background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

Digestive Secretion from Pancreas and Liver

  

 

Regulation of Secretion Occurs through Secretagogues

 

The processes involved in the secretion of enzymes and electrolytes are regulated and 

coordinated. Elaboration of electrolytes and fluids simultaneously with that of enzymes is 

required to flush any discharged digestive enzymes out of the gland into the 

gastrointestinal lumen. The physiological regulation of secretion occurs through 

secretagogues that interact with receptors on the surface of the exocrine cells. 

Organ 

Secretion 

secretagogue 

Salivary gland 

amylase 

Acetylcholine 

Stomach 

HCl, pepsinogen 

Acetylcholine, histamine, gastrin 

Pancreas acini 

digestive enzymes 

Acetylcholine, cholecystokinin 

(secretin) 

Pancreas duct 

NaHCO

3

, NaCl 

Secretin 

 

 Neurotransmitters, hormones, pharmacological agents, and certain bacterial toxins can be 

secretagogues. Different exocrine cells, for example, in different glands, usually possess 

different sets of receptors. Binding of the 

secretagogues to receptors sets off a chain of 

signaling events that ends with fusion of 

zymogen granules with the plasma 

membrane.  

Two major signaling pathways have been 

identified:  

(1) activation of phosphatidylinositol-specific 

phospholipase C with liberation of inositol 

1,4,5-triphosphate and diacylglycerol ; in turn, 

triggering Ca

2+

 release into the cytosol and 

activation of protein kinase C, respectively; 

and  

(2) activation of adenylate or guanylate 

cyclase, resulting in elevated cAMP or cGMP 

levels, respectively . Secretion can be stimulated through either pathway. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

 

The Pancreas 

The pancreas, not the stomach, is the major organ that synthesizes and secretes the large 

amounts of enzymes needed for digestion. Thus the pancreas plays a vital role in accomplishing 

the followings: 

•   Acid must be quickly and efficiently neutralized to prevent damage to the duodenal mucosa 

•   Macromolecular nutrients - proteins, fats and starch - must be broken down much further before their 

constituents can be absorbed through the mucosa into blood. 

The pancreatic enzymes together with bile are poured into the lumen of the second 

(descending) part of the duodenum, so that the bulk of the intraluminal digestion occurs distal 

to this site in the small intestine. However, pancreatic enzymes cannot completely digest all 

nutrients to forms that can be absorbed. Even after exhaustive contact with pancreatic 

enzymes, a substantial portion of carbohydrates and amino acids are present as dimers and 

oligomers that depend for final digestion on enzymes present on the luminal surface or within 

the chief epithelial cells that line the lumen of the small intestine (enterocytes). 

 

 

 

Exocrine Secretions of the Pancreas 

Pancreatic juice is composed of two secretory products critical to proper digestion: digestive 

enzymes and bicarbonate. The enzymes are synthesized and secreted from the exocrine acinar 

cells, whereas bicarbonate is secreted from the epithelial cells lining small pancreatic ducts. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

1. Digestive Enzymes: 

a. 

Proteases   

Digestion of proteins is initiated by pepsin in the stomach, but the bulk of protein digestion is due 

to the pancreatic proteases. Several proteases are synthesized in the pancreas and secreted 

into the lumen of the small intestine. The two major pancreatic proteases are trypsin and 

chymotrypsin both are  endopeptidases, which are synthesized and packaged into secretory 

vesicles as the inactive proenzymes trypsinogen and chymotrypsinogen. 

 

Trypsin: Cleaves peptide bonds on the C-terminal side of arginines and lysines. 

 

Chymotrypsin: Cuts on the C-terminal side of tyrosine, phenylalanine,  and  tryptophan 

residues (the same bonds as pepsin, whose action ceases when the NaHCOs raises the pH 

of the intestinal contents). 

Once trypsinogen and chymotrypsinogen are released into the lumen of the small intestine, they 

must be converted into their active forms in order to digest proteins, Trypsinogen is activated by 

the enzyme enterokinase, which is embedded in the intestinal mucosa. 

Once trypsin is formed, it activates chymotrypsinogen, as well as additional molecules of trypsinogen. 

The net result is a rather explosive appearance of active protease once the pancreatic secretions 

reach the small intestine. 

Trypsin and chymotrypsin digest proteins into peptides and peptides into smaller peptides, but they 

cannot digest proteins and peptides to single amino acids. Some of the other proteases from the 

pancreas, for instance carboxypeptidase  (exopeptidase)  (This enzyme removes, one by one, the 

amino acids at the C-terminal of peptides).  But the final digestion of peptides into amino acids is largely the 

effect of peptidases in small intestinal epithelial cells. 

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

b. 

Pancreatic Lipase 

The major form of dietary fat is triglyceride, or neutral lipid. A triglyceride molecule cannot be 

directly absorbed across the intestinal mucosa. It must first be digested into a 2-monoglyceride 

and two free fatty acids. The enzyme that performs this hydrolysis is pancreatic lipase. 

Sufficient quantities of bile salts must also be present in the lumen of the intestine in order for 

lipase to efficiently digest dietary triglyceride and for the resulting fatty acids and 

monoglyceride to be absorbed. This means that normal digestion and absorption of dietary 

fat is critically dependent on secretions from both the pancreas and liver. 

Pancreatic lipase has recently been in the limelight as a target for management of obesity. 

The drug orlistat (Xenical) is a pancreatic lipase inhibitor that interferes with digestion of 

triglyceride and thereby reduces absorption of dietary fat. Clinical trials support the 

contention that inhibiting lipase can lead to significant reductions in body weight in some 

patients. 

c. 

Amylase 

The major dietary carbohydrate for many species is starch, a storage form of glucose in plants. Amylase 

is the enzyme that hydrolyses starch to maltose (a glucose-glucose disaccharide), as well as the 

trisaccharide maltotriose and small branchpoints fragments called dextrins. 

d. 

Other Pancreatic Enzymes 

In addition to the proteases, lipase and amylase, the pancreas produces a host of other digestive 

enzymes, including nucleases, gelatinase and elastase. 

•  Nucleases. These hydrolyze ingested nucleic acids (RNA and DNA) into their component 

nucleotides. 

•  Elastase: Cuts peptide bonds next to small, uncharged side chains such as those of alanine 

and serine. 

 

2. Bicarbonate and Water 

Epithelial cells in pancreatic ducts are the source of the bicarbonate and water 

secreted by the pancreas. The mechanism of bicarbonate secretion is essentially the 

same as for acid secretion parietal cells  and is dependent on the enzyme 

carbonic anhydrase. In pancreatic duct cells, the bicarbonate is secreted into the 

lumen of the duct and hence into pancreatic juice. 

  


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

  

Control of Pancreatic Exocrine Secretion 

Secretion from the exocrine pancreas is regulated by both neural and endocrine controls. 

During interdigestive periods, very little secretion takes place, but as food enters the 

stomach and, a little later, chyme flows into the small intestine, pancreatic secretion is 

strongly stimulated. 

•   

Cholecystokinin

: This hormone is synthesized and secreted by enteric endocrine 

cells located in the duodenum. Its secretion is strongly stimulated by the presence of 
partially digested proteins and fats in the small intestine. As chyme floods into the 
small intestine, cholecystokinin is  released into blood and binds to receptors on 
pancreatic acinar cells, ordering them to secrete large quantities of digestive 
enzymes. It also stimulates the gallbladder to release bile and the pancreas to 
produce pancreatic enzymes. 

 

•   

Secretin

: This hormone is secreted in response to acid in the duodenum. The 

predominant effect of secretin on the pancreas is to stimulate duct cells to 
secrete  water and bicarbonate. As soon as this occurs, the enzymes secreted by 
the acinar cells are flushed out of the  pancreas, through the pancreatic duct 
into the duodenum. It also stimulates the liver to secrete bile. 

 

•   

Gastrin

: This hormone, which is very similar to cholecystokinin, is secreted in 

large amounts by the stomach in response to gastric distention and  irritation, in 
addition  to stimulating acid secretion by the parietal cell; gastrin stimulates 
pancreatic acinar cells to secrete digestive enzymes. 

 
 

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

The Liver 

The liver is the largest gland in the body and performs an astonishingly large 

number of tasks that impact all body systems. One consequence of this complexity is 

that hepatic disease has widespread effects on virtually all other organ systems. 

The three fundamental roles of the liver are: 

1. 

Vascular functions

: including formation of lymph and hepatic phagocytic system. 

2. 

Metabolic achievements

  in control of synthesis and utilization of 

carbohydrates, lipids and proteins. 

3. 

Secretory and excretory functions

, particularly with respect to the synthesis 

of secretion of bile. 

The latter is the only one of the three that directly affects digestion - the liver, 

through its biliary tract, secretes bile acids into the small intestine where they 

assume a critical role in the digestion and absorption of dietary lipids. 

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

 

Secretion of Bile and the Role of Bile Acids in Digestion 

Bile is a complex fluid containing water, electrolytes and a battery of organic 

molecules including bile acids, cholesterol, phospholipids and bilirubin that flows 

through the biliary tract into the small intestine. There are two fundamentally 

important functions of bile in all species: 

•  Bile contains bile acids, which are critical for digestion and absorption 

of fats and fat-soluble vitamins in the small intestine. 

• 

Many waste products are eliminated from the body by secretion into bile 

and elimination in feces. 

The secretion of bile can be considered to occur in two stages: 

•   Initially, hepatocytes secrete bile into canaliculi, from which it flows into bile 

ducts. This hepatic bile contains large quantities of bile acids, cholesterol and 

other organic molecules. 

•   As bile flows through the bile ducts it is modified by addition of a watery, 

bicarbonate-rich secretion from ductal epithelial cells. 

 

In humans: the gall bladder stores and concentrates bile during the fasting state. 

Typically, bile is concentrated five-fold in the gall bladder by absorption of water and 

small electrolytes - virtually all of the organic molecules are retained. 

Secretion into bile is a major route for eliminating cholesterol. Free cholesterol is 

virtually insoluble in aqueous solutions, but in bile, it is made soluble by bile acids 

and lipids like lethicin. Gallstones (Cholelithiasis)  most of which are composed 

predominantly of cholesterol, result from processes that allow cholesterol to 

precipitate from solution in bile. 

 

 

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

Role of Bile Acids in Fat Digestion and Absorption 

Bile salts are formed in the hepatocytes by a series of enzymatic steps that convert 

cholesterol to cholic or chenodeoxycholic acids. The rate limiting step is 

hydroxylation at the 7-alpha position. These reactions include the activity of 8 

enzymes belonging to either monooxygenase or dehydrogenase enzyme 

classes.  

The most abundant bile acids (primary bile acids ) are: 

1.  chenodeoxycholic acid (45%) and  

2.  cholic acid (31%). 

Within the intestines the primary bile acids are acted upon by bacteria and 

converted to the secondary bile acids, identified as  

1.  deoxycholate (from cholate) and  

2.  lithocholate (from chenodeoxycholate).  

 

Chenodiol is a natural bile acid that blocks production of cholesterol . Chenodiol 

(Chenix), is used to dissolve gallstones in patients who cannot tolerate surgery.

 

This 

action leads to gradual dissolution of cholesterol gallstones. 

 

Synthesis of bile acids is one of the predominant mechanisms for the excretion of 

excess cholesterol. However, the excretion of cholesterol in the form of bile acids is 

insufficient to compensate for an excess dietary intake of cholesterol. 

Bile acids are conjugated with glycine or taurine and secreted as Na

+

 (or K

+

) salts. 

Conjugation causes a decrease in their pKa values, making them more water-

soluble.  

Bile acids are carried from the liver 

through ducts to the gallbladder, 

where they are stored for future use.  

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

The ultimate fate of bile acids is secretion into the intestine, where they aid in the 

emulsification of dietary lipids. In the gut the glycine and taurine residues are removed 

and the bile acids are either excreted (only a small percentage) or reabsorbed by the 

gut and returned to the liver. This process of secretion from the liver to the gallbladder, 

to the intestines and finally reabsorbtion is termed the enterohepatic circulation. 

Enterohepatic Recirculation 

After the bile acids has been released into the small intestine via the bile duct to play an 

integral role in the absorption of dietary lipids and lipid soluble vitamins. More than 

90% of the bile salts are actively reabsorbed (by a sodium-dependent co-

transport process) from the ileum into the hepatic-portal circulation from where they are 

cleared and resecreted by the liver to once  again be stored in the gall bladder. This 

secretion/reabsorption cycle is called the Enterohepatic Circulation. 

Systemic circulation: supplies 

nourishment to all of the tissue located 

throughout your body, with the exception 

of the heart and lungs because they have 

their own systems. Systemic circulation is 

a major part of the overall circulatory 

system. 

Portal circulation: Blood from the gut 

and spleen flow to and through the liver 

before returning to the right side of the 

heart. This is called the portal circulation 

and the large vein through which blood is 

brought to the liver is called the portal vein. 

The net effect of this enterohepatic recirculation is that each bile salt molecule is 

reused about 20 times, often two or three times during a single digestive phase.


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

Note: liver disease can dramatically alter this pattern of recirculation -  for instance, sick 

hepatocytes have decreased ability to extract bile acids from portal blood and damage to the 

canalicular system can result in escape of bile acids  into the systemic circulation. Assay of 

systemic levels of bile acids is used clinically as a sensitive indicator of hepatic disease. 

 

Bile acids contain both hydrophobic (lipid soluble) and polar (hydrophilic) 

faces.  The  amphipathic nature enables bile acids to carry out two important 

functions: 

1.  Emulsification of lipid aggregates

: Bile acids have detergent action 

on particles of dietary fat, which causes fat globules to break down 

or be emulsified into minute, microscopic droplets. Emulsification is not 

digestion per se, but is of importance because it greatly increases the 

surface area of fat, making it available for digestion by lipases, which 

cannot access the inside of lipid droplets. 

2.  Solubilization and transport of lipids in an aqueous environment

: Bile 

acids are lipid carriers and are able to solubilize many lipids by 

forming micelles - aggregates of lipids such as fatty acids, cholesterol 

and monoglycerides - that remain suspended in water. Bile acids are 

also critical for transport and absorption of the fat-soluble vitamins. 

 

Clinical Significance of Bile Acid Synthesis 

Bile acids perform four physiologically significant functions: 

1.  Their synthesis and subsequent excretion in the feces represent the only 

significant mechanism for the elimination of excess cholesterol. 

2.  Bile acids and phospholipids solubilize cholesterol in the bile, thereby 

preventing the precipitation of cholesterol in the gallbladder. 

3.  They facilitate the digestion of dietary triacylglycerols by acting as 

emulsifying agents that render fats accessible to pancreatic lipases. 

4.  They facilitate the intestinal absorption of fat-soluble vitamins. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 27/9/2012 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2012

 

 

 

 

Pattern and Control of Bile Secretion 

The flow of bile is lowest during fasting, and a majority of that is diverted into the 

gallbladder for concentration. When chyme from an ingested meal enters the 

small intestine, acid and partially digested fats and proteins stimulate secretion 

of cholecystokinin and secretin. These enteric hormones have important effects 

on pancreatic exocrine secretion. They are both also important for secretion and 

flow of bile: 

1. 

Cholecystokinin:

  The name of this hormone describes its effect on the 

biliary system  -  cholecysto = gallbladder and kinin = movement. The 

most potent stimulus for release of cholecystokinin is the presence of fat in 

the duodenum. Once released, it stimulates contractions of the gallbladder 

and common bile duct, resulting in delivery of bile into the gut. 

2. 

Secretin

: This hormone is secreted in response to acid in the duodenum. 

Its  effect on the biliary system is very similar to what was seen in the 

pancreas - it simulates biliary duct cells to secrete bicarbonate and water, 

which expands the volume of bile and increases its flow out into the intestine.

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 112 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل