background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Digestion and Digestive Secretion from 

Mouth and Stomach

  

Aim and objectives of lecture 2: 

1.  to describe the digestion process that occurs in the oral cavity 
2.  to describe the digestion processes that ocurs in the stomach 
3.  to define gastric secretions and the  functions of its constituents 
4.  to describe the mechanism of secretion of gastric acid 
5.  to state the control of gastric acid secretion 
6.  to define Alkaline Tide  
7.  to define Intrinsic Factor 
8.  to state the absorption in the stomach 

The Mouth 

Ingestion: In the mouth food is ground, moistened and lubricated by saliva 
(secreted by three pairs of salivary glands). 
Digestion: salivary glands secret

α-amylase, which digests starch into small 

segments of 

-dextrins and into individual soluble sugars. Salivary glands 

also secrete lysozyme, which kills bacteria but is not classified as a digestive 
enzyme. 
Then the resulting bolus of food is swallowed into the esophagus and carried 
by peristalsis to the stomach. 
 
Pop quiz:  

1.  The swallowing of food or fluid from he mouth to the esophagus is 

called:  

a.  deglutition 
b.  ingestion 
c.  absorption 
d.  peristalsis 

2.  Which of the following statements is false concerning saliva? 

a.  it aids in the formation of the bolus 
b.  it contains digestive enzymes 
c.  it is secreted from exocrine salivary glands 
d.  between 1000 and 1500 ml are secreted daily 
e.  none of the above 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

 

 

The Stomach 

Foodstuffs entering the stomach have been, crushed and reduced in size by 
mastication, with saliva. The stomach provides  four basic functions that assist in 
the early stages of digestion and prepare the ingesta for further processing in the 
small intestine:
 

1.  It  serves  as  a  short-term  storage  reservoir,  allowing  a  rather  large 

meal to be consumed quickly and dealt with over an extended period. 

2.  It  is  in the stomach  that  substantial  chemical  and  enzymatic  digestion  is 

initiated, particularly of proteins. 

3.  Vigorous contractions of gastric smooth muscle mix and grind foodstuffs with 

gastric  secretions,  resulting  in  liquefaction  of  food,  a  prerequisite  for 
delivery of the ingesta to the small intestine.
 

4.  As food is liquefied in the stomach, it is slowly released into the small 

intestine for further processing. 

 

Pop quiz: which of the following is not a function of the stomach: 

a.  Formation of chyme 

b.  Secretion of gastric juice 

c.  Storage of ingested food 

d. 

Absorption of fat

 

 

The wall of the stomach is lined with millions of gastric glands (appearing as 

gastric  pits  extended into the mucosa as straight and branched tubules)

which  together  secrete  400

–800  ml  of  gastric  juice  at  each  meal.  Several 

kinds of cells are found in the gastric glands. 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Four major types of secretory epithelial cells cover the surface of the stomach and 
extend down into gastric pits and glands: 

 

1. Mucous cells: secrete an alkaline mucus that protects the  

epithelium against shear stress and acid 

2. Parietal cells: secrete hydrochloric acid. 

3. Chief cells: secrete pepsin, a proteolytic enzyme 

4. G cells: secrete the hormone gastrin 

 
 
 

 

 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Gastric secretions 

1. Mucosal Protection 

Mucus layer on gastric surface forms a mucosal barrier to damage against 
several forms of potential injury to the gastric mucosa. 

1.  A gel 0.2mm thick; 80% CHO; 20% protein 

2.  Secreted by neck cells, surface epithelium 

3.  Can be cleaved by pepsin, so continual production is required 

4.  Release is stimulated by acetylcholine from nerve endings 

5.  Also rich in bicarbonate 

a.  HCO

3

-

 content creates a "micro-environment" around surface cells to 

prevent acid damage 

b.  HCO

3

-

 secretion is inhibited by adrenergic input (prominent in stress) 

 

2. Acid Secretion 

Hydrochloric acid is secreted from parietal cells into the lumen where it 
establishes an extremely acidic environment. This acid is important for activation 
of pepsinogen and inactivation of ingested microorganisms such as bacteria. 

 

2.1. Function of Gastric acid 

1.  To kill micro-organisms: (but H. pylori survives by making ammonia (basic) from 

urea using urease). 

2.  to activate pepsinogens (cleaved to form pepsin) and provide the optimal pH for 

pepsin action 

3.  to facilitate absorption of iron by converting colloidal iron into ionic form. 

4.  to stimulate duodenum to liberate secretin  

5.  breaks down connective tissue in food 

 

2.2.Mechanism of gastric acid secretion 

As  the  plasma  pH  =  7.4,  the  parietal  cell  transports  protons  against  a 
concentration gradient of 10

 

6.6

. The free energy required for HCl secretion 

under these conditions is minimally 9.1 kcal 

mol-1

 of HCl. That is why parietal 

cells are stuffed with mitochondria and uses huge amounts of energy as they carry 
out this three-million fold concentration of protons. 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Acid secretion mechanisms in the parietal cell 

 

 

The key player in acid secretion is a H+/K+ ATPase or "proton pump" located in 
the  cannalicular  membrane.  This  ATPase  is  magnesium-dependent.  This 
enzyme is unique to the parietal cell and is found only in the luminal region 
of the plasma membrane. It couples the hydrolysis of ATP to an electrically 
neutral  obligatory  exchange  of  K

+

  for  H

+

,  secreting  H

+

  and  taking  K

+

  into 

the cell 

As the K

+

/H

+

ATPase generates a very acidic solution, protein reagents that 

are  activated  by  acid  can  become  specific  inhibitors  of  this  enzyme.  This 
fact is a key in most drugs used to treat peptic ulcers. 

 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Pop quiz: Parital cells in the stomach secretes gastric juice by transporting 
protons from a low concentration to a very high concentration, this requires 
a huge amount of energy. That is why they are stuffed with: 

a.  lyosomes  
b.  mitochondria 
c.  Golgi apparatus 
d.  RNA 

 

The current model for explaining acid secretion is as follows: 

1.  Hydrogen ions are generated within the parietal cell from dissociation of water. The 

hydroxyl ions formed in this process rapidly combine with carbon dioxide to form 
bicarbonate ion, a reaction cataylzed by carbonic anhydrase. 

2.  Bicarbonate is transported out of the basolateral membrane in exchange for 

chloride. The outflow of bicarbonate into blood results in a slight elevation of blood 
pH known as the "alkaline tide". This process serves to maintain intracellular pH in 
the parietal cell. 

3.  Chloride and potassium ions are transported into the lumen of the cannaliculus by 

conductance channels, and such is necessary for secretion of acid. 

4.  Hydrogen ion is pumped out of the cell, into the lumen, in exchange for potassium 

through the action of the proton pump; potassium is thus effectively recycled. 

  2.3. Control of gastric acid secretion 

Parietal cells bear receptors for three stimulators of acid secretion, reflecting a 
neural, paracrine and endocrine control: 

  ACETYLCHOLINE 

o  released from cholinergic nerve fibres 
o  binds to (M3) receptor on cell surface 
o  opens Ca

++

 channels in apical surface 

o  promotes release of Ca

++

  from intracellular stores 

     GASTRIN 

o  binds to CCK-B receptor on cell surface 
o  releases intracellular Ca

++

 

     HISTAMINE 

o  released from mast cells 
o  binds to parietal cell surface receptor 
o  activates adenyl cyclase (increases cyclic AMP, an intracellular 
messenger) 
 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

 

 
 
Histamine's effect on the parietal cell is to activate adenylate cyclase, leading to elevation 
of intracellular cyclic AMP concentrations and activation of protein kinase A (PKA). One 
effect of PKA activation is phosphorylation of cytoskeletal proteins involved in transport of 
the H+/K+ ATPase from cytoplasm to plasma membrane. Binding of acetylcholine and 
gastrin both result in elevation of intracellular calcium concentrations. 

 

INHIBITORY CONTROL 
•   acid at less than pH 2 is a direct inhibitor of acid release 
•   acid in duodenum releases secretin which inhibits gastric secretion 

•   fatty acids, peptides stimulate release of GIF (gastric inhibitory polypeptide) 
and CCK (cholecystokinin) 

 

Pop quiz: inhibitory controllers of gastric acid secretion include: 

a.  pH< 2 and secretin 
b.  pH> 2 and secretin 
c.  pH< 3 and gastrin 
d.  pH> 3 and gasretin 
e.  pH> 4 and gasretin 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

Several additional mediators have been shown to result in gastric acid secretion when 
infused into animals and people, including e.g. calcium.  

Calcium simulates gastrin release. lt is unclear whether these molecules have a 
significant physiologic role in parietal cell function. 

Alkaline tide during gastric secretion: Owing to secretion of a large amount of 
H

+

 as HCl, there is surplus of OH

-

 in the parietal cell which is taken up not only 

by the CO

2

 to form HCO

3

-

 but also by other buffer systems of parietal cell 

initially and later by those of plasma. 

 

4

2

2

4

PO

H

HPO

 

 

3

2

3

CO

H

HCO

 

 

acid

Lactic

Lactate

 

 

All tend to increase on the side of the base i.e.:HPO

4

-2

, HCO

3

-

 and lactate, 

with the result that the pH of plasma is raised and an alkaline urine is 
excreted for some hours following intake of food and gastric secretion. This 
is known as the alkaline tide. 

 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

3. Proteases:

 

Pepsinogen,  an  inactive  zymogen,  is  secreted  into  gastric  juice  from  both 
mucous cells and chief cells. Once secreted, pepsinogen is activated by stomach 
acid  into  the  active  protease  pepsin,  which  is  largely  responsible  for  the 
stomach's ability to initiate digestion of proteins, in young animals; chief cells 
also secrete chymosin (rennin), a protease that coagulates milk protein allowing 
it to be retained more than briefly in the stomach. 

 

Pepsinogens and Pepsins 

Pepsinogens  are  secreted  in  a  form  such  that  the  activation  peptide 
assumes a compact structure that occludes the active site. On exposure to an 
acidic (pH < 4) environment such as occurs in the lumen of the stomach, the 
activation peptide unfolds, allowing the active site to clip it off, yielding mature, 
catalytically active pepsin. 

Optimal activity of pepsins is at pH of 1.8 to 3.5, depending on the isoform, They 
are reversibly inactivated at about pH 5 and irreversibly inactivated at pH 7 to 8. 

The  mature,  active  enzymes  are  roughly  325  amino  acids  with  a  mass  of 
approximately 35 kDa

Pepsin  initiates  protein  digestion  by  splitting  certain  amino  acid  linkages  in 
proteins (Cleaves preferentially C-terminal. It does not cleave at V, A or G. Other 
residues may be cleaved, with very variable rates) to yield peptide fragments. 

 

Because pepsin can digest protein, it must be stored and secreted in an inactive 
form so that it does not digest the cells in which it is formed. 

In general, secretion of pepsinogens is coupled to secretion of acid from 
the parietal cell.   

Pepsin was discovered by Theodor Schwann in 1836. It was the first animal 
enzyme to be discovered. 

Pop quiz: pepsinogen: 

a.  is a secretion of the G cells o gastric glands 
b.  is converted to pepsin in the acidic environment of the stomach 
c.  is a hormone 
d.  a and c 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

10 

Chymosin (Rennin) and the Coagulation of Milk 

Chymosin, known also as rennin, is a proteolytic enzyme synthesized by chief 
cells in the stomach. Its role in digestion is to coagulate milk in the stomach, 
a  process  of  considerable  importance  in  the  very  young  animal.  If  milk 
were not coagulated, it would rapidly flow through the stomach and miss the 
opportunity for initial digestion of its proteins.
 

Chymosin  efficiently  converts  liquid  milk  to  a  semisolid  like  cottage  cheese, 
allowing  it  to  be  retained  for  longer  periods  in  the  stomach.  Chymosin 
secretion  is  maximal  during  the  first  few  days  after  birth,  and  declines 
thereafter,  replaced  in  effect  by  secretion  of  pepsin  as  the  major  gastric 
protease.
 

Chymosin is secreted as an inactive proenzyme called prochymosin that, like 
pepsin, is activated on exposure to acid. Chymosin is also similar to pepsin 
in being most active in acidic environments, which makes sense considering its 
mission.
 

 

 

4. Hormones 

The principle hormone secreted from the gastric epithelium is gastrin, a peptide 
that  is  important  in  control  of  acid  secretion  and  gastric  motility.  Gastrin  is 
secreted by G-cells and released into the blood where it travels to the parietal 
cells  to stimulate  acid  secretion,  and  to Enterochromaffin-Like  (ECL)  Cells to 
stimulate histamine secretion. 

The net result of gastrin secretion is increased acid production through 
two mechanisms:
 

1.  Direct stimulation of the parietal cells, 

2.  Tropic action on parietal cells increasing their number. 

N.B. in gastrinoma (Zollinger-Ellison syndrome) increased production of gastrin 
causes hypersecretion of acid which is not subject to normal inhibitory 
mechanisms. 

 

Pop quiz: In gastrinoma (Zollinger-Ellison syndrome) , all true except: 

a.  there is an increased production of gastrin 
b.  there is an increase in secretion of acid 
c.  hyper secretion is subject to normal inhibitory mechanisms 
d.  there is a significant decrease in the pH of the stomach 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

11 

A number of other enzymes are secreted by gastric epithelial cells, including 
a  lipase  and  gelatinase.  One  secretory  product  of  considerable  importance  in 
man  is  intrinsic  factor,  a  glycoprotein  secreted  by  parietal  cells  that  is 
necessary for intestinal absorption of vitamin B

12

Intrinsic Factor 

Intrinsic  factor  is  a  glycoprotein  secreted  by  parietal  (humans)  of  the  gastric 
mucosa.  In  humans,  it  has  an  important  role  in  the  absorption  of  vitamin  
B

12

 

(cobalamin) in the intestine, and failure to produce or utilize intrinsic factor 
results in the condition pernicious anemia.

— as a result of an autoimmune 

attack  against  parietal  cells.  In  all  mammals,  vitamin  B

12

is  necessary  for 

maturation  of  erythrocytes,  and  a  deficiency  of  this  vitamin  leads  to 
development  of  anemia.  Since  efficient  absorption  of  vitamin  
B

12

in 

humans  depends  on  intrinsic  factor,  diseases  which  decrease  the 
secretion of intrinsic factor (e.g. atrophic gastritis), interfere with cleavage 
of  the  binding  proteins  (e.g.  pancreatic  exocrine  insufficiency)  or  decrease 
binding  and  absorption  of  the  intrinsic  factor-vitamin  B

12

  complex  (e.g.  ileal 

disease or resection) can result in this type of anemia. 

Pop quiz: "pernicious anemia" a condition resulted from: 

a.  The failure to produce or utilize Vitamin K 
b.  Deficiency in iron 
c.  The failure to produce hemoglobin 
d.  The failure to produce or utilize transferrin  
e.  The failure to produce or utilize intrinsic factor 

 

Absorption in the Stomach 

The stomach absorbs very few substances, although small amounts of certain 
lipid-soluble  compounds  can  be  taken  up,  including  aspirin,  other  non-
steroidal anti-inflammatory drugs, and ethanol.
 

Notably,  these  substances  are  also  well-recognized  causes  of  gastric 
irritation  and  their  use  (especially  overuse)  is  commonly  associated  with 
development of gastritis and gastric ulcers. 

 

Pop quiz: The stomach absorbs very few substances including: 

a) 

carbohydrates and ethanol 

b) 

aspirin and minerals 

c) 

proteins and carbohydrates 

d) 

aspirin and ethanol 

e) 

ethanol and proteins 

 


background image

Lecture 2 

 

Tuesday 24/9/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 

2013 

 

12 

 
 
 

 

Conclusions: 

1.  In the mouth food is ground, moistened and lubricated by saliva which secrete 

α-

amylase, that  digests starch. 

 

2.  In the stomach digestion of proteins begins and initiates  

 

3.  Gastric secretions has four main constituents  

a.  alkaline mucus  

b.  hydrochloric acid. 

c.  pepsin, a proteolytic enzyme 

d.  the hormone gastrin 

each having its own function and regulators as mentioned in the text. 

 

4.  The parietal cells of gastric glands are capable of secreting HCl into the gastric 

lumen. Luminal H

+

 concentrations of up to 0.14 M (pH 0.8) have been observed.  

 

5.  Acid secretion is under a neural, paracrine and endocrine control 

 

6.  Alkaline Tide : Due to secretion of a large amount of H

+

 as HCl, there will be a 

surplus of OH

-

 in the parietal cell which is taken up not only by the CO

2

 to form 

HCO

3

-

 but also by other buffer systems of parietal cell all tend to increase on the 

side of the base i.e.:HPO

4

-2

, HCO

3

-

 and lactate, causing the pH of plasma to be 

raised and an alkaline urine excreted 

 

7.  Intrinsic factor is a glycoprotein secreted by parietal (humans) of the gastric mucosa. 

important for absorption of vitamin B

12

 

 

8.  The stomach absorbs very few substances as mentioned in the text 

 

 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 148 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