background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

1

 

Digestive Secretion from Pancreas and Liver

  

 

Aim and objectives of lecture 3: 

1.  to list and descibe the exocrine secretion of the pancrease 
2.  to list and descibe the alkaline secretion of the pancrease 
3.  to state the control of pancreatic exocrine secretion 
4.  to list the functions of the liver 
5.  to describe the secretion of bile  
6.  to describe the role of bile acids in fat digestion and absorption 
7.  to list the clinical significance of bile acid synthesis 
8.  to state the pattern and control of bile secretion 
 

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 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

2

 

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. 

Pop quiz: The pancreas: 

a)  Functions as an exocrine gland as it secretes a number of digestive enzymes 

b)  Produces endocrine hormones associated with regulation of blood glucose levels 

c)  Releases bicarbonate ions to te lumen of the small intestine which act to neutralize chyme 

d)  All the above  

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

3

 

 

 

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 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

4

 

 

 

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. 

 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

5

 

Pop quiz:  An alcoholic patient developed a pancreatitis that affected his exocrine 

pancreatic function. He exhibited discomfort after eating a high-carbohydrate meal. The 

patient most likely had a reduced ability to digest which of the following? 

a.  Starch 

b.  Lactose 

c.  Fiber 

d.  Sucrose 

e.  Maltose 

 

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. 

 

 

Pop quiz: the following list describes four major digestive enzymes. Which one of te 

following is incorrect? 

a.  Salivary amylase-salivary glands-mouth 

b.  Pepsin-gastric glands- stomach 

c.  Nuclease-small intestine- stomach 

d.  Lipase-pancrease-small intestine 

 

 

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 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

6

 

  

 

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. 
Pop quiz: Regarding pancreatic secretion: 

a.  Pancreatic secretion is inhibited by gastrin secreted by G cells 
b.  Pancreatic acinar cells contain trypsin 
c.  Cholecystokinin inhibits secretion from the exocrine pancreas 
d.  The introduction of acid into the duodenum stimulates pancreatic secretion 

 
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. 

 
Pop quiz:: The names of the hormones that influence pancreatic secretion and are also 

important for secretion and flow of bile include: 

a.  Cholecystokinin and secretin 
b.  Cholecystokinin and gasretin 
c.  Gastrin and secretin 
d.  Insulin and secretin 
e.  Glucagon and insulin 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

7

 

 

 

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 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

8

 

 

 

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. 

 

Pop quiz: The components of bile include: bile salts, bile pigments, cholesterol and various 
electrolytes.  Which of the components in bile have digestive functions? 

a.  bile salts 
b.  Glucoronic acid 
c.  bile pigments 
d.  cholesterol 
e.  all of the above 

 

 

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. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

9

 

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. 

 

 

 

 

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. 

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

10

 

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.  

 

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. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

11

 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

12

 

Pop quiz: regarding the bile: 

a.  Bile is diluted in the gall bladder 

b.  Bile salts are hydrophobic molecules 

c.  Most bile salts are absorbed in the terminal ileum 

d.  Bile salts are the breakdown products of hemoglobin 

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. 

 

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. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

13

 

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. 

 

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. 


background image

Lecture 3 

 

Thursday 26/9/2013 

Dr Hedef D.El-Yassin

 ِ◌ ِ◌

Prof. 

 

 2013

 

 

14

 

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.

 

 

Conclusions: 

1.  Pancreatic juice contain enzymes capable of digesting all 4 major foodstuff  

2.  In pancreatic duct cells, the bicarbonate is secreted into the lumen of the duct and 

hence into pancreatic juice 

3.  The introduction of acid into the duodenum stimulates pancreatic secretion together 

with other hormonal secretagogues  

4.  Liver has a number of functions some of which are: 

a.  Vascular functions:  

b.  Metabolic achievements. 

c.  Secretory and excretory functions 

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

a.  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. 

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

bicarbonate-rich secretion from ductal epithelial cells. 

6.  Bile acids have a vital role in fat digestion and absorption as mentioned in the text 

7.  Bile acids perform four physiologically significant functions as mentioned in the text 

8.  Cholecystokinin and secretin have important effects on pancreatic exocrine secretion. 

They are both also important for secretion and flow of bile: 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 137 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