8

Лекция 14

Метаболизм белков и аминокислот

Белковый обмен: общие сведения. Гидролиз белков в ЖКТ - переваривание белков. Протеолиз – гидролиз в клетке. Общие реакции деградации аминокислот – трансаминирование, декарбоксилирование, дезаминирование. Активные формы кислорода. Повреждающее действие активных форм кислорода. Системы антиоксидантной клеточной защиты - пероксидаза, каталаза, антиоксиданты.

Белковый обмен: общие сведения

В количественном отношении белки образуют самую важную группу макромолекул. В организме человека массой 70 кг содержится примерно 10 кг белка, причем большая его часть локализована в мышцах.

По сравнению с белками доля других азотсодержащих веществ в организме незначительна. Поэтому баланс азота в организме определяется метаболизмом белков, который регулируется несколькими гормонами, прежде всего тестостероном и кортизоном.

В организме взрослого человека метаболизм азота в целом сбалансирован, т. е. количества поступающего и выделяемого белкового азота примерно равны.

Полученные с пищей белки подвергаются полному гидролизу в желудочно-кишечном тракте до аминокислот, которые всасываются и кровотоком распределяются в организме. 8 из 20 белковых аминокислот не могут синтезироваться в организме человека. Эти незаменимые аминокислоты, должны поступать с пищей.

Через кишечник и почки организм постоянно теряет белок и аминокислоты. В связи с этими неизбежными потерями ежедневно необходимо получать с пищей взрослому человеку не менее 30 г белка. Это минимальное количество, норма составляет 55 г (в развитых странах - 95 г/сутки). Аминокислоты не запасаются в организме, при избыточном поступлении аминокислот в печени они окисляются или используются до 100 г аминокислот в сутки. Содержащийся в них азот превращается в мочевину (цикл мочевины) и в этой форме выделяется с мочой, а углеродный скелет используется в синтезе углеводов, липидов или окисляется с образованием АТФ.

Предполагается, что в клетках организма взрослого человека ежедневно разрушается до аминокислот 300-400 г белка (протеолиз). В то же время примерно то же самое количество аминокислот включается во вновь образованные молекулы белков (белковый биосинтез). Высокий оборот белка в организме необходим потому, что многие белки относительно недолговечны: они начинают обновляться спустя несколько часов после синтеза, а биохимический полупериод составляет 2-8 дней. Еще более короткоживущими оказываются ключевые ферменты промежуточного обмена. Они обновляются спустя несколько часов после синтеза. Это постоянное разрушение и ресинтез позволяют клеткам быстро приводить в соответствие с метаболическими потребностями уровень и активность наиболее важных ферментов. В противоположность этому особенно долговечны структурные белки, гистоны, гемоглобин или компоненты цитоскелета.

Общие сведения об обмене белков представлены на рисунке выше.

Почти все клетки способны осуществлять биосинтез белков.

1. Построением пептидной цели путем трансляции на рибосоме не заканчивается синтез белка. Однако функциональный белок образуется только после ряда дальнейших стадий.

2. Вторая после трансляции стадия – свертывание. Это формирование вторичной и третичной структуры белка при помощи вспомогательных белков – шаперонов.

3. Третья стадичя – созревание. Это совокупность химических реакций с образующимся белком таких как окисление алкилирование фосфорилирование гидролиз с отщеплением небольщих пептидов и наоборот присоединение дополнительных групп олигосахаридов, простетических групп и т.д. Эти процессы происходят в эндоплазматическом ретикулуме и в аппарате Гольджи.

4. Четвертая стадия – сортировка. Это транспорт белков в соответствующее функциональное место.

Разрушение белков в желудке – переваривание белков. Под перевариванием понимают процессы механической и ферментативной деградации пищевых веществ и всасывание продуктов расщепления.

Внутриклеточное разрушение белков - протеолиз происходит частично в лизосомах. Кроме того, в цитоплазме имеются органеллы, так называемые протеосомы, в которых разрушаются неправильно свернутые или денатурированные белки.

Процессы гидролиза белка в ЖКТ и клетках имеют как общие черты так и различия. Общим является то, что процесс деградации белков и там и там представляет процесс гидролиза.

Гидролиз белков в жкт - переваривание белков.

После механического пережевывания пищи начинается процесс ферментативной деградации, катализируемый пищеварительными ферментами, которые находятся в различных отделах ЖКТ – в желудке и в кишечнике. Почти все эти ферменты являются гидролазами. Они катализируют гидролиз белка по пептидным связям. Конечным итогом переваривания белков является полный гидролиз их до свободных аминокислот, который заканчивается в кишечнике.

Для полного расщепления белков до свободных аминокислот необходимо несколько ферментов с различной специфичностью общее их название – протеиназы - протеолитические ферменты, катализирующие гидролиз белков и пептидазы - протеолитические ферменты, катализирующие гидролиз пептидов. Пептидазы имеются не только в желудочно-кишечном тракте, но и в клетках. По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы. Эндопептидазы, расщепляют пептидную связь внутри пептидной цепи. Они «узнают» и связывают короткие пептидные последовательности субстратов и относительно специфично гидролизуют связи между определенными аминокислотными остатками. Экзопептидазы гидролизуют пептиды с конца цепи: аминопептидазы - с NН₂-конца, карбоксипептидазы - с С-конца. Наконец, дипептидазы расщепляют только дипептиды.

Протеиназы классифицируются также по механизму реакции. Сериновые протеиназы содержат в активном центре важный для каталитического действия этих ферментов остаток серина, в цистеиновых протеиназах таким является остаток цистеина и т.д.

Процессы переваривания в желудке. Белки денатурируются в желудке под действием соляной кислоты и становятся более чувствительными к атаке эндопептидазами желудочного сока. Желудочный сок является продуктом нескольких типов клеток:

1.Обкладочные клетки стенок желудка образуют соляную кислоту.

2. Главные клетки секретируют пепсиноген, предшественник протеиназы.

3. Добавочные клетки и другие клетки эпителия секретируют муцинсодержащую

слизь.

Образование соляной кислоты. Секреция соляной кислоты обкладочными клетками является процессом активного транспорта, потребляющим энергию на преодоление градиента концентрации.

Протоны транспортируются Н⁺ К⁺/ АТФ-азой из цитоплазматического пространства обкладочных клеток в просвет желудка, при этом концентрация протонов в желудке возрастает примерно в 10⁶ раз (концентрация Н⁺ в клетке примерно рН 7, в просвете желудка примерно рН 1). Расход протонов в обкладочных клетках компенсируется диссоциацией угольной кислоты. Избыток основного гидрокарбоната НСО₃^- в интерстициальном пространстве обменивается на хлорид-ионы из крови и вместо него поступают в кровь.

Диоксид углерода. диффундирует из крови в обкладочные клетки, где гидратируется при участии карбоангидразы с образованием угольной кислоты. Хлорид-ионы следуют за активно секретируеммми протонами через хлоридный канал в просвет желудка (для сохранения э лектронейтральности).

Соляная кислота желудочного сока важна для пищеварения. Она активирует пепсиногены в пепсины, создает оптимальный для их действия рН, денатурирует пищевые белки, которые вследствие этого лучше расщепляются протеиназами, и убивает микроорганизмы.

Активация пепсина. Гидролиз пищевых белков начинается с действия пепсинов желудка Имеется несколько протеиназ, обладающих различной специфичностью, которые образуются вначале в виде пепсиногенов в главных клетках слизистой в кислой среде содержимого желудка пепсиногены аутокаталитически отщепляют пептиды и превращаются в активную форму - пепсины. Пепсины являются эндопротеиназами с необычно низким максимумом рН (около 2). Они расщепляют связи, между остатками фенилаланина и др. аминокислотными остатками, а также между лейцином и др. аминокислотами преимущественно. Таким образом гидролиз белка в желудке происходит с образованием смеси пептидов, которые поступают через превратник в кишечник, в котором среда напротив щелочная и пепсины в кишечнике уже не работают.