase nước bọt	~6,5–7	Tinh bột chín	Một phần đường đôi
Dạ dày	Pepsin (nhờ HCl)	~2	Protein	Peptide ngắn hơn
Ruột non	Amylase tuỵ + enzyme ruột	~7,5–8,5	Tinh bột còn lại, đường đôi	Đường đơn
Ruột non	Trypsin, chymotrypsin + enzyme ruột	~7,5–8,5	Peptide	amino acid
Ruột non	Lipase tuỵ (nhờ mật)	~7,5–8,5	Lipid đã nhũ tương hoá	Axit béo, glixerol

Ruột non xuất hiện tới ba lần trong bảng — đây là nơi duy nhất hoàn tất tiêu hoá hoá học cho cả ba nhóm chất.

Tóm tắt lại — đúng dạng bảng đề kiểm tra hay yêu cầu điền: | Cơ quan | Enzyme / tuyến | pH | Cơ chất | Sản phẩm | |---|---|---|---|---| | Miệng | Amylase nước bọt | ~6,5–7 | Tinh bột chín | Một phần đường đôi | | Dạ dày | Pepsin (nhờ HCl) | ~2 | Protein | Peptide ngắn hơn | | Ruột non | Amylase tuỵ + enzyme ruột | ~7,5–8,5 | Tinh bột còn lại, đường đôi | Đường đơn | | Ruột non | Trypsin, chymotrypsin + enzyme ruột | ~7,5–8,5 | Peptide | amino acid | | Ruột non | Lipase tuỵ (nhờ mật) | ~7,5–8,5 | Lipid đã nhũ tương hoá | Axit béo, glixerol | Ruột non xuất hiện tới ba lần trong bảng — đây là nơi duy nhất hoàn tất tiêu hoá hoá học cho cả ba nhóm chất.

Đây là đường cong minh hoạ xu hướng, không phải số liệu đo đạc thực tế: pepsin đạt đỉnh hoạt động quanh pH 2 (môi trường dạ dày), còn nhóm enzyme ở ruột non đạt đỉnh quanh pH 7,5–8 (môi trường kiềm nhẹ) — đúng lý do vì sao mỗi enzyme chỉ hoạt động tốt tại đúng cơ quan của nó.

Ví dụ

Kiểm tra tiêu hoá tinh bột bằng dung dịch iot ở ba mức nhiệt độ

1
Ba ống nghiệm chứa hồ tinh bột và cùng một lượng nước bọt, giữ ở ba mức nhiệt độ: 0°C, 37°C, 90°C trong 15 phút, sau đó nhỏ vài giọt iot vào mỗi ống. Iot gặp tinh bột chuyển xanh tím, gặp đường thì không đổi màu. Dự đoán màu của từng ống.
2
Enzyme liên quan là amylase trong nước bọt, có nhiệt độ tối ưu quanh 37°C — đúng bằng thân nhiệt cơ thể người.
3
Ở 0°C, amylase gần như không hoạt động vì các phân tử chuyển động quá chậm, nhưng đây chỉ là trạng thái tạm ngừng, enzyme chưa bị phá huỷ. Ở 37°C, amylase hoạt động mạnh nhất, biến đổi gần hết tinh bột thành đường đôi.
4
Ở 90°C, nhiệt độ quá cao phá vỡ cấu trúc phân tử của amylase — biến tính — khiến enzyme mất hoạt tính vĩnh viễn, dù sau đó hạ về 37°C cũng không hoạt động trở lại.
5
Vậy: ống 37°C gần như không còn tinh bột nên không đổi màu (hoặc chỉ nhạt); ống 0°C và ống 90°C đều còn nguyên tinh bột nên đều bắt màu xanh tím đậm, nhưng vì hai lý do khác hẳn nhau — một ống enzyme chỉ tạm ngừng vì lạnh (phục hồi được), một ống enzyme đã biến tính vì quá nóng (không phục hồi được).

Ví dụ

Tiêu hoá tinh bột của một miếng bánh mì qua ba cơ quan (dạng đề kiểm tra)

1
Bạn Nam ăn một miếng bánh mì, thành phần chủ yếu là tinh bột. Hãy cho biết tại mỗi cơ quan — miệng, dạ dày, ruột non — tiêu hoá tinh bột đang diễn ra, tạm dừng, hay tiếp tục, và giải thích ngắn gọn vì sao.
2
Tiêu hoá tinh bột bắt đầu ngay tại đây, do amylase nước bọt tác động lên tinh bột chín, biến đổi một phần thành đường đôi.
3
Tiêu hoá tinh bột tạm dừng tại đây. Acid HCl trong dịch vị làm biến tính amylase nước bọt còn sót lại, khiến phần tinh bột chưa kịp biến đổi ở miệng giữ nguyên trạng thái suốt thời gian ở dạ dày.
4
Tiêu hoá tinh bột tiếp tục và hoàn tất tại đây. Amylase mới — từ tuỵ — hoạt động trong môi trường kiềm nhẹ phù hợp, biến đổi hết phần tinh bột còn lại cùng đường đôi thành đường đơn glucose, sẵn sàng để hấp thụ.
5
Vậy tiêu hoá tinh bột của miếng bánh mì không diễn ra liên tục một mạch: bắt đầu ở miệng, gián đoạn ở dạ dày, rồi tiếp tục và hoàn tất ở ruột non — tách rời nhau bởi sự thay đổi pH dọc ống tiêu hoá.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn khá phổ biến là nghĩ tiêu hoá tinh bột diễn ra liên tục và kết thúc ngay ở miệng, vì tinh bột 'đã có vị ngọt' sau khi nhai lâu. Thực ra khi thức ăn xuống dạ dày, acid mạnh trong dịch vị bất hoạt ngay amylase nước bọt — tiêu hoá tinh bột GIÁN ĐOẠN tại đây, chỉ tiếp tục khi thức ăn sang tới ruột non, nơi có amylase mới từ tuỵ và môi trường kiềm nhẹ phù hợp.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba nhóm enzyme tiêu hoá ba nhóm chất khác nhau, mỗi nhóm chỉ hoạt động tốt trong đúng môi trường của nó: amylase hoạt động ở miệng rồi ruột non, pepsin hoạt động trong acid mạnh ở dạ dày, còn trypsin, chymotrypsin và lipase hoạt động trong môi trường kiềm nhẹ ở ruột non. Dịch mật hỗ trợ tiêu hoá lipid nhưng không phải enzyme.

Bài tiếp theo theo chân các sản phẩm cuối cùng của tiêu hoá — glucose, amino acid, axit béo và glixerol — từ lòng ruột non đi vào máu và bạch huyết.