BIO 101

djur får sin näring från konsumtion av andra organismer. Beroende på deras kost kan djur klassificeras i följande kategorier: växtätare (växtätare), köttätare (köttätare) och de som äter både växter och djur (omnivorer). Näringsämnena och makromolekylerna som finns i maten är inte omedelbart tillgängliga för cellerna. Det finns ett antal processer som modifierar mat i djurkroppen för att göra näringsämnena och organiska molekyler tillgängliga för cellulär funktion. När djur utvecklats i komplexitet av form och funktion har deras matsmältningssystem också utvecklats för att tillgodose deras olika kostbehov.

växtätare, omnivorer och köttätare

växtätare är djur vars primära matkälla är växtbaserad. Exempel på växtätare, som visas i Figur 1 inkluderar ryggradsdjur som rådjur, koalor och vissa fågelarter, liksom ryggradslösa djur som syrsor och larver. Dessa djur har utvecklat matsmältningssystem som kan hantera stora mängder växtmaterial. Växtätare kan klassificeras ytterligare i frugivorer (fruktätare), granivorer (fröätare), nektivorer (nektarmatare) och folivorer (bladätare).

rovdjur är djur som äter andra djur. Ordet köttätare härstammar från Latin och betyder bokstavligen ”köttätare.”Vilda katter som lejon, som visas i Figur 2a och tigrar är exempel på ryggradsdjur, liksom ormar och hajar, medan ryggradslösa köttätare inkluderar havsstjärnor, spindlar och nyckelpigor, som visas i Figur 2B. obligatoriska köttätare är de som helt förlitar sig på djurkött för att få sina näringsämnen; exempel på obligatoriska köttätare är medlemmar i kattfamiljen, såsom lejon och geparder. Fakultativa köttätare är de som också äter icke-djurmat utöver djurmat. Observera att det inte finns någon tydlig linje som skiljer fakultativa köttätare från omnivorer; hundar skulle betraktas som fakultativa köttätare.

omnivorer är djur som äter både växt – och djur härledd mat. På Latin betyder omnivore att äta allt. Människor, björnar (visas i figur 3a) och kycklingar är exempel på ryggradsdjur allätare; ryggradslösa allätare inkluderar kackerlackor och kräftor (visas i figur 3b).

Vertebrate Digestive Systems

vertebrater har utvecklat mer komplexa matsmältningssystem för att anpassa sig till deras kostbehov. Vissa djur har en enda mage, medan andra har flerkammare magar. Fåglar har utvecklat ett matsmältningssystem anpassat för att äta omasticerad mat.

Monogastrisk: enkelkammare Mage

som ordet monogastrisk antyder består denna typ av matsmältningssystem av en (”mono”) magkammare (”gastrisk”). Människor och många djur har ett monogastriskt matsmältningssystem som illustreras i Figur 5a och 5b. processen med matsmältning börjar med munnen och intaget av mat. Tänderna spelar en viktig roll för att tugga (tugga) eller fysiskt bryta ner mat i mindre partiklar. De enzymer som finns i saliv börjar också kemiskt bryta ner maten. Matstrupen är ett långt rör som förbinder munnen med magen. Med hjälp av peristaltik eller vågliknande glattmuskelkontraktioner trycker musklerna i matstrupen maten mot magen. För att påskynda enzymernas åtgärder i magen är magen en extremt sur miljö med ett pH mellan 1,5 och 2,5. Magsaften, som inkluderar enzymer i magen, verkar på matpartiklarna och fortsätter processen med matsmältningen. Ytterligare nedbrytning av mat sker i tunntarmen där enzymer som produceras av levern, tunntarmen och bukspottkörteln fortsätter processen med matsmältningen. Näringsämnena absorberas i blodflödet över epitelcellerna som fodrar väggarna i tunntarmen. Avfallsmaterialet färdas vidare till tjocktarmen där vatten absorberas och det torrare avfallsmaterialet komprimeras i avföring; det lagras tills det utsöndras genom ändtarmen.

Avian

fåglar står inför speciella utmaningar när det gäller att få näring från mat. De har inte tänder och så måste deras matsmältningssystem, som visas i Figur 6, kunna bearbeta omastad mat. Fåglar har utvecklat en mängd olika näbbtyper som återspeglar den stora variationen i kosten, allt från frön och insekter till frukt och nötter. Eftersom de flesta fåglar flyger är deras metaboliska hastigheter höga för att effektivt bearbeta mat och hålla sin kroppsvikt låg. Fåglarnas mage har två kamrar: proventriculus, där magsaft produceras för att smälta maten innan den kommer in i magen, och krås, där maten lagras, blötläggs och mekaniskt mals. Det osmält materialet bildar matpellets som ibland återupplivas. Det mesta av den kemiska matsmältningen och absorptionen sker i tarmen och avfallet utsöndras genom cloaca.

i fågelns matsmältningssystem passerar mat från grödan till den första av två magar, kallad proventriculus, som innehåller matsmältningssaft som bryter ner mat. Från proventriculus kommer maten in i den andra magen, kallad gizzard, som maler mat. Vissa fåglar sväljer stenar eller grus, som lagras i Krås, för att underlätta malningsprocessen. Fåglar har inte separata öppningar för att utsöndra urin och avföring. Istället utsöndras urinsyra från njurarna i tjocktarmen och kombineras med avfall från matsmältningsprocessen. Detta avfall utsöndras genom en öppning som kallas cloaca.

idisslare

idisslare är främst växtätare som kor, får och getter, vars hela kost består av att äta stora mängder grovfoder eller fiber. De har utvecklat matsmältningssystem som hjälper dem att smälta stora mängder cellulosa. En intressant egenskap hos idisslarnas mun är att de inte har Övre snittänder. De använder sina nedre tänder, tunga och läppar för att riva och tugga maten. Från munnen reser maten till matstrupen och vidare till magen.

för att hjälpa till att smälta den stora mängden växtmaterial är idisslarnas Mage ett flerkammarorgan, som illustreras i Figur 7. Dessa kamrar innehåller många mikrober som bryter ner cellulosa och fermenterar intagen mat. Magkammaren med fyra avdelningar ger större utrymme och det mikrobiella stöd som krävs för att smälta växtmaterial i idisslare. Fermenteringsprocessen producerar stora mängder gas i magkammaren, vilket måste elimineras. Som hos andra djur spelar tunntarmen en viktig roll i näringsabsorptionen, och tjocktarmen hjälper till att eliminera avfall.

Pseudo-idisslare

vissa djur, såsom kameler och alpackor, är pseudo-idisslare. De äter mycket växtmaterial och grovfoder. Att smälta växtmaterial är inte lätt eftersom växtcellväggar innehåller den polymera sockermolekylen cellulosa. Matsmältningsenzymerna hos dessa djur kan inte bryta ner cellulosa, men mikroorganismer som finns i matsmältningssystemet kan. Därför måste matsmältningssystemet kunna hantera stora mängder grovfoder och bryta ner cellulosa. Pseudo-idisslare har en trekammarmag i matsmältningssystemet. Men deras cecum – ett pouched organ i början av tjocktarmen som innehåller många mikroorganismer som är nödvändiga för uppslutning av växtmaterial—är stor och är den plats där grovfodret fermenteras och smälts. Dessa djur har inte en vommen men har en omasum, abomasum och retikulum.

delar av matsmältningssystemet

vertebratmatsmältningssystemet är utformat för att underlätta omvandlingen av livsmedel till näringsämnen som upprätthåller organismer.

munhålan

munhålan, eller munnen, är inträdespunkten för mat i matsmältningssystemet, illustrerad i Figur 8. Maten som konsumeras bryts upp i mindre partiklar genom tuggning, tändernas tuggverkan. Alla däggdjur har tänder och kan tugga maten.

den omfattande kemiska processen för matsmältning börjar i munnen. När mat tuggas blandas saliv, som produceras av spottkörtlarna, med maten. Saliv är en vattnig substans som produceras i munnen på många djur. Det finns tre huvudkörtlar som utsöndrar saliv—parotid, submandibulär och sublingual. Saliv innehåller slem som fuktar mat och buffrar matens pH. Saliv innehåller också immunoglobuliner och lysozymer, som har antibakteriell verkan för att minska tandförfall genom att hämma tillväxten av vissa bakterier. Saliv innehåller också ett enzym som kallas salivamylas som börjar processen att omvandla stärkelse i maten till en disackarid som kallas maltos. Ett annat enzym som kallas lipas produceras av cellerna i tungan. Lipaser är en klass av enzymer som kan bryta ner triglycerider. Det språkliga lipas börjar nedbrytningen av fettkomponenter i maten. Tuggnings-och vätningsverkan som tillhandahålls av tänderna och saliven förbereder maten i en massa som kallas bolus för att svälja. Tungan hjälper till att svälja-flytta bolus från munnen till struphuvudet. Svelget öppnar för två passager: luftstrupen, som leder till lungorna och matstrupen, vilket leder till magen. Trachea har en öppning som kallas glottis, som är täckt av en broskig flik som kallas epiglottis. Vid sväljning stänger epiglottis glottis och mat passerar in i matstrupen och inte luftstrupen. Detta arrangemang gör att mat kan hållas ur luftstrupen.

matstrupen

matstrupen är ett rörformigt organ som förbinder munnen med magen. Den tuggade och mjukade maten passerar genom matstrupen efter att ha sväljts. De släta musklerna i matstrupen genomgår en serie vågliknande rörelser som kallas peristaltik som skjuter maten mot magen, som illustreras i Figur 9. Peristaltikvågen är enkelriktad-den flyttar mat från munnen till magen, och omvänd rörelse är inte möjlig. Esofagusens peristaltiska rörelse är en ofrivillig reflex, den sker som svar på sväljningen.

en ringliknande muskel som kallas en sfinkter bildar ventiler i matsmältningssystemet. Gastro-esophageal sphincter är belägen vid magsänden av matstrupen. Som svar på sväljning och trycket som utövas av bolus av mat öppnar denna sfinkter och bolus kommer in i magen. När det inte finns någon sväljningsåtgärd stängs denna sfinkter och förhindrar att maginnehållet reser upp i matstrupen. Många djur har en sann sfinkter; men hos människor finns det ingen sann sfinkter, men matstrupen förblir stängd när det inte finns någon sväljningsåtgärd. Sura uppstötningar eller” halsbränna ” uppstår när sura magsafter fly in i matstrupen.

Mage

en stor del av matsmältningen sker i magen, som visas i Figur 10. Magen är ett saclike organ som utsöndrar magsäcksjuicer. PH i magen är mellan 1,5 och 2,5. Denna mycket sura miljö krävs för kemisk nedbrytning av mat och utvinning av näringsämnen. När den är tom är magen ett ganska litet organ; det kan dock expandera till upp till 20 gånger sin vilostorlek när den fylls med mat. Denna egenskap är särskilt användbar för djur som behöver äta när mat är tillgänglig.

magen är också den viktigaste platsen för proteinförtunning hos andra djur än idisslare. Proteinförtunning medieras av ett enzym som kallas pepsin i magkammaren. Pepsin utsöndras av huvudcellerna i magen i en inaktiv form som kallas pepsinogen. Pepsin bryter peptidbindningar och klyver proteiner i mindre polypeptider; det hjälper också att aktivera mer pepsinogen, starta en positiv återkopplingsmekanism som genererar mer pepsin. En annan celltyp-parietalceller-utsöndrar väte-och kloridjoner, som kombinerar i lumen för att bilda saltsyra, den primära sura komponenten i magsaften. Saltsyra hjälper till att omvandla den inaktiva pepsinogenen till pepsin. Den mycket sura miljön dödar också många mikroorganismer i maten och i kombination med enzymet pepsins verkan resulterar det i hydrolys av protein i maten. Kemisk matsmältning underlättas av magen i magen. Sammandragning och avslappning av släta muskler blandar maginnehållet ungefär var 20: e minut. Den delvis smälta mat-och magsaftblandningen kallas chyme. Chyme passerar från magen till tunntarmen. Ytterligare proteinförtunning sker i tunntarmen. Gastrisk tömning sker inom två till sex timmar efter en måltid. Endast en liten mängd chyme släpps ut i tunntarmen åt gången. Förflyttningen av chyme från magen till tunntarmen regleras av pylorisk sfinkter.

När man smälter protein och vissa fetter måste magsäcken skyddas från att smälta av pepsin. Det finns två punkter att tänka på när man beskriver hur magslemhinnan är skyddad. Först, som tidigare nämnts, syntetiseras enzymet pepsin i den inaktiva formen. Detta skyddar huvudcellerna, eftersom pepsinogen inte har samma enzymfunktionalitet som pepsin. För det andra har magen en tjock slemfoder som skyddar den underliggande vävnaden från matsmältningssaftens verkan. När detta slemfoder bryts kan sår bildas i magen. Sår är öppna sår i eller på ett organ som orsakas av bakterier (Helicobacter pylori) när slemfodret bryts och misslyckas med att reformera.

tunntarmen

Chyme rör sig från magen till tunntarmen. Tunntarmen är det organ där matsmältningen av protein, fetter och kolhydrater är klar. Tunntarmen är ett långt rörliknande organ med en mycket vikad yta som innehåller fingerliknande utsprång som kallas villi. Den apikala ytan på varje villus har många mikroskopiska utsprång som kallas mikrovilli. Dessa strukturer, illustrerade i Figur 11, är fodrade med epitelceller på luminalsidan och möjliggör att näringsämnena absorberas från den smälta maten och absorberas i blodflödet på andra sidan. Villi och mikrovilli, med sina många veck, ökar tarmens yta och ökar absorptionseffektiviteten hos näringsämnena. Absorberade näringsämnen i blodet transporteras in i leverportalvenen, vilket leder till levern. Där reglerar levern fördelningen av näringsämnen till resten av kroppen och tar bort giftiga ämnen, inklusive droger, alkohol och vissa patogener.

den mänskliga tunntarmen är över 6 m lång och är uppdelad i tre delar: duodenum, jejunum och ileum. Den” C-formade ” fasta delen av tunntarmen kallas duodenum och visas i Figur 10. Duodenum separeras från magen av den pyloriska sfinkteren som öppnas för att tillåta chyme att röra sig från magen till tolvfingertarmen. I duodenum blandas chym med bukspottskörteljuice i en alkalisk lösning rik på bikarbonat som neutraliserar surheten hos chym och fungerar som en buffert. Bukspottskörteljuice innehåller också flera matsmältningsenzymer. Digestive juice från bukspottkörteln, levern och gallblåsan, liksom från körtelceller i själva tarmväggen, går in i duodenum. Galla produceras i levern och lagras och koncentreras i gallblåsan. Galla innehåller gallsalter som emulgerar lipider medan bukspottkörteln producerar enzymer som kataboliserar stärkelse, disackarider, proteiner och fetter. Dessa matsmältningssaft bryter ner matpartiklarna i chymen till glukos, triglycerider och aminosyror. Vissa kemiska uppslutning av mat sker i tolvfingertarmen. Absorption av fettsyror sker också i duodenum.

den andra delen av tunntarmen kallas jejunum, som visas i Figur 10. Här fortsätter hydrolysen av näringsämnen medan de flesta kolhydraterna och aminosyrorna absorberas genom tarmfodret. Huvuddelen av kemisk matsmältning och näringsabsorption sker i jejunum.ileum, som också illustreras i Figur 10, är den sista delen av tunntarmen och här absorberas gallsalter och vitaminer i blodflödet. Den osmält maten skickas till tjocktarmen från ileum via peristaltiska rörelser i muskeln. Ileumändar och tjocktarmen börjar vid ileokalventilen. Den vermiforma,” maskliknande ” bilagan är belägen vid ileokalventilen. Bilagan av människor utsöndrar inga enzymer och har en obetydlig roll i immunitet.

tjocktarm

tjocktarmen, illustrerad i Figur 12, absorberar vattnet från det osmält matmaterialet och bearbetar avfallsmaterialet. Den mänskliga tjocktarmen är mycket mindre i längd jämfört med tunntarmen men större i diameter. Den har tre delar: cecum, tjocktarmen och ändtarmen. Cecum förenar ileum till tjocktarmen och är mottagningspåsen för avfallsmaterialet. Kolon är hem för många bakterier eller ”tarmflora” som hjälper till i matsmältningsprocesserna. Kolon kan delas in i fyra regioner, den stigande kolon, den tvärgående kolon, den nedåtgående kolon och sigmoid-kolon. Huvudfunktionerna i tjocktarmen är att extrahera vatten och mineralsalter från osmält mat och att lagra avfallsmaterial. Köttätande däggdjur har en kortare tjocktarm jämfört med växtätande däggdjur på grund av deras kost.

rektum och Anus

rektum är den slutliga änden av tjocktarmen, som visas i Figur 12. Rektumets primära roll är att lagra avföring tills avföring. Avföringen drivs med peristaltiska rörelser under eliminering. Anus är en öppning längst bort i matsmältningskanalen och är utgångspunkten för avfallsmaterialet. Två sfinkter mellan eliminering av rektum och anus: den inre sfinkteren är ofrivillig och den yttre sfinkteren är frivillig.

Tillbehörsorgan

organen som diskuteras ovan är organen i matsmältningsorganet genom vilket mat passerar. Tillbehörsorgan är organ som lägger till sekret (enzymer) som kataboliserar mat till näringsämnen. Tillbehörsorgan inkluderar spottkörtlar, levern, bukspottkörteln och gallblåsan. Levern, bukspottkörteln och gallblåsan regleras av hormoner som svar på maten som konsumeras.

levern är det största inre organet hos människor och det spelar en mycket viktig roll i matsmältningen av fetter och avgiftande blod. Levern producerar gall, en matsmältningsjuice som krävs för nedbrytning av fettkomponenter i maten i tolvfingertarmen. Levern bearbetar också vitaminerna och fetterna och syntetiserar många plasmaproteiner.

bukspottkörteln är en annan viktig körtel som utsöndrar matsmältningssaft. Chymen som produceras från magen är mycket sur i naturen; bukspottkörteljuicer innehåller höga nivåer av bikarbonat, ett alkali som neutraliserar det sura chymet. Dessutom innehåller bukspottkörteljuicer ett stort antal enzymer som krävs för uppslutning av protein och kolhydrater.

gallblåsan är ett litet organ som hjälper levern genom att lagra gallan och koncentrera gallsalter. När chyminnehållande fettsyror kommer in i tolvfingertarmen utsöndras gallan från gallblåsan till tolvfingertarmen.

avsnitt sammanfattning

olika djur har utvecklat olika typer av matsmältningssystem specialiserade för att möta deras kostbehov. Människor och många andra djur har monogastriska matsmältningssystem med en kammare i magen. Fåglar har utvecklat ett matsmältningssystem som innehåller en Krås där maten krossas i mindre bitar. Detta kompenserar för deras oförmåga att masticera. Idisslare som konsumerar stora mängder växtmaterial har en flerkammare mage som smälter grovfoder. Pseudo-idisslare har liknande matsmältningsprocesser som idisslare men har inte magen med fyra avdelningar. Bearbetning av mat innebär intag (ätning), matsmältning (mekanisk och enzymatisk nedbrytning av stora molekyler), absorption (cellulärt upptag av näringsämnen) och eliminering (avlägsnande av osmält avfall som avföring).

många organ arbetar tillsammans för att smälta mat och absorbera näringsämnen. Munnen är punkten för intag och platsen där både mekanisk och kemisk nedbrytning av mat börjar. Saliv innehåller ett enzym som kallas amylas som bryter ner kolhydrater. Matbolusen färdas genom matstrupen genom peristaltiska rörelser till magen. Magen har en extremt sur miljö. Ett enzym som kallas pepsin smälter protein i magen. Ytterligare matsmältning och absorption sker i tunntarmen. Tjocktarmen absorberar vatten från osmält mat och lagrar avfall tills eliminering.