A-level 生物學/哺乳動物生理學與行為/哺乳動物營養
在哺乳動物生理學中，消化道是所有消化發生的地方。消化道最容易被描述為從口腔開始，穿過身體到達肛門的長管。在成年人中，它可以長達 6 米，並且顯然是盤繞的以節省空間。該管道除了分泌各種物質到其中的器官，共同構成了消化系統。
你可能還記得你在血管方面的學習，例如，管內部的空間被稱為管腔。消化道的管腔從口腔一直到肛門沒有阻礙，因此物質可以直接透過而無需進入任何細胞，因此管腔被認為是外部世界的一部分。吸收的過程將食物物質從管腔移入細胞，通常移入血液中。
進食，從而將食物進入消化道被稱為攝入，然後是消化和吸收。任何由於某種原因無法消化的食物（纖維素就是一個很好的例子），都會穿過整個消化道並從肛門排出，形成糞便，將其排出被稱為排洩。請記住，排洩不是排洩，因為排洩是代謝廢物的排出，而排洩處理的是未被吸收的物質，因此不能成為代謝的一部分。
由於消化道對吸收的要求（非常小的尺寸），通常只有小分子（例如鐵、鈣、維生素、氨基酸、單糖）和水可以立即被吸收。其他分子（稱為大分子），如澱粉和蛋白質，無法被吸收，它們必須首先分解成更小的分子 - 構成它們的更簡單的單體。
機械消化是咀嚼（以及胃的研磨）的過程，將較大的食物塊分解成較小的食物塊，為消化酶在化學消化過程中發揮作用提供更大的表面積。我們在前段中討論的大分子可以更容易地被分解 - 透過各種酶催化的水解反應。
所有消化反應都是水解 - 在水的作用下將複雜分子分解成簡單的分子，因此所有消化酶都是水解酶。
下面是一個關於人類消化道中酶活性的表格；
| 區域 | 分泌物/酶 | 底物 | 產物 |
|---|---|---|---|
| 口腔 | 唾液 - 澱粉酶 | 澱粉 | 麥芽糖 |
| 胃 | 胃液 - 胃蛋白酶、脂肪酶 | 蛋白質、脂類 | 肽、脂肪酸/甘油 |
| 十二指腸 | 胰液 - 澱粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、脂肪酶 | 澱粉、蛋白質、蛋白質、肽、脂類 | 麥芽糖、肽、肽、氨基酸、脂肪酸/甘油 |
| 迴腸 | 無分泌物，保留在絨毛細胞上，麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、肽酶 | 麥芽糖、蔗糖、乳糖、肽 | 葡萄糖、葡萄糖/果糖、葡萄糖/半乳糖、氨基酸。 |
蛋白質消化發生在胃、十二指腸和迴腸。胃中含有蛋白酶胃蛋白酶，它催化蛋白質分子中肽鍵的水解，將其裂解成更小的鏈，因此被稱為內肽酶。在十二指腸中，胰蛋白酶和糜蛋白酶做同樣的事情。外肽酶是從鏈的末端切割單個氨基酸的酶，迴腸中的外肽酶是羧肽酶，產生氨基酸，然後被吸收進入血液毛細血管。
消化道，一條從口腔到肛門的管道，在整個過程中具有相同的結構，一個具有四個主要層的壁 - 粘膜、粘膜下層、肌層外膜和漿膜。
粘膜是靠近管腔的層，在其內表面有一層薄的 上皮組織，其中含有杯狀細胞。這些細胞分泌粘液，以潤滑和保護細胞免受食物磨損。它還可以防止消化酶造成的損傷。除了這一共同因素外，上皮組織在消化道的不同部位有所不同。上皮組織下方是結締組織層，在其下方是稱為粘膜肌層的平滑肌層。它是平滑肌，允許它緩慢而有節奏地收縮很長時間而不會疲勞。
粘膜下層由位於血管和神經中的結締組織組成。它含有高比例的膠原蛋白和彈性蛋白（纖維狀蛋白質）。
肌層外膜，也是平滑肌，由兩條帶組成 - 縱向肌和環形肌。縱向肌沿著管道壁縱向排列，而環形肌則圍繞管道壁排列。它們的組合收縮和放鬆透過蠕動將食物移過消化道。
漿膜是構成壁外層的薄層結締組織。
食物被攝入，然後使用磨牙/前磨牙上的寬闊脊/溝進行咀嚼（咀嚼），將固體食物分解成更小的塊，增加其表面積。唾液也被分泌到口腔中 - 因為它主要是水，它有助於溶解任何可溶性成分，並且酶澱粉酶開始將澱粉分解成麥芽糖。吞嚥將食物帶入食道頂部，蠕動將其帶入胃。
胃是一個小的囊，兩端都有肌肉（括約肌），控制食物的進入和排出。當食物團（食物球）到達胃時，賁門括約肌放鬆以允許食物進入，而幽門括約肌保持收縮，以便食物可以留在那裡幾個小時。然後它允許部分消化的食物透過，現在被稱為食糜，進入十二指腸。
胃中的粘膜是高度摺疊的，形成胃小凹，分泌胃液。上皮組織由柱狀細胞組成。它還含有主細胞和壁細胞，前者產生胃蛋白酶原，後者產生鹽酸。壁細胞有許多線粒體和表面的深陷。
胃液主要是水，但也含有壁細胞分泌的鹽酸。這種鹽酸使胃液的 pH 值低於 1.0，可以殺死食物中大部分細菌。主細胞分泌胃蛋白酶原，它不具有酶的功能，可以透過去除一小段氨基酸轉化為其活性形式（胃蛋白酶）。這是由鹽酸和胃蛋白酶本身共同實現的。
胃液還含有脂肪酶來分解脂肪。胃壁襯裡受到鹼性粘液的保護，覆蓋整個胃壁。
只有少數物質可以在這裡被吸收，例如小分子脂溶性物質，如酒精和阿司匹林。
當幽門括約肌鬆弛時，酶、鹽酸和食糜（部分消化的食物）的混合物進入小腸，這與肝臟和胰腺將汁液釋放到小腸同時發生。肝臟的功能之一是產生膽汁，膽汁儲存在膽囊中，然後沿著膽管進入十二指腸。膽汁含有膽鹽，有助於乳化脂肪，然後（大部分）被重新吸收並返回肝臟，在那裡被重新分泌。膽汁還含有碳酸氫根離子，有助於中和十二指腸的酸性混合物。
胰腺既是內分泌腺又是外分泌腺 - 它的內分泌功能是分泌胰島素和胰高血糖素（由胰島分泌）。它的外分泌功能，我們這裡要討論的主要功能，是將胰液分泌到胰管。
胰液包含酶和酶的前體。胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶以非活性形式分泌，分別為胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原。前者逐漸轉變為胰蛋白酶，並由一種名為腸激酶的酶加速。胰蛋白酶然後可以作用於胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原以啟用它們。其他酶包括羧肽酶（以非活性形式分泌，胰蛋白酶將其處理），脂肪酶和澱粉酶。它還含有碳酸氫根離子，以中和十二指腸中食物和胃液的酸性混合物。
小腸由三個區域組成 - 十二指腸、空腸和迴腸。迴腸的結構在壁上有許多細小的褶皺，稱為絨毛，由粘膜層構成，每個絨毛約 1 毫米高。這些絨毛都有自己的微絨毛，它們結合起來提供了大量的表面積供吸收。肌層粘膜中的平滑肌可以使其收縮和搖擺，與腸腔中的食物充分接觸，絨毛還有血管網路，用於吸收和運輸食物。
絨毛下方是稱為利伯庫恩隱窩的腺體，其中含有分泌粘液的杯狀細胞。
來自十二指腸的酶繼續發揮作用，而回腸中起作用的酶則附著在絨毛上皮細胞的表面。來自十二指腸的一些酶被吸附到細胞表面，確保消化產物集中在將要吸收它們的細胞附近。事實上，迴腸中的大部分消化都發生在與上皮細胞的質膜緊密接觸的地方。
消化產物；氨基酸、脂肪酸、甘油和單糖，都可以穿過絨毛上皮細胞的質膜，透過這些細胞進入血液或淋巴毛細血管。單糖和氨基酸直接進入血液，而脂肪酸和甘油進入淋巴系統。
單糖的吸收方式與氨基酸相同 - 鈉離子不斷從上皮細胞底部泵出到周圍的組織液中，導致鈉離子沿著這個形成的濃度梯度移動，攜帶葡萄糖和氨基酸 - 共運輸。
脂肪酸和甘油能夠透過磷脂雙層（脂溶性）擴散，並在上皮細胞的光面內質網上重新轉化為甘油三酯，轉移到高爾基體，然後被蛋白質包圍形成乳糜微粒。
水、無機離子、維生素也在迴腸中被吸收，透過滲透作用、主動運輸、協助擴散或簡單擴散（僅脂溶性物質）。
結腸、盲腸、闌尾和直腸構成大腸，結腸的功能是吸收無機離子，剩下的水分。上皮不含絨毛，但有柱狀細胞，具有微絨毛，提供了相對較大的表面積供吸收。到達直腸的物質主要是不可消化的物質 - 纖維素和木質素，以及粘液和從管道中脫落的細胞 - 它作為糞便排出體外。
胃/胰腺分泌的消化液和膽囊分泌的膽汁的控制由激素控制。到達胃壁的活動電位引起一種名為胃泌素的激素分泌，胃泌素被釋放到血液中，導致胃腺產生大量胃液。這也會受到胃中食物的存在的刺激。
胰液分泌主要受食物進入十二指腸的控制。與酸性物質接觸會刺激壁細胞分泌一種名為促胰液素的激素，促胰液素會刺激胰腺的外分泌細胞，將富含碳酸氫根離子的汁液釋放到胰管。
十二指腸上皮細胞對脂肪或蛋白質消化的產物做出反應，分泌膽囊收縮素，膽囊收縮素作用於胰腺的外分泌細胞，刺激酶富含的汁液分泌，並導致膽囊（透過迫使其收縮平滑肌）將膽汁沿著膽管排出。
食物的味道、視覺和嗅覺都會進入神經系統，延髓從神經系統傳遞衝動到唾液腺，作為自主神經系統的一部分。胃液分泌也會受到從大腦傳遞到胃壁的神經衝動的刺激（見上文）。
食草動物所吃的食物不包含無法被酶消化、需要用臼齒等咀嚼的纖維素細胞壁。像牛這樣的食草動物可能完全沒有犬齒，而是一個間隙（空隙），讓長而靈活的舌頭可以移動草在嘴巴周圍。咀嚼是由前臼齒和臼齒完成的，它們有寬闊的表面，帶有脊和尖，可以左右移動，互相吻合。牛確實有門齒，但它們只在下頜表面，上頜門齒的位置是角質墊，這兩者就像一種夾子，讓牛可以從地上拔草。牛的牙齒會隨著時間的推移而不斷生長，因為它們會不斷被咀嚼磨損。
牛有四個胃室 - 最大的胃室，瘤胃（以及網胃），有一個厭氧微生物群落，它們產生酶來分解纖維素為葡萄糖。其他酶將這種糖分解為脂肪酸，因此牛的許多組織都適應了使用脂肪酸作為它們的主要呼吸底物。
植物材料定期從瘤胃和網胃中傳遞迴口腔，直到它被完全咀嚼，這被稱為反芻。然後，物質從瘤胃和網胃傳遞到皺胃和真胃。這裡會分泌鹽酸和蛋白酶，就像在人類胃中一樣。然後，物質繼續進入小腸。
與食草動物相反，食肉動物是食肉動物，因此它們的牙齒和消化系統非常不同。例如，狼在嘴巴前面有長而尖的牙齒，稱為犬齒，這些牙齒可以讓狼在咬住獵物時刺穿獵物的身體，殺死它。犬齒後面是前臼齒和臼齒，邊緣極其鋒利，被稱為裂齒，因為它們在下巴閉合時像剪刀一樣互相滑動，可以咬碎、壓碎骨頭，並將肉切成更小的塊。
狼嘴巴前面的門齒用來從骨頭上刮肉。由於肉中不含澱粉或纖維素細胞壁，因此不需要澱粉酶，狗也不需要過多咀嚼。然而，為了彌補口腔中缺乏化學消化，狗的胃裡有非常濃的酸，這可以讓狗安全地吃腐爛的“危險”食物。