Білковий обмін біохімія. Реферати з медицини білковий обмін в організмі людини Соматотропін посилює синтетичні процеси білка

Обмін білків

Обмін білків – центральна ланка всіх біохімічних процесів, що лежать в основі існування живого організму. Інтенсивність обміну білків характеризується балансом азоту, оскільки переважна більшість азоту організму посідає білки. При цьому враховується азот кормів, азот організму та азот продуктів виділення. Баланс азоту може бути позитивним (коли відбувається збільшення маси тварини і затримка азоту в організмі), рівним нулю, або спостерігається азотна рівновага (з організму виводиться стільки азоту, скільки надходить з кормами), і негативним (розпад білків не компенсується білками кормів). Баланс азоту характеризується білковим мінімумом- найменшою кількістю білка в кормах, яка потрібна для збереження в організмі азотистої рівноваги. Білковий мінімум, розрахований на 1 кг живої маси, має такі середні величини, г:

Білки кормів ділять на повноцінніі неповноцінні. Повноцінні корми містять залишки незамінних амінокислот, які не можуть бути синтезовані організмом тварини: валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан та фенілаланін. До умовно незамінних амінокислот відносять

гістидин, оскільки його невеликий недолік у кормах поповнюється синтезом мікрофлорою у харчовому каналі. Інші амінокислоти - замінні і можуть синтезуватися в організмі тварини: аланін, аспарагінова та глутамінова кислоти, серії. П'ять амінокислот вважають частково замінними: аргінін, гліцин, тирозин, цистин та цистеїн. Імінокислоти пролін та оксипролін можуть синтезуватися в організмі.

У різних кормах та харчових продуктах міститься неоднакова кількість білків, %:

Багаті повноцінними білками продукти тваринництва, %:

Еталоном повноцінного білка найчастіше служить казеїн, що містить усі незамінні амінокислоти.

Перетравлення білків.У харчовому каналі білки розщеплюються до амінокислот і простатичних груп.

У ротової порожниникорми, що містять білки, механічно подрібнюються, змочуються слиною і утворюють харчовий ком, який по стравоходу надходить у шлунок (у жуйних - у передшлунки та сичуг, у птахів - у залозистий та м'язовий шлунки). У складі слини немає ферментів, здатних розщеплювати білки корму. Пережовані кормові маси надходять у шлунок (у жуйних у сичуг), перемішуються та просочуються шлунковим соком.

Шлунковий сік- безбарвна та злегка опалесцентна рідина щільністю 1,002-1,010. У людини протягом доби утворюється близько 2 л, у великої рогатої худоби – 30, у коня – 20, у свині – 4, у собаки – 2-3, у вівці та кози – 4 л шлункового соку. Виділення шлункового соку у першій

(складорефлекторної) фазі визначається видом, запахом та смаком корму, у другій (нейрогуморальній) – його хімічним складом та механічним подразненням рецепторів слизової оболонки. До складу шлункового соку входить 99,5% води та 0,5% щільних речовин. Щільні речовини включають ферменти пепсин, ренін, гастриксин, желатиназу, ліпазу (у свиней та амілазу); білки - сироваткові альбуміни та глобуліни, мукопротеїни слизу, фактор Касла; з мінеральних речовин кислоти (в основному соляну) та солі.

Основним ферментом шлункового соку є пепсин, а кислотою, що створює умови для його каталітичної дії, – соляна. В утворенні пепсину беруть участь головні клітини залоз дна шлунка, в утворенні соляної кислоти – обкладальні. Джерелом хлорид-іонів служить NaCl, іонів H+-протони, що надходять із крові в цитоплазму обкладувальних клітин внаслідок окисно-відновних реакцій (Г. Д. Ковбасюк, 1978).

Соляна кислота створює необхідну кислотність каталітичного дії ферментів. Так, у людини рН шлункового соку дорівнює 1,5-2,0, у великої рогатої худоби - 2,17-3,14, у коня - 1,2-3,1, у свині - 1,1-2,0 , у вівці – 1,9-5,6, у птахів – 3,8. Соляна кислота створює також умови для перетворення пепсиногену на пепсин, прискорює розщеплення білків на складові частини, їх денатурацію, набухання та розпушення, перешкоджає розвитку в шлунку гнильних та бродильних процесів, стимулює синтез гормонів кишечника та ін. У лабораторній практиці кислотність шлункового соку.

Реннін (хімозин, або сичужний фермент) виробляється у молодих жуйних залоз слизової оболонки сичуга. Синтезується у вигляді проренніну, який при значенні рН

У шлункувідбувається гідролітичне розщеплення більшості кормових білків. Так, нуклеопротеїди під впливом соляної кислоти та пепсину розпадаються на

нуклеїнові кислоти та прості білки. Тут відбувається розщеплення та інших протеїдів. Під впливом пепсину розщеплюються пептидні зв'язки з обох боків білкових молекул. Найлегше розриваються зв'язки, утворені ароматичними та дикарбоновими амінокислотами. Пепсин легко розщеплює білки тваринного походження (казеїн, міоглобін, міоген, міозин) та деякі рослинні білки, побудовані в основному з моноамінодикарбонових кислот (гліадин і глутелін злаків), за винятком кератинів вовни, фіброїнів шовку, муцинів слизу, муцинів слизу, хрящів.

Частина білків розщеплюється іншими протеолітичними ферментами шлункового соку, наприклад, колагени – желатиназою, казенні – ренніном.

Під впливом складових частин шлункового соку, насамперед соляної кислоти та ферментів, білки у шлунку гідролізуються до простетичних груп, альбумозу, пептонів, поліпептидів і навіть амінокислот.

Шлункова секреція стимулюється гормоноїдами слизової оболонки харчового каналу: гастрином (в воротаря), ентерогастрином (у кишках), гістаміном (у шлунку) та ін.

Особливості перетравлення білків у жуйних.У жуйних харчовий ком із стравоходу надходить у передшлунки, де піддається додаткової механічної переробки, при жуйці повертається в ротову порожнину, знову подрібнюється, потім потрапляє в рубець, сітку, книжку та сичуг, де завершується перший етап травлення.

У передшлунках відбувається хімічна переробка речовин корму під впливом ферментів бактерій, інфузорій та грибів, що симбіотують там. До 38% мікробів рубця великої рогатої худоби і 10% мікробів рубця овець мають протеолітичну активність, 70-80% таких ферментів зосереджені всередині клітин, 20-30%-в рубцевій рідині. Ферменти діють аналогічно трипсину, розщеплюючи пептидні зв'язки між карбоксильною групою аргініну або лізину та аміногрупою інших амінокислот при рН 5,5-6 та рН 6,5-7. Білки під впливом пептид-гідролаз розщеплюються до пептидів, пептиди пептидазами – до олігопептидів, олігопептиди – до амінокислот. Так, зеїн кукурудзи гідролізується на 60% до амінокислот, а

казеїн – на 90%. Частина амінокислот дезамінується ферментами бактерій.

Чудовою особливістю травлення у передшлунках є синтез білків мікроорганізмами з небілкових речовин корму та продуктів його переробки. Основна маса рослинних кормів представлена ​​вуглеводами, і насамперед клітковиною. Клітковина в передшлунках під впливом мікробних ферментів целюлази та целлобіази розщеплюється до α-D(+)-глюкози та β-D(+) -Глюкози.

Монози піддаються різним видам бродіння, що призводить до утворення низькомолекулярних жирних кислот. Так, при молочнокислому бродінні, що викликається Bact. lactis, з глюкози утворюється молочна кислота: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 →CHOH - COOH. При маслянокислому бродінні, що викликається бактеріями роду Clostridium, утворюється масляна кислота: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 і т.д.

Кількість летких жирних кислот у рубці корови може досягати 7 кг на добу. При сіноконцентратному раціоні в рубці корів міститься: оцтової кислоти – 850-1650 г, пропіонової – 340-1160, масляної кислоти – 240-450 г.

У перерахунку на оцтову кислоту в рубці вівці за добу утворюється 200-500 г летких жирних кислот. Їх процентний склад наступний:

Частина цих кислот йде на синтез молочного жиру, глікогену та інших речовин (мал. 22), частина – служить матеріалом для синтезу мікрофлорою амінокислот та власного білка.

Синтез мікрофлорою амінокислот у передшлунках жуйних відбувається за рахунок безазотистих продуктів бродіння та аміаку. Джерелом аміаку є продукти розщеплення сечовини, амонійних солей та

інших азотовмісних добавок до раціонів. Так, сечовина під впливом ферменту уреази, що продукується мікрофлорою рубця, розщеплюється до аміаку та вуглекислого газу:

Джерелом безазотистих продуктів найчастіше є кетокислоти, які утворилися з кислот жирного ряду (див. вище). Цей біосинтез носить зазвичай характер відновлювального амінування:

З амінокислот мікроорганізми синтезують білки, необхідних свого існування. Залежно від раціону в рубці корів може синтезуватись 300-700 г бактеріального білка на добу.

З передшлунків кормові маси надходять у сичуг, де під впливом кислого сичужного соку мікроорганізми гинуть, які білки розщеплюються до амінокислот.

Зі шлунка (сичуга) кормові маси дрібними порціями надходять у тонку кишкуде завершується розщеплення білків. У ньому беруть участь протеолітичні ферменти секрету підшлункової залози та кишкового соку. Ці реакції протікають у нейтральному та слаболужному середовищі (рН 7-8,7). У тонкій кишці гідрокарбонати секрету підшлункової залози та кишкового соку нейтралізують соляну кислоту: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3 .

Вугільна кислота під впливом ферменту карбоангідрази розщеплюється до CO2 та H2O. Наявність CO2 сприяє утворенню в хімусі стійкої емульсії, що полегшує процеси травлення.

Близько 30% пептидних зв'язків білків розщеплюється трипсином. Він виділяється у вигляді неактивного трипсиногену і під впливом ферменту слизової оболонки кишок ентерокінази перетворюється на активний трипсин, втрачаючи гексапептид, який закривав раніше активний центр (рис, 23), Трипсин розщеплює пептидні зв'язки, утворені - СООН-групами аргініну -групами інших амінокислот

Майже 50% пептидних зв'язків розщеплюється хімо-трипсином. Він виділяється у вигляді хімо-трипсиногену, який під впливом трипсину перетворюється на хімо-трипсин. Фермент розщеплює пептидні зв'язки, утворені - СООН-групами фенілаланіну, тирозину та триптофану та - NН 2 -групами інших амінокислот. Інші пептидні зв'язки розщеплюються пептидазами кишкового соку та соку підшлункової залози – карбоксипептидазами та амінопептидазами.

У складі соку підшлункової залози є колагеназа (розщеплює колаген) та еластиназа (гідролізує еластин). Діяльність ферментів активується мікроелементами: Mg 2+ , Mn 2+ , З 2+ та інших. Заключний етап перетравлення білків відбиває схема:

Перетравлення білків відбувається в порожнині кишок і на поверхні слизової оболонки (пристінне травлення).

У порожнині кишок розщеплюються білкові молекули, але в поверхні слизової оболонки - їх " уламки " : альбумози, пептони, поліпептиди, трипептиди і дипептиди.

Білки та їх похідні, що не зазнали розщеплення в тонкій кишці, надалі товстої кишцізазнають гниття. Гниєння - багатоступінчастий

процес, на окремих етапах якого беруть участь різні мікроорганізми: анаеробні та аеробні бактерії пологів Bacillus та Pseudomonas, інфузорії та ін. Під впливом бактеріальних пептид-гідролаз складні білки розщеплюються на протеїни та простетичні групи. Протеїни, у свою чергу, гідролізуються до амінокислот, а вони піддаються дезамінуванню, декарбоксилюванню, внутрішньомолекулярному розщепленню, окисленню, відновленню, метилюванню, деметилюванню і т. д. Виникає ряд отруйних продуктів, які всмоктуються через слизову оболонку кишок по всьому організму, отруюючи його органи, тканини та клітини.

Так, при гнитті в товстій кишці амінокислоти піддаються декарбоксилювання, що призводить до утворення отруйних амінів, наприклад трупних отрут - кадаверину та путресцину.

При дезамінуванні (відновному, внутрішньомолекулярному, гідролітичному, окисному) утворюються аміак, насичені та ненасичені карбонові кислоти, оксикислоти та кетокислоти.

Бактеріальні декарбоксилази можуть викликати подальше розкладання карбонових кислот з утворенням вуглеводнів, альдегідів, спиртів та ін.: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;

Ці процеси зазвичай протікають сполучено і поетапно, що в результаті призводить до виникнення різних продуктів гниття. Так, при гнильному розкладі циклічних амінокислот утворюються наступні феноли.

При гнильному розкладі триптофану утворюються скатол та індол.

При гнильному розкладанні цистину та цистеїну утворюються меркаптани, сірководень, метан, вуглекислий газ.

Процеси гниття білків інтенсивно розвиваються при годівлі тварин недоброякісними кормами, порушенні режиму годування, при захворюваннях харчового каналу (атонії передшлунків, запорах), інфекційних (колібацильозі) та інвазійних (аскаридозі) хворобах. Це негативно позначається на стані здоров'я та продуктивності тварин.

Всмоктування білків.Білки всмоктуються у вигляді амінокислот, низькомолекулярних пептидів та простетичних груп. У новонароджених тварин всмоктується частина нерозщеплених білків молозива та молока. Місце всмоктування – мікроворсинки ворсинок епітелію слизової оболонки тонкої кишки. Амінокислоти проникають у клітину через субмікроскопічні канальці мікроворсинок та екзоплазматичну мембрану завдяки процесам дифузії, осмосу, за допомогою білкових переносників проти концентраційного та електрохімічного градієнтів. Насамперед амінокислота з'єднується з переносником. Він являє собою полівалентний іон, який має чотири ділянки для

зв'язування з нейтральними, кислими та основними амінокислотами, а також з іоном Na+. Пройшовши мембрану, амінокислота відщеплюється від переносника і ендоплазматичною мережею і пластинчастим комплексом поступово переміщається від апікального краю до базальної ділянки ентероциту (рис. 24). Найшвидше всмоктується аргінін, метіонін, лейцин; повільніше – фенілаланін, цистеїн, тирозин; повільно - аланін, серії та глутамінова кислота.

У процесах всмоктування важливе місце належить натрієвому насосу, оскільки хлорид натрію прискорює всмоктування.

Витрату при цьому хімічну енергію забезпечують мітохондрії.

У пересуванні амінокислоти по клітині бере участь білковий переносник. У базальному та латеральних ділянках клітини комплекс переносник + амінокислота розщеплюється.

Амінокислота дифундує в міжклітинний простір і надходить у кровоносну або

лімфатичну систему ворсинок, а іони Na+ повертаються до поверхні клітини та взаємодіють з новими порціями амінокислот. Ці процеси регулюються нервовою та гуморальною системами.

У товстій кишці всмоктуються продукти гниття: фенол, крезол, індол, скатол та ін.

Проміжний обмін. Продукти всмоктування білків через систему ворітної вени надходять у печінку. Амінокислоти, що залишилися в крові після проходження через печінку, з печінкової вени потрапляють у велике коло кровообігу і розносяться до окремих органів, тканин і клітин. Деяка частина амінокислот із міжклітинної рідини надходить у лімфатичну систему, потім велике коло кровообігу.

У плазмі міститься певна кількість амінокислот і поліпептидів. Їх вміст зростає після прийому корму.

Плазма крові багата на глутамін і глутамінову кислоту.

Більшість амінокислот витрачається на біосинтез білків, частина - на біосинтез біологічно активних речовин (небілкових гормонів, пептидів, амінів та ін), частина, дезамінуючись, використовується як енергетична сировина і матеріал для біосинтезу ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот.

Біосинтез білка

Біосинтез білка протікає у всіх органах, тканинах та клітинах. Найбільше білка синтезується в печінці. Синтез його здійснюють рибосоми. За хімічною природою рибосоми – нуклеопротеїди, що складаються з РНК (50-65%) та білків (35-50%).

Рибосоми утворюються самоскладання з попередньо синтезованих РНК і білків. Вони є складовими частинами гранулярної ендоплазматичної мережі, де відбувається біосинтез та переміщення синтезованих молекул білка.

Рибосоми у клітині перебувають у вигляді скупчення від 3 до 100 одиниць - полісом (полірибосом, ергосом). Рибосоми зазвичай з'єднані між собою своєрідною ниткою, що видно під електронним мікроскопом, - іРНК (рис. 25).

Кожна рибосома здатна синтезувати

самостійно один поліпептидний ланцюг, група - кілька таких ланцюгів та молекул білка. Прикладом великої полірибосомної системи може бути полісоми м'язової тканини, синтезують міозин. Полісома складається з 60-100 рибосом та здійснює біосинтез молекули білка, що складається з 1800 амінокислотних залишків.

Біосинтез білка у клітині протікає через ряд стадій.

Активація амінокислот. У гіалоплазму з міжклітинної рідини внаслідок дифузії, осмосу чи активного перенесення надходять амінокислоти. Кожен вид аміно- та амінокислоти взаємодіє зі своїм активуючим ферментом - аміноацилсинтетазою. Реакція активується катіонами Mg 2+ , Mn 2+ та Co 2+ . Виникає активована амінокислота.

З'єднання активованих амінокислотз тРНК. На другій стадії біосинтезу білка активовані амінокислоти (аміноациладенілати) від сполук їх з

відповідними ферментами переносяться на тРНК цитоплазми. Процес каталізується аміноацил-РНК-синтетазами.

Залишок амінокислоти з'єднується карбоксильною групою з гідроксильною другого вуглецевого атома рибози нуклеотиду тРНК.

Транспортування комплексу активованої амінокислоти з тРНК до рибосоми клітини. Активована амінокислота, поєднана зі своєю тРНК, переноситься з гіалоплазми рибосому. Процес каталізується специфічними ферментами, яких в організмі не менше 20,

Ряд амінокислот транспортується кількома тРНК (наприклад, валін та лейцин – трьома тРНК). У цьому процесі використовується енергія ГТФ та АТФ.

Зв'язування аміноацил-тРНК із комплексом іРНК-рибосома.Аміноацил-тРНК, підійшовши до рибосоми, взаємодіє з іРНК. Кожна тРНК має ділянку, що складається з трьох нуклеотидів, - антигсодон. В іРНК йому відповідає ділянка з трьома нуклеотидами. кодон. Кожному кодону відповідають антикодон тРНК та одна амінокислота. В ході біосинтезу до рибосоми приєднуються у вигляді аміноацил-тРНК амінокислоти, які надалі в порядку, що визначається розміщенням koдонів в іРНК, з'єднуються в поліпептидний ланцюг.

Ініціація поліпептидного ланцюга. Після того, як дві сусідні аміноацил-тРНК своїми антикодонами приєдналися до кодонів іРНК, створюються умови для синтезу поліпептидного ланцюга. Формується перший пептидний зв'язок. Ці процеси каталізуються пептидсинтетазами, активуються катіонами Mg 2+ та факторами ініціації білкової природи - F 1 , F 2 і F 3 . Джерелом хімічної енергії є

ГТФ. Зв'язок виникає за рахунок СО-групи першої та NН 2 -трупи другої аміноацил-тРНК.

Ці реакції протікають на вільній 30S субодиниці. До ініціаторного комплексу приєднується 50S субодиниця, і вони поєднуються в рибосому, пов'язану з іРНК. Кожен етап ініціації потребує однієї молекули ГТФ.

Елонгація поліпептидного ланцюга.Ініціація поліпептидного ланцюга починається з N-кінця, так як в дипептиді, що утворився, збережена -NH 2 -група першої амінокислоти. Перша тРНК, що принесла свою амінокислоту, відщеплюється від комплексу іРНК - рибосома і "направляється" в гіалоплазму за новою амінокислотою. Дипептид, пов'язаний з другою тРНК (див. вище), взаємодіє з третьою аміно-ацил-тРНК, утворюється трипептид, і друга тРНК сходить з рибосоми в гіалоплазму і т. д. Пептидна ланцюг подовжується (елонгується) в результаті послідовного приєднання нових . Рибосома поступово рухається іРНК, перетворюючи закодовану в ній інформацію в чітко організований поліпептидний ланцюг. При кожному етапі рибосоми утворюється новий пептидил-тРНК, збільшений однією амінокислотний залишок. Процес каталізується пептидилтрансферазою, активується катіонами Mg 2+ та білковими факторами (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Джерелом енергії є ГТФ. На полісом синхронно синтезується кілька пептидних ланцюгів. Так створюється первинна структура молекули білка.

Термінація поліпептидного ланцюга. Рибосома, на поверхні якої синтезувався поліпептидний ланцюг, досягає кінця ланцюжка іРНК і "зіскакує" з нього; до протилежного кінця иРНК її місце приєднується нова рибосома, здійснює синтез чергової молекули поліпептиду. Поліпептидний ланцюг від'єднується від рибосоми та виділяється в гіалоплазму. Ця реакція здійснюється за допомогою специфічного фактора звільнення (фактору R), який пов'язаний з рибосомою та полегшує гідроліз складноефірного зв'язку між поліпептидом та тРНК. Усі стадії підсумовує схема (колір, табл. III).

У гіалоплазмі з поліпептидних ланцюгів утворюються прості та складні білки. Формуються вторинна, третинна та у ряді випадків четвертинна структури білкової молекули.

Відновлення білків в організмі.Білки перебувають у динамічному стані, піддаючись постійним процесам синтезу та розпаду. У результаті життєдіяльності вони поступово " зношуються " - руйнуються їх четвертинна, третинна, вторинна і первинна структури. Інактивуються білкові функціональні групи та руйнуються зв'язки у білковій молекулі. Виникає необхідність у заміні "зношених" білкових молекул новими.

Залежно від ступеня пошкодження білкової молекули, відбувається її часткове або повне оновлення. У першому випадку під впливом спеціальних ферментів оновлюються невеликі ділянки поліпептидних ланцюгів або окремі залишки амінокислот (транспептидація). У другому випадку відбувається повна заміна "зношеної" молекули нової білка. Пошкоджена молекула білка розпадається під впливом тканинних протеаз або катепсинів I, II, III та IV, локалізованих у лізосомах. Молекула протеїду піддається звичайним цих речовин перетворенням.

Білки організму людини загалом оновлюються протягом 135-155 діб. Білки печінки, підшлункової залози, стінки кишок та плазми крові оновлюються протягом 10 діб, м'язів – 30, колагену – 300 діб. Синтез молекули білка у клітині протікає швидко - протягом 2-5 з. В організмі дорослої людини щодня синтезується 90-100 г білка (1,3 г на 1 кг

маси). Ступінь оновлення зменшується при старінні, хворобах і т.д.

Біосинтез пептидів

Частина ендо- та екзогенних амінокислот йде на синтез пептидів.

Глутатіон. Являє собою трипептид, утворений із залишків глутамінової кислоти, цистеїну та гліцину.

Біосинтез протікає у дві стадії. Так, спочатку під впливом ферменту γ -глутамілцистеінсинтетази утворюється дипептид-, потім за участю трипептид - синтетази - трипептид-глутатіон:

Він є складовою багатьох ферментів, захищає SH-групи білків від окислення.

Карнозин та ансерин.Дипептиди м'язової тканини. Карнозин утворюється з гістидину та β -аланіна, ансерин - з 1-метилгістидину та β -Аланіна.

Пептиди синтезуються під впливом специфічних ферментів за участю АТФ та Мg 2+ -іонів. Реакції протікають у дві стадії, наприклад, синтез карнозину.

Біосинтез та обмін окремих амінокислот

Замінні амінокислоти синтезуються у тканинах організму; незамінні надходять до організму у складі корму; умовно замінні синтезуються в тканинах в обмеженій мірі (аргінін та гістидин) або за наявності попередників (тирозин та цистеїн). Деякі амінокислоти синтезуються симбіотичною мікрофлорою в харчовому каналі.

Матеріалом для синтезу амінокислот найчастіше є α -кето-і α -оксикислоти, що утворюються у тканинах при проміжному обміні вуглеводів, ліпідів та інших сполук. Джерелом азоту служать аміак і амонійні солі, водню - НАД H 2 або НАДФ H 2 .

Якщо джерелом амінокислоти є кетокислота, вона може піддаватися відновлювальному амінуванню, яке протікає у стадії: спочатку утворюється імінокислота, потім - амінокислота.

Так утворюється аланін з піровиноградної кислоти, аспарагінова і глутамінова кислоти з щавлевооцтової та ін.

Частина глутамінової кислоти може синтезуватися з α -кетоглутарової кислоти під дією ферменту L-глутаматдегідрогенази.

Глутамінова кислота використовується тканинами як донор аміногрупи.

Окремі амінокислоти можуть утворюватися з інших амінокислот трансамінуванням (A. E. Браунштейн і M. Г. Крицман, 1937) під впливом ферментів амінофераз, складовою яких є похідне вітаміну B 6 - піридоксальфосфат, що грає роль переносника Nс 2 -.

Так утворюється гліцин із серину або треоніну; аланін - з глутамінової та аспарагінової кислот, триптофану або цистеїну; тирозин із фенілаланіну; цистеїн та цистин - із серину або метіоніну; глутамінова кислота утворюється з проліну або аргініну та ін.

Обмін окремих амінокислот має певні особливості.

Гліцин. Бере участь у низці найважливіших реакцій біосинтезу. Так, з нього утворюються:

У тканинах печінки гліцин бере участь у процесі знешкодження отруйних сполук – бензойної,

фенілоцтової кислот і фенолів, утворює парні сполуки, які виводяться із сечею.

Аланін. Утворюється трансамінування піровиноградної кислоти (див. вище). Існує у вигляді α - І β -форм. Бере участь у біосинтезі.

Аспарагінова кислота.Утворюється зазвичай трансамінування щавлевооцтової кислоти (див. вище). Разом із глутаміновою кислотою забезпечує взаємозв'язок між обміном білків, вуглеводів та ліпідів. Служить донатором аміногруп у

реакціях трансамінування. Основні реакції відбиває схема.

Глутамінова кислота. Міститься у тканинах у складі білків, у вільному стані та у вигляді аміду. Донатор аміногрупи у реакціях трансамінування. Основні речовини, у синтезі яких бере участь кислота:

Серін та треонін. Їхній обмін тісно пов'язаний з обміном гліцину. Серин у тканинах утворюється з 3-фосфогліцеринової кислоти. З серину утворюється гліцин внаслідок перенесення одновуглецевого фрагмента (C 1) на тетрагідрофолієву кислоту (ТГФК, див. с. 311). Гліцин може утворюватися із треоніну. Фрагмент C 1 використовується для синтезу гістидину та пуринів. З серину та треоніну утворюється піровиноградна кислота, яка за допомогою ацетил-КоА включається до ЦТК.

Частина перетворень відбиває схема:

Гідроксильна група серину входить до складу активного центру багатьох ферментів: трипсину, хімо-трипсину, естеразу, фосфорилазу.

Метіонін. Є складовою багатьох білків. Служить донатором метальної групи. Передача метильної групи в процесі переметилювання відбувається під впливом відповідних метилтрансфераз через S-аденозилметіонін:

Попередником метіоніну є аспарагінова кислота, яка через кілька стадій (гомосерин, 0-сукциніл-гомосерин, цистеїн, цистатіонін, гомоцистеїн) перетворюється на метіонін.

Цистеїн та цистин. Складові багатьох білків, пептидів, гормонів та інших сполук. SH-Група цистеїну – складова частина активних центрів низки ферментів. Участь цистеїну в обміні речовин частково відбиває схема:

Аргінін та орнітин. Аргінін утворюється в процесі перетворення вуглекислого газу та аміаку на сечовину.

Обидві амінокислоти беруть участь у освіті низки життєво важливих речовин.

Лізин. Найважливіша амінокислота. Бере участь у синтезі багатьох речовин.

Σ-Аміногрупа залишку лізину бере участь у формуванні зв'язку між апо- та коферментами, особливо при утворенні біотинферменту. Лізину належить важлива роль зв'язуванні фосфору при мінералізації кісткової тканини та інших процесах.

Фенілаланін та тирозин. Їхні перетворення в організмі йдуть у таких напрямках: біосинтез білків і пептидів, освіта

протеїногенних амінів, гормонів та пігментів, окислення до кінцевих продуктів з розривом ядра та ін.

Триптофан. Найважливіша амінокислота. Її перетворення ілюструються схемою:

Гістидин. Належить до незамінних амінокислот. Бере участь у біосинтезі та обміні багатьох життєво важливих речовин:

Пролін та оксипролін. Оксипролін виникає з проліну. Процес незворотній. Обидві імінокислоти використовуються для біосинтезу білків та ін.

Перетворення безазотистого залишку амінокислот

Частина амінокислот, не використаних у синтезі білків, та їх похідних, піддається процесам розпаду до аміаку та карбонових кислот. Аміак знешкоджується у печінці в орнітиновому циклі. З кількох видів дезамінування переважає окисне. Кетокислоти, що утворилися при цьому, використовуються тканинами для різних потреб. У напрямку використання безазотистого залишку амінокислоти ділять на два види: глюкопластичні та ліпопластичні. З глюкопластичних амінокислот (аланін, серії, цистеїн та ін) зазвичай утворюється піровиноградна кислота, яка служить вихідною речовиною для біосинтезу глюкози та глікогену.

З ліпопластичних амінокислот (лейцин, ізолейцин, аргінін, орнітин, лізин та ін.) після дезамінування утворюється ацетооцтова кислота – джерело біосинтезу вищих жирних кислот.

α -Кетокислоти, що утворилися при окисному дезамінуванні амінокислот, декарбоксилюються і одночасно окислюються в жирні кислоти.

Жирна кислота, що утворилася, може піддаватися β -окислення, виникає ацетил-КоА - джерело хімічної енергії або сировину для біосинтезу багатьох речовин.

Особливості проміжного обміну складних білків

Біосинтез складних білків протікає аналогічно до біосинтезу протеїнів. При цьому формуються первинна, вторинна, третинна та четвертинна структури білкової молекули з приєднанням відповідної простетичної групи.

Обмін хромопротеїдів.В організмі тварин міститься ряд хромопротеїдів: гемоглобін, міоглобін, цитохроми, гемінові ферменти та ін.

Їх характерно наявність у складі молекули гема. Найбільш докладно вивчений біосинтез гемоглобіну.

Основні компоненти молекули гемоглобіну утворюються в органах кровотворення: червоному кістковому мозку, селезінці, печінці. Глобін синтезується з амінокислот звичайним для білків шляхом. Утворення гема відбувається за участю ферментів через низку стадій.

Із двох молекул δ -амінолевулінової кислоти утворюється порфобіліноген, який містить пірольне кільце.

Порфобіліноген потім утворює циклічну сполуку з чотирьох пірольних кілець - уропорфірин.

У подальших перетвореннях з уропорфірину утворюється протопорфірин. У молекулу протопорфірину під впливом ферменту гемосинтетази включається залізо (Fe 2+) і виникає гем, який через залишок гістидину зв'язується із простим білком глобіном, утворюючи субодиницю молекули гемоглобіну.

Гемоглобін становить 90-95% сухої маси еритроцитів.

Обмін ліпопротеїдів, глікопротеїдів та фосфопротеїдівмало чим відрізняється від обміну найпростіших білків. Їхній синтез протікає аналогічно іншим білкам - з утворенням первинної, вторинної, третинної та четвертинної структур. Різниця у тому, що з синтезі до білкової частини молекул приєднуються різні простетичні групи. При розпаді молекули складного білка білкова частина розщеплюється до амінокислот, а простетичні групи (ліпід, вуглевод, фосфорні амінокислотні ефіри) - до простих сполук.

Кінцевий обмін.Під час проміжного обміну утворюється низка хімічних сполук, що виділяються з організму як продукти розпаду білків. Зокрема, вуглекислий газ виділяється легкими, вода - нирками, з згодом, у складі калу, з повітрям, що видихається. Багато інших продуктів обміну білків, особливо азотисті, виділяються як сечовини, парних сполук тощо.

Перетворення аміаку. Аміак утворюється при дезамінуванні амінокислот, пуринових та піримідинових основ, нікотинової кислоти та її похідних, інших азотовмісних сполук. За добу в організмі людини дезамінують 100-120 г амінокислот, утворюється 16-19 г азоту або 18-23 г аміаку. В основному аміак в організмі сільськогосподарських тварин знешкоджується у вигляді сечовини, частково – у вигляді алантоїну, сечової кислоти та амонійних солей. У птахів та рептилій основним кінцевим продуктом азотистого обміну є сечова кислота.

Сечовина- головний кінцевий продукт азотистого обміну у більшості хребетних та людини. Вона становить 80-90% всіх азотистих речовин сечі. Створено сучасну теорію утворення сечовини в печінці - орнітиновий цикл Кребса.

1. Що відщепилися в процесі дезамінування та декарбоксилювання NH 3 і CO 2 під впливом ферменту карбамоілфосфатсинтетази з'єднуються, утворюючи карбомоїл фосфат.

2. Карбамоїлфосфат з орнітином за участю орнітинкарбамоїлтрансферази утворюють цитрулін.

3. Під впливом аргініносукцинатсинтетази він взаємодіє з аспарагіновою кислотою, утворюючи аргінінобурштинову кислоту.

4. Аргінінобурштинова кислота під впливом аргініносукцинатліази розщеплюється на аргінін та фумарову кислоту.

5. Аргінін під впливом аргінази розщеплюється на орнітин та сечовину, яка видаляється з організму із сечею і потім:

Орнітин входить у реакцію з новими порціями карбамоилфосфата, і цикл повторюється.

Частина аміаку у тканинах зв'язується у процесі утворення амідів - аспарагіну або глутаміну, які транспортуються до печінки. У печінці вони гідролізуються, після чого з аміаку утворюється сечовина. Деяка кількість аміаку використовують тканини для відновного амінування кетокислот, що призводить до утворення амінокислот.

Крім того, у тканинах нирок аміак бере участь у процесі знешкодження органічних та неорганічних кислот:

Перетворення інших продуктів кінцевого обміну білків. У процесі обміну білків утворюються й інші продукти кінцевого обміну, зокрема похідні пуринових і піримідинових основ, гази (виділяються при дефекації), феноли, індол, скатол, сірчана кислота та ін.

Ці отруйні сполуки нейтралізуються у печінці утворенням про парних кислот, які виділяються у складі сечі, частково - поту і калу.

Індол і скатол, що утворюються при гнильному розкладі триптофану, перетворюються на індоксил і скатоксил. Вони утворюють парні сполуки з глюкуроновою чи сірчаною кислотами.

Перетворення продуктів розпаду хромопротеїдів. При розщепленні хромопротеїдів утворюються глобін та гем. Глобін піддається звичайним перетворенням, типовим для протеїнів. Гем є джерелом освіти

пігментів жовчі, сечі та калу. Гемоглобін, окислюючись, перетворюється на вердогемоглобін(Холеглобін). Вердогемоглобін втрачає білкову частину та атоми заліза, що призводить до утворення речовини зеленого кольору. білівердіна. Білівердин відновлюється в пігмент червоного кольору. білірубін. З білірубіну утворюється мезобілірубін, який після чергового відновлення стає уробіліногеном. Уробіліноген в кишечнику перетворюється на пігменти калу. стеркобіліногені стеркобілін, у нирках - у пігмент сечі уробілін.

Продукти розпаду гема використовуються організмом для різних потреб. Так, залізо депонується в органах у складі феритинів. Білівердин і білірубін є пігментами жовчі, інші речовини - пігментами сечі та калу. Розщеплення міо-глобіну протікає аналогічно.

Регулювання білкового обміну.Особливе місце у регуляції належить корі великих півкуль головного мозку та підкіркових центрів. У гіпоталамус є центр білкового обміну. Регуляція здійснюється рефлекторно, у відповідь роздратування.

Дія гормонів на біосинтез білка здійснюється шляхом стимуляції утворення іРНК. Соматотропін посилює синтетичні процеси білка. Біосинтез білків активується інсуліном, деякими

андро- та естрогенами, тироксином. Глюкокортикоїди кори надниркових залоз стимулюють розщеплення білків та виділення азотистих речовин.

Дія гормонів на обмін білків пов'язана зі зміною швидкості та спрямування ферментативних реакцій. Біосинтез і, отже, активність ферментів, що у обміні білків, залежить від наявності у кормах достатньої кількості вітамінів. Зокрема, піридоксальфосфат є коферментом декарбоксилаз амінокислот, вітамін B 2 - складова частина коферменту амінооксидаз, вітамін PP-основа дегідрази глутамінової кислоти, без вітаміну С не може проходити біосинтез проліну та оксипроліну тощо.

Патологія білкового обміну.Обмін білків порушується при інфекційних, інвазійних та незаразних хворобах. Причиною порушень білкового обміну буває неправильно складений раціон, годування недоброякісними кормами, недотримання режиму годівлі та ін. Це призводить до зниження рівня продуктивності тварин, погіршення їхнього здоров'я, інколи ж і до загибелі.

Патологія білкового обміну проявляється у різних формах.

Білкове голодування. Розрізняють два види білкового голодування: первинне, коли в кормах немає достатньої кількості незамінних амінокислот, і вторинне, спричинене захворюваннями харчового каналу, печінки, підшлункової залози. У тварин сповільнюється зростання, з'являється загальна слабкість, набряклість, порушується кісткоутворення, спостерігаються втрата апетиту, проноси. Виникає негативний азотистий баланс, настає гіпопротеїнемія (у крові зменшується вміст білків на 30-50%).

Порушення обміну амінокислот. Виявляється у кількох видах. Так, при деяких хворобах печінки (гепатитах, цирозах, гострій жовтій дистрофії) у крові та сечі різко збільшується вміст амінокислот – настає алкаптонурія. Зокрема, у разі порушення обміну тирозину розвивається алкаптонурія, що супроводжується різким потемнінням сечі після стояння на повітрі. При цистинозі відбувається відкладення цистину в печінці, нирках, селезінці, лімфатичних вузлах, кишках та

спостерігається надлишок цистину у сечі (цистинурія). При фенілкетонурії в сечі з'являється велика кількість фенілпіровиноградної кислоти. Часто причиною таких порушень є авітамінози.

Порушення обміну складних білків.Найчастіше вони проявляються у вигляді порушень нуклеїнового та порфіринового обмінів. В останньому випадку порушується обмін гемоглобіну, міоглобіну та інших білків. Так, при різних ураженнях печінки (гепатитах, фасціолезі та ін.) виникає гіпербілірубінемія – вміст білірубіну в крові зростає до 0,3 – 0,35 г/л. Сеча стає темною, у ній з'являються великі кількості уробіліну, виникає уробілінурія. Іноді спостерігається порфірія – збільшення у крові та тканинах вмісту порфіринів. Це призводить до порфінурії, і сеча стає червоною.

Контрольні питання

1. Що таке білки, якими є їх значення, хімічний склад, фізико-хімічні властивості, структура (первинна, вторинна, третинна, четвертинна)? Їхня класифікація.

2. Дайте характеристику основних груп та підгруп амінокислот, наведіть структурні формули найважливіших із них, проаналізуйте їх властивості.

3. Що таке баланс азоту, білковий мінімум, повноцінні та неповноцінні білки, замінні, умовно замінні та незамінні амінокислоти? Напишіть формули незамінних амінокислот.

4. Проаналізуйте основні етапи обміну білків в організмі різних видів сільськогосподарських тварин – перетравлення, всмоктування, проміжний (біосинтез та розпад) та кінцевий обміни.

5. Як регулюється білковий обмін в організмі тварин та чим проявляється патологія обміну білків?

100 рбонус за перше замовлення

Оберіть тип роботи Дипломна робота Курсова робота Реферат Магістерська дисертація Звіт з практики Стаття Доповідь Рецензія Контрольна робота Монографія Рішення задач Бізнес-план Відповіді на запитання Творча робота Есе Чертеж Твори Переклад Презентації Набір тексту Інше Підвищення унікальності тексту

Дізнатись ціну

1. Особливості обміну білка.

2. Катаболізм амінокислот.

3. Універсальні процеси у катаболізмі амінокислот.

4. Способи знешкодження аміаку.

5. Біосинтез білка.

Обмін білка займає центральне місце серед різноманітних процесів метаболізму, властивих живій матерії. Усі інші види обміну - вуглеводний, ліпідний, нуклеїновий, мінеральний та ін. насамперед обслуговують обмін білків і т.ч. специфічний біосинтез білка. Білковий обмін дуже специфічний, забезпечує безперервність відтворення та оновлення білкових тіл організму.

Саме білковий обмін координує, регулює та інтегрує різноманіття хімічних перетворень у цілісному живому організмі, підпорядковуючи його збереженню виду, безперервності життя. У порівнянні з іншими видами обміну речовин, обмін білка має ряд особливостей.

Особливості обміну білка

Однією з характерних рис білкового обміну є його надзвичайна розгалуженість. У перетвореннях 20 з лишком амінокислот білкової молекули в організмі тварин беруть участь кілька сотень проміжних продуктів, тісно пов'язаних з метаболітами обміну вуглеводів і ліпідів. Блокування будь-якого специфічного шляху обміну, навіть однієї амінокислоти може призвести до появи зовсім невідомих продуктів.

Стан білкового обміну визначається безліччю чинників, як екзогенних, і эндогенных. Велике значення у своїй відіграє біологічна повноцінність білків їжі (корми). Будь-які відхилення від нормального фізіологічного стану організму, порушення в обміні вуглеводів, ліпідів та ін негайно відбиваються на азотистому обміні.

Стан обміну білка у живому організмі можна характеризувати балансом азоту. Цей термін означає кількісну різницю між введеним з їжею азоту та виведеним його у вигляді кінцевих продуктів, виражених в однакових одиницях. Оскільки, як переважна більшість азоту їжі представлена ​​білками, і більшість виділяються кінцевих азотистих продуктів є наслідком розпаду білка, прийнято вважати, що з правильної оцінки стану обміну білків досить точним критерієм можливо визначення азотистого балансу. Крім того, середній вміст азоту в білках більш-менш постійна величина і становить 16%. Для перерахунку загального азоту білок потрібно знайдене його загальну кількість помножити на коефіцієнт 6,25. З поняттям азотистого балансу тісно пов'язана проблема нормах білка в годівлі тварин.

Розрізняють 3 види азотистого балансу організму: позитивний, нульовий (азотиста рівновага) та негативний.

У клінічній біохімії розрізняють поняття білковий та небілковий азот. Кількість небілкового азоту в крові тварин невелика і знаходиться в межах 20-60 мг%. Сюди входять, в основному, азот сечовини, амінокислот, сечової кислоти креатину і креатиніну, індикану та ін. Небілковий азот крові називають також залишковим азотом, тобто фільтраті після осадження білків.

У здорових тварин коливання у вмісті небілкового азоту в крові незначні і в основному залежать від кількості білків, що надходять з кормом. Однак, багато патологічних станів супроводжуються різким підвищенням вмісту небілкового азоту в крові. Такий стан має назву азотемії.

Основні особливості обміну білків виявляються на стадії проміжного обміну та їх можна пояснити двома факторами:

По-перше, енергетична цінність амінокислот не висока і виконують у клітині, передусім функції будівельних матеріалів. У зв'язку з цим, обміні білків центральну роль грають не процеси катаболізму, а анаболізму, тобто. синтез білка. По-друге, у живій клітині немає єдині, універсальні механізми розщеплення амінокислот. Кожна амінокислота піддається розпаду за індивідуальним механізмом.

Катаболізм амінокислот

Якщо відомо 20 білкових амінокислот, то в кожній клітині, як мінімум, функціонують 20 шляхів їхнього катаболізму. Проте, попри таке різноманіття катаболічних шляхів, кінцевих продуктів тканинного обміну амінокислот небагато, тобто. 20 способів розщеплення амінокислот на певних етапах зливаються і призводять до утворення лише 5 різних продуктів, які потім вступають в цикл трикарбонових кислот і окислюються повністю.

Мал. 21. Шляхи перетворень амінокислот.

Вуглецеві скелети 10 амінокислот розщеплюються до ацетил-КоА. Причому, 5 з 10 цих амінокислот (аланін, цистеїн, гліцин, серин, треонін) розщеплюються до ацетил-КоА через піруват. Інші 5 (фенілаланін, тирозин, лейцин, лізин, триптофан) – через ацетоацетил-КоА. Як відомо, ацетоацетил-КоА є центральним продуктом у метаболізмі кетонових тіл. У печінці з цих амінокислот можуть утворюватися кетонові тіла, і тому їх називають кетогенними. Інші - глюкогенними, т.к. з пірувату легко синтезується глюкоза. Однак такий поділ амінокислот дуже умовний, тому що, загалом усіх амінокислот можна називати глюкогенними, тим більше деякі амінокислоти можуть розщеплюватися, як з утворенням пірувату, так і ацетоацетил-КоА.

Крім ацетил-КоА, при катаболізмі амінокислот можуть утворитися -кетоглутарат, сукциніл-КоА, фумарат і оксалоацетат (рис.21).

Універсальні процеси у катаболізмі

амінокислот.

Кожна амінокислота піддається розпаду за індивідуальним механізмом. Деякі катаболічні шляхи досить складні, багатоступінчасті (до 13 послідовних реакцій), з утворенням великої кількості метаболітів, які можуть залучатися в різні біохімічні процеси. Наприклад, при розщепленні триптофану утворюються продукти, які можуть бути попередниками нейрогормону серотоніну, нікотинової кислоти та ін.

Відомі ряд перетворень, які у способах розщеплення всіх амінокислот, тобто. вони є спільними всім катаболічних шляхів. До них відносяться: дезамінування, трансамінування та декарбоксилювання. У біології вони відомі, як універсальні механізми розщеплення амінокислот.

Дезамінування –відщеплення аміногруп амінокислот. Доведено існування чотирьох типів дезамінування. У всіх випадках NH2 група амінокислот звільняється як NH3.

1. Відновлювальне дезамінування.

2. Гідролітичне дезамінування.

3. Внутрішньомолекулярне дезамінування.

4. Окисне дезамінування.

Переважним типом для тварин тканин, рослин та більшості аеробних мікроорганізмів є окисне дезамінування амінокислот, що протікає у двох стадіях з утворенням нестійкого проміжного продукту – імінокислоти. Однак слід зазначити, що більшість ферментів, що каталізують окисне дезамінування амінокислот, при фізіологічних значеннях рН є малоактивними. У тварин тканинах найбільш активним є фермент, що каталізує окисне дезамінування глутамінової кислоти - глутаматдегідрогеназу. Кінцевим продуктом реакції є -кетоглутарат.

Трансамінування (переамінування) -реакції міжмолекулярного перенесення аміногрупи від амінокислоти на -кетокислоту без проміжного утворення аміаку.

Реакції трансамінування є оборотними та універсальними для всіх живих організмів. Протікають за участю специфічних ферментів – амінотрансфераз. У трансамінуванні можуть брати участь будь-яка α-амінокислота та будь-яка α-кетокислота з утворенням нової аміно- та кетокислоти. Враховуючи той факт, що в тваринних тканинах з високою швидкістю піддається окисному дезамінуванню глутамінова кислота, можна припустити, що одним з основних субстратів для трансамінування є α-кетогутарат. В даний час вважається доведеним не тільки те, що практично всі амінокислоти реагують з α-кетоглутаровой кислотою з утворенням глутамінової кислоти та відповідної кетокислоти, а й те, що реакції трансамінування та окисного дезамінування пов'язані в єдиному процесі, що протікає за схемою:

Мал. 22. Схема непрямого дезамінування амінокислот

Оскільки всі реакції даного процесу є оборотними, створюються умови для синтезу по суті будь-якої амінокислоти, за наявності відповідної α-кетокислоти.

Декарбоксилювання- Відщеплення карбоксильної групи амінокислот у вигляді вуглекислого газу. Реакція є незворотною та каталізується декарбоксилазами. Розрізняють кілька видів декарбоксилювання, серед яких найбільшого поширення набуло -декарбоксилювання, тобто. відщеплення -СООН групи у α-вуглецю амінокислоти. Продуктами декарбоксилювання є СО2 та аміни, а також можуть бути діаміни та нова амінокислота залежно від характеру декарбоксильованої амінокислоти.

Деякі аміни (триптамін, гістамін) мають біологічну активність, серед діамінів відомі отруйні речовини (кадаверин, путресцин). Існують спеціальні механізми знешкодження подібних сполук, суть яких загалом зводиться до окисного дезамінування з виділенням аміаку.

Способи знешкодження аміаку.

Одним із кінцевих продуктів обміну амінокислот є високотоксична сполука – аміак. Тому концентрація аміаку в організмі має зберігатись на низькому рівні. Дійсно, рівень аміаку в крові в нормі не перевищує 60 мкмоль/л (це майже в 100 разів менше від концентрації глюкози в крові). В організмі людини розпадається близько 100 г амінокислот на добу, отже, вивільняється близько 15 г аміаку. У дослідах на кроликах показано, що концентрація аміаку 3 ммоль/л є летальною. Таким чином, аміак повинен піддаватися постійному знешкодженню з утворенням нетоксичних сполук, що легко виділяються із сечею.

Можна виділити кілька основних способів знешкодження аміаку.

Утворення амідів дикарбонових амінокислот (відновне амінування);

Синтез сечовини;

Утворення амонійних солей;

1. Відновлювальне амінування.

Одним із шляхів зв'язування та знешкодження аміаку в організмі, зокрема в мозку, сітківці, нирках, печінці та м'язах – це біосинтез амідів глутамінової та аспарагінової кислот (глутаміну або аспарагіну).

Утворення глутаміну (аспарагіна) є, по-перше, експрес способом нейтралізації аміаку і по-друге, способом перенесення аміаку від периферичних тканин до печінки та нирок, де відбувається остаточне знешкодження цієї отрути та виведення з організму.

Знешкодження аміаку шляхом синтезу глутаміну має і анаболічне значення, оскільки глутамін використовується для синтезу ряду сполук. Амідна група глутаміну може використовуватися для синтезу аспарагіну, глюкозаміну та інших аміносахарів, пуринових та піримідинових нуклеотидів. Таким чином, у цих реакціях азот аміаку включається до різноманітних структурно-функціональних компонентів клітини.

2. Утворення амонійних солей.

В цілому, весь аміак з організму видаляється із сечею двома шляхами:

У вигляді сечовини, що синтезується у печінці;

У вигляді солей амонію утворюються в епітелії канальців нирок;

Екскреція аміаку із сечею в нормі невелика – близько 0,5 г на добу. Але вона у кілька разів підвищується при ацидозі.

Синтез амонійних солей відбувається в просвіті канальців нирок із секретованих сюди аміаку і аніонів первинної сечі, що фільтруються.

Аміак у нирках утворюється також за рахунок амідної групи глутаміну крові, який не затримується у печінці. Глутамін гідролізується глутаміназою, що є в клітинах епітелію канальців нирки.

Утворення солей амонію в ниркових канальцях є важливим механізмом регулювання кислотно-основного стану організму. Воно різко зростає при метаболічному ацидозі – накопиченні в організмі кислот та знижується при втраті кислот організмом (алкалозі).

3. Основним механізмом знешкодження аміаку в організмі є синтез сечовини. Сечовина виводиться з організму із сечею як головний кінцевий продукт білкового обміну. Перед сечовини припадає до 80-85 % від всього виводиться з організму азоту. Основним місцем синтезу сечовини є печінка. Синтез сечовини є циклічним метаболічним процесом і зветься орнітинового циклу сечовиноутворення Кребса.

Орнітіновий цикл тісно пов'язаний з циклом трикарбонових кислот (біцикл Кребса). Механізм процесу досить простий, розглядається лише у трьох стадіях. Однак особливістю циклу є те, що ферменти реакцій розподілені між цитоплазмою та мітохондрією клітин.

За кожен оберт циклу з двох молекул аміаку синтезується одна молекула сечовини, і витрачаються три молекули АТФ.

Мал. 23. Схема біосинтезу сечовини.

Біосинтез білка

Синтез білка безперервно відбувається у кожній живій клітині. Білоксинтезуюча система клітини передбачає координовану взаємодію понад 300 різних макромолекул і включає набір всіх 20 амінокислот, що входять до складу білкових молекул; щонайменше 20 різних тРНК; набір мінімум 20 різних ферментів - аміноацил-тРНК-синтетаз; рибосоми; білкові чинники, що у синтезі різних рівнях трансляції; іРНК як головний компонент системи, що несе інформацію про структуру білка, що синтезується в рибосомі.

Незважаючи на таку складність, білки в клітині синтезуються досить високою швидкістю. Наприклад, у клітинах E.coli, білок, що складається із 100 амінокислот, синтезується за 5 сек.

Мал. 24. Принципова схема біосинтезу білка (за А.С. Спіріном). Кружочки – вільні амінокислоти та їх залишки у складі поліпептидного ланцюга.

Амінокислотна послідовність білка (первинна структура), як відомо, закодована в генах. Матрична РНК (мРНК) або інформаційна РНК (іРНК) служить для перенесення генетичної інформації від ДНК в ядрі до цитоплазми, де вона з'єднується з рибосомами і служить матрицею, де здійснюється синтез білка. Процес синтезу інформаційної РНК має назву транскрипція. Після того, як стало відомо особливості будови гена, був повністю розшифрований механізм транскрипції. Попередньо синтезується повна компліментарна копія гена - pro-і РНК, яка зазнає потім дозрівання (процесинг іРНК).

Процесинг полягає у ферментативному розрізанні первинного транскрипта з подальшим видаленням його інтронних ділянок і возз'єднанням (сплайсингом) екзонних ділянок, що формують безперервну послідовність, що кодує зрілої мРНК, яка в подальшому бере участь у трансляції генетичної інформації. Під час процесингу відбувається також модифікація 5"-і 3"-кінців зрілої молекули мРНК, що формується.

Трансляція як черговий етап реалізації генетичної інформації полягає у синтезі поліпептиду на рибосомі, при якому як матрицю використовується молекула мРНК.

Трансляцію можна представити як процес перекладу «нуклеотидної мови» іРНК на «амінокислотний» поліпептидний ланцюг молекули білка. Відбувається цей процес тому, що у нуклеотидної послідовності мРНК є кодові «слова» кожної амінокислоти – генетичний код. Кожне потрійне поєднання нуклеотидів кодує одну амінокислоту - кодон. Генетичний код складається із 64 кодонів.

Генетичний код є виродженим. Це означає, що більшість амінокислот кодується кількома кодонами. Послідовність у перших двох нуклеотидів визначає специфічність кожного кодону, тобто. кодони, що кодують одну і ту ж амінокислоту, відрізняються тільки третіми нуклеотидами.

Інший характерною рисою генетичного коду є його безперервність, відсутність «розділових знаків», тобто. сигналів, що вказують на кінець одного кодону та початок іншого. Іншими словами, код є лінійним, односпрямованим і безперервним. Найбільш істотною особливістю коду є його універсальність всім живих організмів від бактерій до людини. Код не зазнав істотних змін за мільйони років еволюції.

Серед 64 кодонів 3, а саме УАГ, УАА, УГА виявляються «безглуздими». Ці кодони виконують важливу функцію сигналів термінації синтезу поліпептиду в рибосомах.

Процес трансляції можна умовно поділити на три основні стадії - ініціацію, елонгацію та термінацію.

Ініціація трансляції забезпечується з'єднанням молекули мРНК з певною областю малої субодиниці дисоційованої рибосоми та формуванням комплексу, що ініціює.

Процес елонгації безпосередньо пов'язаний з великою субодиницею рибосом, яка має специфічні ділянки – А (амінокислотний) та Р (пептидильний). Починається з утворення пептидного зв'язку між ініціюючою (першою в ланцюжку) і наступною (другою) амінокислотами. Потім відбувається переміщення рибосоми на один триплет мРНК у напрямку 5"→ 3", що супроводжується від'єднанням ініціює тРНК від матриці (мРНК), від ініціюючої амінокислоти та виходом її в цитоплазму. При цьому друга за рахунком аміноацил-тРНК пересувається з A-ділянки в Р-ділянку, а звільнений А-ділянка займається наступною (третьою за рахунком) аміноацил-тРНК. Процес послідовного пересування рибосоми «триплетними кроками» по нитці мРНК повторюється, супроводжуючись звільненням тРНК, що надходять у Р-ділянку, та нарощуванням амінокислотної послідовності поліпептиду, що синтезується.

Термінація трансляції пов'язана з входженням одного з трьох відомих стоп-триплетів мРНК в А-ділянку рибосоми. Оскільки такий триплет не несе інформації про якусь амінокислоту, але впізнається відповідними білками термінації, процес синтезу поліпептиду припиняється і він від'єднується від матриці (мРНК).

Посттрансляційна модифікація поліпептиду є завершальним етапом реалізації генетичної інформації в клітині, що призводить до перетворення синтезованого поліпептиду на функціонально активну молекулу білка. При цьому первинний поліпептид може зазнавати процесингу, що полягає в ферментативному видаленні амінокислот, що ініціюють, відщепленні інших (непотрібних) амінокислотних залишків і формування рівнів структурної організації та ін.

Ми підійшли до найважливішого аспекту планування харчування спортсмена. Тема нашої статті – білкові обмінні процеси. У новому матеріалі ви знайдете відповіді на питання: що таке обмін білків, яку роль протеїни та амінокислоти відіграють в організмі і що буває, якщо порушується метаболізм білків.

Загальна суть

З білка (протеїну) складається більшість наших клітин. Це основа життєдіяльності організму та його будівельний матеріал.

Білки регулюють такі процеси:

• мозкову діяльність;
• перетравлення тригідрогліцеридів;
• синтез гормонів;
• передачу та зберігання інформації;
• рух;
• захист від агресивних факторів;

Примітка: наявність білка безпосередньо з синтезом інсуліну. Без достатньої кількості , у тому числі синтезується цей елемент, підвищення цукру у крові стає лише питанням часу.

• створення нових клітин - зокрема, за рахунок білкових структур регенерують клітини печінки;
• транспортування ліпідів та інших важливих сполук;
• перетворення ліпідних зв'язків на мастильні матеріали для суглобів;
• Контроль метаболізму.



І ще десятки різноманітних функцій. Фактично білок – це ми. Тому люди, які відмовляються від вживання м'яса та інших тваринних продуктів, все одно змушені шукати альтернативні джерела білка. В іншому випадку, їхнє вегетаріанське життя супроводжуватиметься дисфункціями та патологічними незворотними змінами.

Як не дивно не звучало, але невеликий відсоток білка є в багатьох продуктах. Наприклад, крупи (все, крім манної) мають у своєму складі до 8% білка, нехай і з неповним амінокислотним складом. Це частково компенсує дефіцит білка, якщо ви хочете заощадити на м'ясі та спортивному харчуванні. Але пам'ятайте, що організму потрібні різні білки – однією гречкою не задовольнити потреби в амінокислотах. Не всі білки розщеплюються однаково і всі по-різному впливають на діяльність організму.




У травному тракті білок розщеплюється під впливом спеціальних ферментів, які також складаються з білкових структур. Фактично це замкнене коло: якщо в організмі є тривалий дефіцит білкових тканин, то і нові білки не зможуть денатурувати до простих амінокислот, що викличе ще більший дефіцит.

Важливий факт:білки можуть брати участь в енергетичному обміні нарівні з ліпідами та вуглеводами. Справа в тому, що глюкоза — незворотна і найпростіша структура, яка перетворюється на енергію. У свою чергу білок, нехай і зі значними енергетичними втратами в процесі остаточної денатурації, може бути перетворений на . Іншими словами, організм у критичній ситуації здатний використовувати білок як паливо.

На відміну від вуглеводів та жирів, білки засвоюються рівно в тій кількості, яка потрібна для функціонування організму (включаючи підтримку постійного анаболічного фону). Жодних протеїнових надлишків організм не відкладає. Єдине, що може змінити цей баланс – це прийом та аналогів гормону тестостерону (анаболічних стероїдів). Первинне завдання таких препаратів – зовсім не підвищення силових показників, а збільшення синтезу АТФ та білкових структур, за рахунок чого і .

Етапи білкового обміну

Білкові обмінні процеси набагато складніші за вуглеводні та . Адже якщо вуглеводи - це лише енергія, а жирні кислоти надходять у клітини практично в незмінному вигляді, то головний будівельник м'язової тканини зазнає в організмі цілого ряду змін. На деяких етапах білок взагалі може метаболізуватися в вуглеводи і, відповідно, в енергію.



Розглянемо основні етапи обміну білків в організмі людини, починаючи з їх надходження та запечатування слиною денатурату майбутніх амінокислот та закінчуючи кінцевими продуктами життєдіяльності.

Примітка:ми поверхово розглянемо біохімічні процеси, які дозволять зрозуміти сам принцип перетравлення білків. Для досягнення спортивних результатів цього буде достатньо. Однак при порушеннях білкового обміну краще звернеться до лікаря, який визначить причину патології та допоможе усунути її на рівні гормонів чи синтезу самих клітин.

Етап	Що відбувається	Суть
Первинне влучення білків	Під впливом слини розщеплюються основні глікогенові зв'язки, перетворюючись на найпростішу глюкозу, інші фрагменти запечатуються для подальшого транспортування.	На цьому етапі основні білкові тканини у складі продуктів харчування виділяються в окремі структури, які потім перетравлюватимуться.
Перетравлення білків	Під впливом панкреатину та інших ферментів відбувається подальша денатурація до першого білків порядку.	Організм налаштований таким чином, що може отримувати амінокислоти тільки з найпростіших ланцюжків білків, для чого він впливає кислотою, щоб зробити більш розщеплюваним білок.
Розщеплення на амінокислоти	Під впливом клітин внутрішньої слизової оболонки кишечника денатуровані білки всмоктуються в кров.	Вже спрощений білок організм розщеплює на амінокислоти.
Розщеплення до енергії	Під впливом величезної кількості інсулінових замінників та ферментів для перетравлення вуглеводів білок розпадається до найпростішої глюкози	У разі, коли організму бракує енергії, не денатурує білок, а з допомогою спеціальних речовин розщеплює його до рівня чистої енергії.
Перерозподіл амінокислотних тканин	Циркулюючи у загальному кровотоку, білкові тканини під впливом інсуліну транспортуються всіма клітинами, відбудовуючи необхідні амінокислотні зв'язку.	Білки, подорожуючи організмом, відновлюють недостатні частини, як у м'язових структурах, і у структурах що з гормоностимуляцією, мозковий активністю чи наступної ферментацією.
Складання нових білкових тканин	У м'язових тканинах амінокислотні структури, зв'язуючись із мікророзривами, становлять нові тканини, викликаючи гіпертрофію м'язових волокон.	Амінокислоти в потрібному складі перетворюються на м'язово-білкову тканину.
Вторинний білковий обмін	За наявності надлишку білкових тканин в організмі, вони під вторинним впливом інсуліну знову потрапляють у кровотік для перетворення їх на інші структури.	При сильній м'язовій напрузі, тривалому голоді або під час хвороби організм використовує м'язові білки для компенсації амінокислотної нестачі в інших тканинах.
Транспортування ліпідних тканин	Вільно циркулюючі білки, з'єднані в фермент ліпазу, допомагають транспортувати і перетравлювати разом з жовчю полінасичені жирні кислоти.	Білок бере участь у транспортуванні жирів та синтезі холестерину з них. Залежно від амінокислотного складу білка синтезуються як корисний, і шкідливий холестерин.
Виведення окислених елементів (кінцевих продуктів)	Відпрацьовані амінокислоти у процесі катаболізму виводяться із продуктами життєдіяльності організму.	М'язові тканини, пошкоджені внаслідок навантажень, транспортуються з організму.

Порушення метаболізму білків

Порушення білкового обміну небезпечні для організму не менше, ніж патології метаболізму жирів та вуглеводів. Білки беруть участь у формуванні м'язів, а й у всіх фізіологічних процесах.

Що може йти не так? Як ми всі знаємо, найважливіший енергетичний елемент в організмі - це молекули АТФ, які, мандруючи кров'ю, роздають клітинам необхідні. При порушенні обміну білків «ламається» синтез АТФ і порушуються процеси, які опосередковано чи безпосередньо впливають синтезування з амінокислот нових білкових структур.

Серед найімовірніших наслідків метаболічних порушень:

• гострий панкреатит;
• некроз тканин шлунка;
• ракові новоутворення;
• загальне набрякання організму;
• порушення водно-сольового балансу;
• втрата ваги;
• уповільнення розумового розвитку та зростання у дітей;
• неможливість перетравлення жирних кислот;
• неможливість транспортування продуктів життєдіяльності кишечником без подразнення судинних стінок;
• різкі
• руйнування кісткової та м'язової тканини;
• руйнування нейрон-м'язового зв'язку;
• ожиріння;
• Під впливом змін у гормональному балансі катаболічні реакції переважають над анаболічними.
• Без надходження білка з їжі виникає нестача основних амінокислот, що синтезуються.
• Без достатнього надходження вуглеводів залишкові білки катаболізуються в метаболіти цукру.
• Повна відсутність жирового прошарку.
• Є патології нирок та печінки.

Підсумок

Метаболізм білків в організмі людини – найскладніший процес, що вимагає вивчення та уваги. Однак для підтримки впевненого анаболічного фону при правильному перерозподілі білкових структур у наступні амінокислоти достатньо дотримуватись простих рекомендацій:

1. Споживання білка на кілограм тіла відрізняється для тренованої та нетренованої людини (спортсмена та не-спортсмена).
2. Для повноцінного метаболізму потрібні не лише вуглеводи та білки, а й жири.
3. Голодування завжди призводить до руйнування білкових тканин заповнення енергетичних запасів.
4. Білки – це переважно споживачі, а чи не носії енергії.
5. Оптимізаційні процеси в організмі спрямовані зменшення енергоспоживання з метою збереження ресурсів на тривалий час.
6. Білки - це не тільки м'язові тканини, а й ферменти, мозкова активність та багато інших процесів в організмі.

І головна порада для спортсменів: не захоплюйтеся соєвим протеїном, тому що з усіх білкових коктейлів він має найслабкіший амінокислотний склад. Більше того, продукт поганого очищення може призвести до катастрофічних наслідків - змін гормонального фону та . Тривале споживання сої може призвести до дефіциту непоправних в організмі амінокислот, що стане першопричиною порушення білкового синтезу.

В організмі дорослої людини метаболізм азоту в цілому збалансований, тобто кількості білкового азоту, що надходить і виділяється, приблизно рівні. Якщо виділяється тільки частина азоту, що знову надходить, баланс позитивний. Це спостерігається, наприклад, у разі зростання організму. Негативнийбаланс зустрічається рідко, переважно як наслідок захворювань.

Отримані з їжею білки піддаються повному гідролізу в шлунково-кишковому тракті до амінокислот, які всмоктуються і розподіляються кровотоком в організмі (див. ). 8 із 20 білкових амінокислот не можуть синтезуватися в організмі людини (див. ). Ці незамінні амінокислотиповинні надходити з їжею (див.).

Через кишечник і в невеликому обсязі через нирки організм постійно втрачає білок. У зв'язку з цими неминучими втратами щодня необхідно отримувати з їжею щонайменше 30 г білка. Ця мінімальна норма навряд чи дотримується деяких країнах, тоді як у індустріальних країнах вміст білка у їжі найчастіше значно перевищує норму. Амінокислоти не запасаються в організмі, при надмірному надходженні амінокислот до печінки окислюється або використовується до 100 г амінокислот на добу. азот, що міститься в них, перетворюється на сечовину (див. ) і в цій формі виділяється з сечею, а вуглецевий скелет використовується в синтезі вуглеводів, ліпідів (див. ) або окислюється з утворенням АТФ.

Передбачається, що в організмі дорослої людини щодня руйнується до амінокислот 300-400 г білка ( протеоліз). У той же час приблизно та ж кількість амінокислот включається в новоутворені молекули білків ( білковий біосинтез). Високий оборот білка в організмі необхідний тому, що багато білків відносно недовговічні: вони починають оновлюватися за кілька годин після синтезу, а біохімічний напівперіод становить 2-8 днів. Ще більш короткоживучими виявляються ключові ферментипроміжного обміну. Вони оновлюються за кілька годин після синтезу. Це постійне руйнування і ресинтез дозволяють клітинам швидко приводити у відповідність до метаболічних потреб рівень і активність найважливіших ферментів. На противагу цьому особливо довговічні структурні білки, гістони, гемоглобін або компоненти цитоскелета.

Майже всі клітини здатні здійснювати біосинтезбілків (на схемі зверху зліва). Побудова пептидного ланцюга шляхом трансляціїна рибосомі розглянуто у статтях , . Однак активні форми більшості білків виникають лише після низки подальших кроків. Насамперед за допомогою допоміжних білків шаперонів має скластися біологічно активна конформація пептидного ланцюга ( згортання, Див.,). При посттрансляційному дозріванняу багатьох білків видаляються частини пептидного ланцюга або приєднуються додаткові групи, наприклад, олігосахариди або ліпіди. Ці процеси відбуваються в ендоплазматичному ретикулумі та в апараті Гольджі (див.

Обмін амінокислот. Динамічний стан білків організму (біохімія)

Значення амінокислот для організму в першу чергу полягає в тому, що вони використовуються для синтезу білків, метаболізм яких займає особливе місце у процесах обміну речовин між організмом та зовнішнім середовищем. Амінокислоти безпосередньо беруть участь у біосинтезі великої кількості інших біологічно активних сполук, що регулюють процеси обміну речовин в організмі, таких як нейромедіатори та гормони. Амінокислоти служать донорами азоту при синтезі всіх азотовмісних небілкових сполук, у тому числі нуклеотидів, гему, креатину, холіну та ін.

Мал. 23.1. Загальна схема метаболізму амінокислот в організмі

Катаболізм амінокислот є джерелом енергії синтезу АТФ. Енергетична функція амінокислот стає значущою при голодуванні, деяких патологічних станах (цукровий діабет). Саме обмін амінокислот здійснює взаємозв'язок різноманітних хімічних перетворень у живому організмі.

Більшість амінокислот входить до складу білків, кількість яких в організмі дорослої людини становить приблизно 15 кг.

Якоїсь спеціальної форми депонування амінокислот і білків, подібно до глюкози або жирних кислот не існує. Тому резервом амінокислот можуть бути всі функціональні і структурні білки тканин, але переважно білки м'язів. В організмі людини на добу розпадається на амінокислоти близько 400 г білків, приблизно така сама кількість синтезується. Тому тканинні білки не можуть поповнювати витрати амінокислот при їхньому катаболізмі та використанні на синтез інших речовин. Період напіврозпаду білків різний - від кількох хвилин до кількох діб. Первинними джерелами амінокислот що неспроможні служити і вуглеводи, оскільки їх синтезується лише вуглецева частина молекули, а аміногрупа надходить з інших амінокислот. Отже, основним джерелом амінокислот організму є білки їжі.

Показником, що відображає інтенсивність амінокислотного обміну, є азотистий баланс - різниця між кількістю азоту, що надходить з їжею, і кількістю азоту, що виділяється (переважно у вигляді сечовини і амонійних солей).

Перетравлення білків у шлунково-кишковому тракті

Перетравлення білків починається у шлунку під дією ферментів шлункового соку. За добу його виділяється до 2,5 літрів і він відрізняється від інших травних соків сильно кислою реакцією, завдяки присутності вільної соляної кислоти, що секретується клітинами обкладки слизової шлунка.

Секреція соляної кислоти є активним транспортом, здійснюваним протонною АТФ-азою з витратою АТФ.

Роль соляної кислоти:

1. денатурує білки;

2. стерилізує їжу;

3. викликає набухання важкорозчинних білків;

4. активує пепсиноген;

5. створює рН-оптимум для дії пепсину;

6. сприяє всмоктуванню заліза;

7. викликає секрецію секретину в дванадцятипалій кишці.

У шлунковому соку містяться протеолітичні ферменти пепсин, гастриксин та ренін. Головним із них є пепсин. Він виробляється головними клітинами слизової оболонки шлунка у вигляді проферменту пепсиногену. Активація його здійснюється соляною кислотою (повільна) та аутокаталітично пепсином (швидка) шляхом відщеплення фрагмента поліпептидного ланцюга з N-кінця (частковий протеоліз). При цьому відбувається зміна конформації молекули та формування активного центру. Пепсин діє при значеннях рН 1,5-2,5 і є ендопептидазою з відносною специфічністю дії, що розщеплює пептидні зв'язки всередині білкової молекули.

Крім пепсину в шлунковому соку міститься фермент гастриксин, який проявляє протеолітичну активність при рН 3,0-4,0. Очевидно, саме він починає перетравлення білків.

У шлунковому соку немовлят міститься фермент реннин, який має значення для перетравлення білків у немовлят, т.к. каталізує створення молока (перетворення розчинного казеїногену в нерозчинний казеїн), внаслідок чого сповільнюється просування нерозчинного казеїну в дванадцятипалу кишку і він довше піддається дії протеаз.

Поліпептиди, що утворилися в результаті дії пепсину в шлунку, надходять у дванадцятипалу кишку, куди виділяється сік підшлункової залози. Панкреатичний сік має лужну реакцію (рН 75-82), що обумовлено високим вмістом бікарбонатів. Кислий вміст, що надходить зі шлунка нейтралізується, і пепсин втрачає свою активність.

У панкреатичному соку містяться протеолітичні ферменти трипсин, хімотрипсин, карбоксипептидаза та еластазу, які виробляються також у вигляді проферментів. Трипсиноген активується ентерокіназою (виробляється клітинами слизової дванадцятипалої кишки), переходить в активний трипсин, який активує решту ферментів підшлункового і кишкового соку. Клітини підшлункової залози захищені від дії протеаз тим, що ферменти шлункового соку утворюються як неактивних попередників, а панкреас синтезується особливий білок-інгібітор трипсину. У порожнині шлунково-кишкового тракту протеази не контактують з білками клітин, оскільки слизова оболонка покрита шаром слизу, а кожна клітина містить на зовнішній поверхні плазматичної мембрани полісахариди, які не розщеплюються протеазами. Руйнування клітинних білків ферментами шлункового чи кишкового соку відбувається при виразковій хворобі.

Перетравлення продуктів протеолізу харчових білків у тонкому кишечнику здійснюється за допомогою аміно-, ді-, та трипептидаз, які функціонують переважно пристінково.

Таким чином, кінцевими продуктами перетравлення білків у шлунково-кишковому тракті є вільні амінокислоти, які всмоктуються.

Всмоктування амінокислот.

Відбувається шляхом активного транспорту за участю переносників. Максимальна концентрація амінокислот у крові досягається через 30-50 хв після прийому білкової їжі. Перенесення через щіткову облямівку здійснюється цілим рядом переносників, багато з яких діють за участю Na + -залежних механізмів симпорту. Причому амінокислоти конкурують одна з одною за специфічні ділянки зв'язування. З'ясовано, що існують транспортні системи, що переносять амінокислоти певної будови: нейтральні з невеликим радикалом, нейтральні з об'ємним радикалом, кислі, основні та імінокислоти.

В даний час розшифрований механізм транспорту амінокислот в клітини кишечника, мозку, нирок, що отримав назву g-глутамільного циклу Майстра, ключовим ферментом якого є g-глутамілтрансфераза.

Всмокталися амінокислоти потрапляють у портальний кровотік і, отже, в печінку, а потім у загальний кровотік. Звільняється кров від вільних амінокислот дуже швидко – вже за 5 хв 85–100% їх виявляється у тканинах. Особливо інтенсивно амінокислоти поглинаються печінкою та нирками.

Спадкові порушення транспорту амінокислот

Хвороба Хартнупа – порушення всмоктування триптофану у кишечнику та його реабсорбції у ниркових канальцях. Оскільки триптофан є вихідним продуктом для синтезу вітаміну РР, то основні прояви хвороби Хартнупа – дерматити, діарея та деменція, характерні для пелагри.

Цистинурія – порушення реабсорбції цистину у нирках. Цистин погано розчинний у воді, тому випадає у вигляді кристалів, які призводять до утворення цистинових каменів у нирках та сечовивідних шляхах.

Розщеплення білків у тканинах

Здійснюється за допомогою протеолітичних лізосомальних ферментів катепсинів. За будовою активного центру виділяють цистеїнові, серинові, карбоксильні та металопротеїнові катепсини.

Роль катепсинів:

1. створення біологічно активних пептидів шляхом обмеженого протеолізу білкових попередників;

2. руйнування старих і аномальних білків;

3. участь у фагоцитозі та розподілі клітин;

4. участь в аутолізі (при ішемії);

5. участь у патогенезі захворювань, пов'язаних із зміною функцій лізосом (лізосомальні хвороби накопичення).

Крім процесів протеолізу в лізосомах, можливий процес руйнування ендогенних білків безпосередньо в цитозолі. При цьому відбувається з'єднання білків, що підлягають гідролізу, зі спеціальним білком убіквітіном. Відбувається ковалентна модифікація білка, що може змінювати його функції. До однієї молекули може бути приєднано кілька молекул убіквітину і це служить сигналом для перенесення білка-мішені на велику високомолекулярну частину протеасому, що складається з протеаз.

Перетворення амінокислот мікрофлорою кишечника

Мікроорганізми кишечника мають у своєму розпорядженні набір ферментативних систем, відмінних від відповідних ферментів тканин організму людини і каталізують найрізноманітніші перетворення харчових амінокислот і не перетравлених білків, у тому числі і по невластивим людині метаболічним шляхам (гнилисний розпад).

В результаті утворюються два типи речовин:

1. токсичні продукти: фенол, крезол, індол, скатол, сірководень, аміни, меркаптан;

2. Нетоксичні продукти: кетокислоти, оксикислоти, жирні кислоти, спирти.

Знешкодження токсичних речовин відбувається шляхом утворення парних нетоксичних продуктів при з'єднанні з 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфатом (ФАФС, активована форма сірчаної кислоти) або з уридиндифосфоглюкуроновою кислотою (УДФ-глюкуронат).

При кишкових інфекціях (дизентерія, черевний тиф, холера) утворюється багато разів велика кількість продуктів гнильного розпаду амінокислот, які викликають загальну інтоксикацію організму, порушення проникності мембран слизової оболонки кишечника, що призводить до проносів, зневоднення тканин і підвищення температури тіла. Крім того, зростає активність декарбоксилазу патогенних бактерій, в результаті утворюються аміни, що створюють картину інфекційного захворювання.

Шляхи обміну амінокислот у тканинах

Амінокислоти – це біфункціональні сполуки, що містять амінну та карбоксильну групу. Реакції цих груп є спільними для різних амінокислот.

До них відносять:

1. по амінній групі – реакції дезамінування та трансамінування;

2. по карбоксильній групі – реакції декарбоксилювання.

Крім цих загальних шляхів, можливі реакції по вуглеводневому радикалу амінокислот, які є специфічними для кожної амінокислоти.

Катаболізм більшості амінокислот починається з відщеплення a-аміногрупи, яке можливе в реакціях трансамінування та дезамінування.

Трансамінування амінокислот

Трансамінування – реакції перенесення a-аміногрупи з амінокислоти на a-кетокислоту, у результаті утворюються нова кетокислота і нова амінонокислота. Реакції каталізують ферменти амінотрансферази. Це складні ферменти, коферментом яких є похідне вітаміну В 6 – піридоксальфосфат, який оборотно може переходити до піридоксамінфосфату. Реакції трансамінування оборотні і можуть проходити як у цитоплазмі, так і в мітохондріях клітин. У клітинах людини знайдено понад 10 амінотрансфераз, що відрізняються за субстратною специфічністю. Вступати в реакції трансамінування можуть майже всі амінокислоти, за винятком лізину, треоніну та проліну.

Реакції трансамінування протікають у 2 стадії. На першій стадії до піридоксальфосфату в активному центрі ферменту приєднується аміногрупа від першого субстрату – амінокислоти. Утворюється комплекс фермент-піридоксамінфосфат та кетокислота – перший продукт реакції. Цей процес включає проміжне утворення 2 шиффових основ (альдимін та кетимін).

На другій стадії піридоксамінфосфат з'єднується з новою кетокислотою (другий субстрат) і знову через проміжне утворення 2 шиффових основ передає аміногрупу на кетокислоту. В результаті фермент повертається у свою нативну форму і утворюється нова амінокислота – другий продукт реакції.

Найчастіше в реакціях трансамінування беруть участь амінокислоти, вміст яких у тканинах значно вищий за інші – глутамат, аланін, аспартат. Найбільш поширеними в більшості тканин є аланінамінотрансфераза (АлАТ) та аспартатамінотрансфераза (АсАТ).

Найбільша активність АсАТ виявляється у клітинах серцевого м'яза і печінки, тоді як у крові виявляється лише фонова активність АлАТ і АсАТ. Тому можна говорити про органоспецифічність цих ферментів, що дозволяє їх широко застосовувати з діагностичною метою (при інфарктах міокарда і гепатитах).

Біологічне значення трансамінування

Трансамінування – перша стадія дезамінування більшості амінокислот, тобто. початковий етап їхнього катаболізму. Кетокислоти, що утворюються при цьому, окислюються в ЦТК або використовуються для синтезу глюкози і кетонових тіл. Оскільки цей процес оборотний, ферменти амінотрансферази функціонують як у процесах катаболізму, так і біосинтезу амінокислот. Трансамінування - заключний етап синтезу замінних амінокислот з відповідних кетокислот, якщо вони необхідні в даний момент клітин. В результаті відбувається перерозподіл амінного азоту в тканинах. При трансамінуванні загальна кількість амінокислот у клітині не змінюється.

Оксидази D-амінокислот.

При фізіологічних значеннях рН у тканинах високо активні оксидази D-амінокислот. Вони також виявлені у нирках та печінці та знаходяться у мікросомах. Роль оксидаз D-амінокислот невелика і до кінця не зрозуміла, тому що в білки їжі та тканин людини входять лише природні L-амінокислоти.

У печінці людини присутні специфічні ферменти, що каталізують реакції дезамінування серину, треоніну, цистеїну та гістидину неокислювальним шляхом.

Дезамінування амінокислот

Дезамінування амінокислот – реакція відщеплення a-аміногрупи від амінокислоти із виділенням аміаку. Розрізняють два типи реакцій дезамінування: пряме та непряме.

Пряме дезамінування - безпосереднє відщеплення аміногрупи від амінокислоти без проміжних посередників. У живій природі можливі такі типи прямого дезамінування: окисне, відновне, гідролітичне і внутрішньомолекулярної перебудови. Але в людини дезамінування відбувається переважно окислювальним шляхом у результаті утворюється відповідна a-кетокислота і виділяється аміак. Процес іде за участю ферментів оксидаз. Виділено оксидази L-амінокислот, що перетворюють L-ізомери амінокислот, та D-оксидази.

Окисне дезамінування глутамату

Найбільш активно у тканинах відбувається дезамінування глутамінової кислоти. Реакцію каталізує фермент глутаматдегідрогеназу, який дещо відрізняється від типових оксидаз L-амінокислот:

1. як кофермент містить НАД + або НАДФ + ;

2. має абсолютну специфічність;

3. високоактивна;

4. локалізована у мітохондріях.

Реакція йде у 2 етапи. Спочатку відбувається дегідрування глутамату та утворення a-іміноглутарату, потім – неферментативне гідролітичне відщеплення імміногрупи у вигляді аміаку, внаслідок чого утворюється α-кетоглутарат. Окисне дезамінування глутамату – оборотна реакція і при підвищенні концентрації аміаку може протікати у зворотному напрямку, як відновне амінування α-кетоглутарату.

Глутаматдегідрогеназа дуже активна в мітохондріях клітин практично всіх органах, крім м'язів. Вона є регуляторним ферментом амінокислотного обміну. Алостеричні інгібітори – АТФ, ГТФ, НАД(Ф)Н. Високі концентрації АДФ активують фермент. Таким чином, низький енергетичний рівень у клітині стимулює руйнування амінокислот та утворення α-кетоглутарату, що надходить до ЦТК як енергетичний субстрат.

Глутаматдегідрогеназа може індукуватися стероїдними гормонами (кортизолом) та інгібуватися естрогенами та тироксином.

Непряме дезамінування амінокислот

Більшість амінокислот не здатні дезамінуватися в одну стадію, подібно до глутамату. Аміногрупи таких амінокислот перносяться на -кетоглутарат з утворенням глутамінової кислоти, яка потім піддається прямому окислювальному дезамінування. Такий механізм дезамінування амінокислот у 2 стадії отримав назву трансдезамінування або непрямого дезамінування. Він відбувається за участю 2 ферментів амінотрансферази та глутаматдегідрогенази. Значення цих реакцій у обміні амінокислот дуже велике, оскільки непряме дезамінування – основний спосіб дезамінування більшості амінокислот. Обидві стадії непрямого дезамінування є оборотними, що забезпечує як катаболізм амінокислот, так і можливість утворення практично будь-якої амінокислоти з відповідної a-кетокислоти. Зворотна послідовність реакцій, коли відбувається синтез амінокислот з кетокислот, отримала назву трансреамінування.

У м'язовій тканині активність глутаматдегідрогенази низька, тому в цих клітинах при інтенсивному фізичному навантаженні функціонує ще один шлях непрямого дезамінування за участю циклу ІМФ-АМФ. Аміак, що утворюється при цьому, запобігає закисленню середовища в клітинах, викликане утворенням лактату.

Декарбоксилювання амінокислот

Деякі амінокислоти та їх похідні можуть піддаватися декарбоксилюванню. Реакції декарбоксилювання незворотні та каталізуються ферментами декарбоксилазами, що потребують піридоксальфосфату як кофермент. Продуктами реакції є СО 2 та аміни, які мають виражену біологічну дію на організм, і тому названі біогенними амінами. Вони виконують функцію нейромедіаторів (серотонін, дофамін, ГАМК та ін.), гормонів (норадреналін, адреналін), регуляторних факторів місцевої дії (гістамін, карнозин, спермін та ін.).

Біогенні аміни

Гістамін утворюється при декарбоксилюванні гістидину в опасистих клітинах сполучної тканини.

В організмі людини виконує такі функції:

1. стимулює секрецію шлункового соку та слини;

2. підвищує проникність капілярів, викликає набряки, знижує артеріальний тиск, але збільшує внутрішньочерепний тиск, викликаючи головний біль;

3. скорочує гладку мускулатуру легень, викликає задуху;

4. бере участь у формуванні запальних реакцій – розширення судин, почервоніння, набряклість тканини;

5. викликає алергічну реакцію;

6. нейромедіатор;

7. медіатор болю.

Серотонін – утворюється при декарбоксилюванні та подальшому окисленні триптофану.

Біологічні функції:

1. має сильну судинозвужувальну дію;

2. підвищує кров'яний тиск;

3. бере участь у регуляції температури тіла, дихання;

4. медіатор нервових процесів у ЦНС (має антидепресантну дію).

Дофамін утворюється при декарбоксилювання діоксифенілаланіну (ДОФА). При подальшому окисленні та метилюванні утворююся адреналін та норадреналін. Дофамін є нейромедіатором, який контролює довільні рухи, емоції та пам'ять. У високих концентраціях дофамін стимулює адренорецептори, збільшує силу серцевих скорочень, підвищує опір периферичних судин (з паралельним збільшенням ниркового та коронарного кровотоку). Крім того, дофамін гальмує секрецію пролактину та соматотропіну.

У нервових клітинах декарбоксилювання глутамату призводить до утворення g-аміномасляної кислоти (ГАМК), яка є основним гальмівним медіатором вищих відділів мозку. Зміст ГАМК в головному мозку в десятки разів вищий за інші нейромедіатори. Вона збільшує проникність постсинаптичних мембран для іонів К+, що спричиняє гальмування нервового імпульсу.

Цикл перетворень ГАМК у мозку включає три сполучені реакції, що отримали назву ГАМК-шунта. Першу каталізує глутаматкарбоксилазу. Ця реакція є регуляторною та забезпечує швидкість утворення ГАМК у клітинах мозку. Наступні дві реакції можна вважати реакціями катаболізму ГАМК. ГАМК-амінотрансфераза утворює бурштиновий напівальдегід, який потім піддається дегідрування і перетворюється на бурштинову кислоту. Сукцинат потім використовують у циклі Кребса. Інактивація ГАМК можлива і окисним шляхом під дією моноаміоноксидази.

При декарбоксилюванні орнітину утворюється путресцин, який є попередником біологічно активних речовин сперміну та спермідину. Путресцин, спермін та спермідин мають великий позитивний заряд, легко зв'язуються з негативно зарядженими молекулами ДНК та РНК, входять до складу хроматину та беруть участь у реплікації РНК. Крім того, ці речовини стабілізують структуру мембран клітин.

Етаноламін утворюється при декарбоксилюванні серину. В організмі використовується для синтезу холіну, ацетилхоліну, фосфатидилетаноламінів, фосфатидилхолінів.

При декарбоксилюванні лізину утворюється кадаверин, який є трупною отрутою.

Для здійснення біологічної функції в організмі потрібна певна концентрація біогенних амінів. Надмірне їх накопичення може спричинити різні патологічні відхилення.

У зв'язку з цим велике значення набувають механізми їхньої інактивації:

1. окислення ферментами моноамінооксидаз (МАО) (кофермент ФАД). Таким шляхом найчастіше інактивуються дофамін, норадреналін, серотонін та ГАМК. При цьому відбувається окисне дезамінування біогенних амінів з утворенням альдегідів, а потім відповідних кислот, що виводяться нирками.

2. метилювання за участю S-аденозилметіоніну. Таким шляхом найчастіше інактивуються катехоламіни - фермент катехол-орто-метилтрансфераза (КОМТ)

3. окислення за допомогою діамінооксидаз – інактивація гістаміну, а також коротколанцюгових аліфатичних діамінів (путресцину та кадаверину).

Шляхи катаболізму вуглецевого скелета амінокислот

Трансамінування та дезамінування амінокислот веде до утворення безазотистих вуглецевих скелетів амінокислот – α-кетокислот. До складу білків входять 20 амінокислот, що розрізняються за будовою вуглеводневого радикалу, кожен з яких катаболізується за своїми специфічними метаболічними шляхами.

Катаболізм всіх амінокислот зводиться до утворення шести речовин, що вступають у загальний шлях катаболізму: піруват, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукциніл-КоА, фумарат, оксалоацетат.

Амінокислоти, які перетворюються на проміжні продукти ЦТК (a-кетоглутарат, сукциніл-КоА, фумарат), і утворюють зрештою оксалоацетат, можуть використовуватися в процесі глюконеогенезу. Такі амінокислоти називаються глікогенними. До них відносяться: аланін, аргінін, аспартат, глутамат, гліцин, гістидин, метіонін, пролін, серин, треонін, валін, цистеїн.

Катаболізм лейцину та лізину не включає стадії утворення піровиноградної кислоти, їхня вуглеводнева частина перетворюється безпосередньо на ацетоацетат (лейцин, лізин) або на ацетил-КоА (лейцин) і використовуються в синтезі кетонових тіл.

Тирозин, фенілаланін, ізолейцин та триптофан є змішаними або одночасно глікогенними та кетогенними. Частина вуглецевих атомів їх молекул при катаболізмі утворює піруват, інша частина включається до ацетил-КоА, минаючи стадію пірувату.

Справжньою кетогенною амінокислотою є лейцин.