background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

1

 

ABSORPTION IN THE SMALL INTESTINE 

II:  ABSORPTION OF AMINO ACIDS, LIPIDS 

MINIRALS AND METALS 

Aim and objectives of lecture 5: 

1.  to describe the mechanism of absorption in the small intestin  

a.  of amino acids and peptides  
b.  of lipids 
c.  of minerals and metals 

2.  to give examples of clinical disorderes of the above mechanisms 

 
 

 
 
 
1)  Absorption of Amino Acids and 

Peptides 

Dietary proteins are, with very few 
exceptions, not absorbed. Rather, they 
must be digested into amino acids or di- 
and tripeptides first, through the action 
of gastric and pancreatic proteases. The 
brush border of the small intestine is 
equipped with a family of peptidases. 
Like lactase and maltase, these 
peptidases are integral membrane 
proteins rather than soluble enzymes. 
They function to further the hydrolysis of 
lumenal peptides, converting them to 
free amino acids and very small 
peptides. These end products of 
digestion, formed on the surface of the 
enterocyte, are ready for absorption.  
 

a)  Absorption of Amino Acids 

The mechanism by which amino acids 
are absorbed is conceptually identical to 
that of monosaccharides. The lumenal 
plasma membrane of the absorptive cell 
bears at least four sodium-dependent 
amino acid transporters - one each for 
acidic, basic, neutral and amino acids. 
These transporters bind amino acids 
only after binding sodium. The fully 
loaded transporter then undergoes a 
conformational change that dumps 
sodium and the amino acid into the 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

2

 

cytoplasm, followed by its reorientation back to the original form.  
Thus, absorption of amino acids is also absolutely dependent on the electrochemical 
gradient of sodium across the epithelium.  
 
 
Further, absorption of amino acids, like that of monosaccharides, contributes to generating 
the osmotic gradient that drives water absorption.  
The basolateral membrane of the enterocyte contains additional transporters which export 
amino acids from the cell into blood. These are not dependent on sodium gradients. 

 

 

 

 
 
CLINICAL CORRELATION  
 

1. 

Neutral Amino Aciduria (Hartnup Disease) 

Transport functions, like enzymatic functions, are subject to modification by mutations. An example 
of a genetic lesion in epithelial amino acid transport is Hartnup disease, named after the family in 
which the disease entity resulting from the defect was first recognized. The disease is 
characterized by the inability of renal and intestinal epithelial cells to absorb neutral amino acids 
from the lumen. In the kidney, in which plasma amino acids reach the lumen of the proximal tubule 
through the ultrafiltrate, the inability to reabsorb amino acids manifests itself as excretion of amino 
acids in the urine (amino aciduria). The intestinal defect results in malabsorption of free amino 
acids from the diet. Therefore the clinical symptoms of patients with this disease are mainly those 
due to essential amino acid and nicotinamide deficiencies. The pellagra-like features are explained 
by a deficiency of tryptophan, which serves as precursor for nicotinamide. Investigations of patients 
with Hartnup disease revealed the existence of intestinal transport systems for di- or tripeptides, 
which are different from the ones for free amino acids. The genetic lesion does not affect transport 
of peptides, which remains as a pathway for absorption of protein digestion products 
 
Q: 

Why do patients with cystinuria and Hartnup disease have a hyperaminoaciduria without an 

associated hyperaminoacidemia?  
 
 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

3

 

A: 

Patients with cystinuria and Hartnup disease have defective transport proteins in both the 

intestine and the kidney. These patients do not absorb the affected amino acids at a normal rate 
from the digestive products in the intestinal lumen. They also do not readily resorb these amino 
acids from the glomerular filtrate into the blood. Therefore, they do not have a hyperaminoacidemia 
(a high concentration in the blood). Normally, only a few percent of the amino acids that enter the 
glomerular filtrate are excreted in the urine; most are resorbed. In these diseases, much larger 
amounts of the affected amino acids are excreted in the urine, resulting in a hyperaminoaciduria.  
Pop quiz: Hartnup disease patients are able to get some of the benefit of the protein they consume 
because: 

a.  Only the neutral amino acid carrier is defective 
b.  Their endo- and exopeptidases are normal  
c.  All of the above 
d.  None of the above 

2. 

Kwashiorkor,  

A common problem of children in Third World countries, is caused by a deficiency of protein in a 
diet that is adequate in calories. Children with kwashiorkor suffer from muscle wasting and a 
decreased concentration of plasma proteins, particularly albumin. The result is an increase in 
interstitial fluid that causes edema and a distended abdomen that make the children appear 
“plump”. The muscle wasting is caused by the lack of essential amino acids in the diet; existing 
proteins must be broken down to produce these amino acids for new protein synthesis. These 
problems may be compounded by a decreased ability to produce digestive enzymes and new 
intestinal epithelial cells because of a decreased availability of amino acids for the synthesis of new 
proteins. 

b)  Absorption of Peptides 

There is virtually no absorption of peptides longer than four amino acids. However, there is 
abundant absorption of di- and tripeptides in the small intestine. These small peptides are 
absorbed into the small intestinal epithelial cell by cotransport with H

+

 ions via a transporter called 

PepT1.  
Once inside the enterocyte, the vast bulk of absorbed di- and tripeptides are digested into amino 
acids by cytoplasmic peptidases and exported from the cell into blood. Only a very small number of 
these small peptides enter blood intact.  

c)  Absorption of Intact Proteins 

Absorption of intact proteins occurs only in a few circumstances. Normal" enterocytes do not have 
transporters to carry proteins across the plasma membrane and they certainly cannot permeate 
tight junctions.  
One important exception is that for a very few days after birth, neonates have the ability to absorb 
intact proteins. This ability, which is rapidly lost, is of immense importance because it allows the 
newborn animal to acquire passive immunity by absorbing immunoglobulins in colostral milk. The 
small intestine rapidly loses the capacity to absorb  intact proteins.  

 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

4

 

2)  Absorption of Lipids 

The bulk of dietary lipid is neutral fat or triglyceride, composed of a glycerol backbone with 
each carbon linked to a fatty acid. Additionally, most foodstuffs contain phospholipids, 
sterols like cholesterol and many minor lipids, including fat-soluble vitamins. In order for 
the triglyceride to be absorbed, two processes must occur:  

• 

Large aggregates of dietary triglyceride, which are virtually insoluble in an aqueous 
environment, must be broken down physically and held in suspension - a process 
called emulsification.  

• 

Triglyceride molecules must be enzymatically digested to yield monoglyceride and 
fatty acids, both of which can efficiently diffuse into the enterocyte  

The key players in these two transformations are bile salts and pancreatic lipase, both of which are 
mixed with chyme and act in the lumen of the small intestine. 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Digestion of triacylglycerols in the intestinal lumen. TG _ triacylglycerol; bs _ bile 
salts; FA _ fatty acid; 2-MG _ 2-monoacylglycerol 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

5

 

 

Digestion and absorption of lipids 

 

CLINICAL CORRELATION  

A-

β-Lipoproteinemia 

A-b-lipoproteinemia is an autosomal recessive disorder characterized by the absence of all 
lipoproteins containing apo-

β-lipoprotein, that is, chylomicrons, very low density 

lipoproteins (VLDLs), and low density lipoproteins (LDLs). Serum cholesterol is extremely 
low. This defect is associated with severe malabsorption of triacylglycerol and lipid-soluble 
vitamins (especially tocopherol and vitamin E) and accumulation of apo B in enterocytes 
and hepatocytes. The defect does not appear to involve the gene for apo B, but rather one 
of several proteins involved in processing of apo B in liver and intestinal mucosa, or in 
assembly and secretion of triacylglycerol-rich lipoproteins, that is, chylomicrons and VLDLs 
from these tissues, respectively. 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

6

 

2.  In A-b-Lipoproteinemia, all true except 

a.  There is  a severe malabsorption of triacylglycerol  
b.  accumulation of apo B in enterocytes and hepatocytes.  
c.  The defect involve the gene for apo B,  
d.  The defect involve the gene of one of several proteins involved in assembly and 

secretion of triacylglycerol-rich lipoproteins, that is, chylomicrons and VLDLs from 
these tissues, respectively. 

 

3)  Absorption of Minerals and Metals 

The vast bulk of mineral absorption occurs in the small intestine. The best-studied 
mechanisms of absorption are clearly for calcium 
and iron, deficiencies of which are significant health 
problems throughout the world.  

a)  Calcium 

The quantity of calcium absorbed in the intestine is 
controlled by how much calcium has been in the diet 
during recent periods of time. Calcium is absorbed 
by two distinct mechanisms:  

1. Active, transcellular absorption occurs only in the 
duodenum when calcium intake has been low. This 
process involves import of calcium into the enterocyte, transport across the cell, and 
export into extracellular fluid and blood. The rate limiting step in transcellular calcium 
absorption is transport across the epithelial cell, which is greatly enhanced by the carrier 
protein calbindin, the synthesis of which is totally dependent on vitamin D. 

Pop quiz: absorption of calcium in the small intestine is enhanced by:  
1)  Parathyroid hormone 
2)  1, 25-DHCC 
3)  24,25-DHCC 

4) 

None  

 

2. Passive, paracellular absorption occurs in the jejunum and ileum, and, to a much lesser 
extent, in the colon when dietary calcium levels have been moderate or high. In this case, 
ionized calcium diffuses through tight junctions into the basolateral spaces around 
enterocytes, and hence into blood. Such transport depends on having higher 
concentrations of free calcium in the intestinal lumen than in blood. 

a)  Phosphorus 

Phosphorus is predominantly absorbed as inorganic phosphate in the upper small 
intestine. Phosphate is transported into the epithelial cells by cotransport with sodium, and 
expression of this (or these) transporters is enhanced by vitamin D.  

 

 


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

7

 

b)  Iron 

Iron homeostasis is regulated at the level of intestinal 
absorption, and it is important that adequate but not 
excessive quantities of iron be absorbed from the diet. 
Inadequate absorption can lead to iron-deficiency 
disorders such as anemia. On the other hand, 
excessive iron is toxic because mammals do not have a 
physiologic pathway for its elimination.  

Iron is absorbed by villus enterocytes in the proximal 
duodenum. Efficient absorption requires an acidic 
environment.  

Ferric iron (Fe+++) in the duodenal lumen is reduced to its ferrous form through the action 
of a brush border ferrireductase. Iron is then co transported with a proton into the 
enterocyte via the divalent metal transporter DMT-1. This transporter is not specific for 
iron, and also transports many divalent metal ions.  

Pop quiz: in the small intestine, iron is absorbed in the form of : 
1)  Ferric 
2)  Ferrous 
3)  Both 
4)  None 

 

Once inside the enterocyte, iron follows one of two major pathways:  

• 

Iron abundance states: iron within the enterocyte is trapped by incorporation into 
ferritin and hence, not transported into blood. When the enterocyte dies and is 
shed, this iron is lost. 

• 

Iron limiting states: iron is exported out of the enterocyte via a transporter 
(ferroportin) located in the basolateral membrane. It then binds to the iron-carrier 
transferrin for transport throughout the body. 

 

a)  Copper 

There appear to be two processes responsible for copper absorption: 

i)  a rapid, low capacity system and  
ii)  a slower, high capacity system, which may be similar to the two processes seen 

with calcium absorption. 

 Many of the molecular details of copper absorption remain to be elucidated. Inactivating 
mutations in the gene encoding an intracellular copper ATPase have been shown 
responsible for the failure of intestinal copper absorption in Menkes disease.  

A number of dietary factors have been shown to influence copper absorption. For 
example, excessive dietary intake of either zinc or molybdenum can induce secondary 
copper deficiency states.  


background image

Lecture 5 

 

Tuesday 1/10/2013 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin

 

2013

 

8

 

b)  Zinc 

Zinc homeostasis is largely regulated by its uptake and loss through the small intestine. 
Although a number of zinc transporters and binding proteins have been identified in villus 
epithelial cells, a detailed picture of the molecules involved in zinc absorption is not yet in 
hand.  

A number of nutritional factors have been identified that modulate zinc absorption. Certain 
animal proteins in the diet enhance zinc absorption. Phytates from dietary plant material 
(including cereal grains, corn, rice) chelate zinc and inhibit its absorption. Subsistence on 
phytate-rich diets is thought responsible for a considerable fraction of human zinc 
deficiencies.  

 
 
Conclusion 

 
 

1.  The mechanism by which amino acids are absorbed is conceptually identical to that 

of monosaccharides 

2. 

Triglyceride molecules must be enzymatically digested to yield monoglyceride and 
fatty acids, both of which can efficiently diffuse into the enterocyte

 

3.  examples of clinical disorderes of the above mechanisms are mentioned in the text..  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 165 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