Переваривание представляет собой сложный биохимический процесс, в ходе которого макромолекулы пищи — белки, жиры и углеводы — расщепляются до мономеров, способных всасываться через стенку кишечника. Этот процесс осуществляется при участии ферментов желудочно-кишечного тракта, а также вспомогательных веществ, таких как желчные кислоты, ионные буферные системы и транспортные белки слизистой оболочки кишечника.
Основная масса углеводов в пище представлена крахмалом, гликогеном и различными дисахаридами. Расщепление начинается уже в полости рта под действием слюнной α-амилазы (птиалина), гидролизующей α-1,4-гликозидные связи в крахмале с образованием декстринов и мальтозы. Активность фермента прекращается в кислой среде желудка, однако частично переваренные углеводы продолжают гидролизоваться в тонком кишечнике.
В тонкой кишке действие продолжается за счёт панкреатической α-амилазы, расщепляющей полисахариды до олигосахаридов. Далее щёточная кайма энтероцитов содержит ферменты — мальтазу, сахаразу, лактазу, изомальтазу, — которые завершают процесс, образуя моносахариды: глюкозу, фруктозу и галактозу.
Всасывание осуществляется в основном в тощей кишке. Глюкоза и галактоза транспортируются через апикальную мембрану энтероцита с помощью натрий-глюкозного котранспортера (SGLT1), в то время как фруктоза всасывается пассивно посредством GLUT5. Выход моносахаридов из клетки в кровь осуществляется через GLUT2, локализованный в базолатеральной мембране.
Белковый катаболизм начинается в желудке, где под действием пепсина, активируемого из пепсиногена в кислой среде, происходит частичный гидролиз пептидных связей преимущественно между ароматическими аминокислотами. Образующиеся крупные полипептиды переходят в двенадцатиперстную кишку, где подвергаются дальнейшему расщеплению под действием ферментов поджелудочной железы — трипсина, химотрипсина, эластазы и карбоксипептидаз.
Ферменты поджелудочной железы секретируются в виде неактивных проферментов, которые активируются в кишечнике под действием энтеропептидазы (энтерокиназы), превращающей трипсиноген в трипсин. Активный трипсин далее катализирует активацию других протеаз. В результате белки расщепляются до олигопептидов и свободных аминокислот.
Завершающий этап гидролиза осуществляется в микроворсинках энтероцитов при участии пептидаз щёточной каймы, формируя смесь ди- и трипептидов, а также отдельных аминокислот. Всасывание аминокислот происходит посредством активного транспорта, связанного с Na⁺, с использованием нескольких специфических систем-транспортеров. Ди- и трипептиды проникают через PEPT1-транспортер, а внутри клетки расщепляются до аминокислот цитопептидазами.
Липиды представляют собой наиболее энергоёмкие компоненты пищи, однако их гидрофобность требует специальных механизмов эмульгирования и транспортировки. Первичная стадия расщепления липидов начинается в желудке при участии язычной и желудочной липазы, способных гидролизовать триглицериды до диацилглицеролов и свободных жирных кислот. Основной процесс липолиза осуществляется в тонком кишечнике под действием панкреатической липазы, активируемой колипазой и действующей на интерфейсе «масло-вода».
Желчные кислоты, синтезируемые из холестерола в печени и выделяемые с желчью в двенадцатиперстную кишку, играют ключевую роль в эмульгировании жиров, увеличивая площадь контакта между липидными каплями и ферментами. В результате гидролиза триглицеридов образуются моноацилглицеролы и свободные жирные кислоты, которые образуют мицеллы с участием желчных кислот.
Внутрь энтероцита поступают продукты липолиза, где они ресинтезируются в триглицериды в эндоплазматическом ретикулуме. Далее липиды упаковываются в хиломикроны, состоящие из триглицеридов, фосфолипидов, холестериловых эфиров и белков-аполипопротеинов. Хиломикроны поступают в лимфатическую систему через лактеальные капилляры и далее в кровоток.
Нуклеиновые кислоты подвергаются гидролизу под действием ферментов поджелудочной железы — панкреатических нуклеаз (ДНК-азы и РНК-азы), которые расщепляют полинуклеотидные цепи до олигонуклеотидов. Последующее действие нуклеотидаз и нуклеозидаз, локализованных на мембране энтероцитов, приводит к образованию азотистых оснований, пентоз и фосфатов. Эти продукты всасываются путём активного и пассивного транспорта и используются в клетках для ресинтеза нуклеотидов.
Вода всасывается по осмотическому градиенту, главным образом в тонкой кишке, однако значительная часть её реабсорбируется также в толстом кишечнике. Натрий активно транспортируется через эпителий при участии Na⁺/K⁺-АТФазы, создающей электрохимический потенциал, способствующий вторичному активному транспорту глюкозы, аминокислот и других метаболитов.
Калий, хлориды и бикарбонаты перемещаются в зависимости от ионных градиентов и состояния кислотно-щелочного баланса. Витамины делятся на две группы: жирорастворимые (A, D, E, K), которые всасываются вместе с липидами, и водорастворимые (B-комплекс, C), поглощаемые специфическими транспортерами или путём диффузии.
Особое значение имеет всасывание витамина B₁₂, требующее присутствия внутреннего фактора Кастла, вырабатываемого в париетальных клетках желудка. Комплекс B₁₂–внутренний фактор абсорбируется в подвздошной кишке посредством рецепторного механизма.
Переваривание и всасывание регулируются сложной системой гуморальных и нейрогенных механизмов. Секреция ферментов и желчи контролируется гормонами — секретином, холецистокинином, гастрином. Секретин стимулирует выделение бикарбонатов поджелудочной железой, нейтрализующих кислоту в двенадцатиперстной кишке. Холецистокинин активирует сокращение желчного пузыря и секрецию панкреатических ферментов.
Координация процессов обеспечивает оптимальные условия для ферментативных реакций и всасывания продуктов гидролиза, поддерживая энергетический и метаболический баланс организма.