Тема: Белки 1. Переваривание и всасывание. Анализ желудочного сока.

1. Роль белков в питании. Полноценные и неполноценные белки. Нормы белка в питании. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Азотистый баланс

Роль белков в питании.

Источники свободных аминокислот в клетке:

1. белки пищи;

2. собственные белки тканей;

3. синтез аминокислот из углеводов.

В организме человека в сутки распадается на аминокислоты около 400 г белков, примерно столько же синтезируется. Тканевые белки не могут восполнять затраты аминокислот при их катаболизме и использовании на синтез других веществ. Первичными источниками аминокислот не могут служить и углеводы, т.к. из них синтезируются только углеродная часть молекулы большинства аминокислот. Следовательно, основным источником аминокислот организма служат белки пищи.

Полноценные и неполноценные белки.

Все белки по биологической ценности подразделяются на 2-е группы:

-условно полноценные

-условно неполноценные.

Факторы полноценности белка:

1) аминокислотный состав (чем ближе аминокислотный состав принимаемого с пищей белка к аминокислотному составу белков тела, тем выше его биологическая ценность);

2) усвояемость белка (зависит от аминокислотного состава и от степени гидролиза белка под действием ферментов ЖКТ. Ряд белков, близких по аминокислотному составу белкам тела - шерсть, волосы не используются в пищу, потому что не перевариваются протеиназами кишечника.

Например, степень усвоения белка куриного яйца составляет 95%

-мяса составляет 85%

-молока - 70%

3) потребность организма в белках.

Растительные белки не являются полноценными, т. к. они покрыты специфическими бета-гликозидными оболочками, а в организме нет ферментов, расщепляющих ее. Полноценными белками являются животные белки.

Условно-полноценными считаются те белки, которые содержат 10 незаменимых аминокислот (эссенциальных):

Аргинин*	Лизин
Валин	Метионин
Гистидин *	Треонин
Изолейцин	Триптофан
Лейцин	Фенилаланин

Аргинин и гистидин являются частично заменимыми, т.к. синтезируются в организме в количестве удовлетворяющем потребность в этих АК взрослого организма, но не детского.

Недостаток какой-либо одной аминокислоты ведет к неполному усвоению и других аминокислот. В этом случае вступает в силу закон "минимума" Либиха: "рост и развитие живых организмов определяется тем незаменимым веществом, которое поступает с пищей в минимальном количестве".

Нормы белка в питании.

(1г на 1 кг массы тела)

Нормы белка для взрослого человека и для детей разного возраста учитывают разные климатические условия, условия труда, профессию, возраст и др. факторы.

Для взрослого человека, занимающегося умственным трудом, уровень белка должен составлять 100-120 г/сутки.

Для людей, занимающихся частично механизированным трудом -120-130 г/сутки.

Рабочие, выполняющие тяжелую физическую работу, должны получать 130-150 г белка в сутки.

Для детей суточная потребность в белках определяется возрастом и массой:

1-3 года ----> 55 г/сутки

4-6 лет ----> 72 -//-

7-9 -//- ----> 89 -//-

10-12 -//- ----> 100 -//-

Суточные потребности в белках возрастают при беременности и лактации, при патологических состояниях, когда организм теряет белок с мочой, асцитной жидкостью, экссудатами (нефриты, ожоги, травмы).

Заменимые и незаменимые аминокислоты

В то время как растения и микроорганизмы могут синтезировать все аминокислоты, млекопитающие в ходе эволюции утратили способность к синтезу примерно половины из 20 протеиногенных аминокислот. Поэтому незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей. Так, организм высших организмов не способен синтезировать ароматические аминокислоты de novo (тирозин не является незаменимой аминокислотой только потому, что может образоваться из фенилаланина). К незаменимым аминокислотам принадлежат аминокислоты с разветвленной боковой цепью: валин и изолейцин, а также лейцин, треонин, метионин и лизин. Гистидин и аргинин являются незаменимыми для крыс, но касается ли это также человека — спорно.

Заменимые аминокислоты (аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты и их амиды, аспарагин и глутамин) образуются в результате трансаминирования из промежуточных метаболитов — 2-кетокислот. Пролин синтезируется в достаточных количествах из глутамата, а представители серинового семейства (серин, глицин и цистеин) сами являются естественными метаболитами организма животных.

Заменимые аминокислоты	Незаменимые аминокислоты
аланин	фенилаланин
аспарагиновая кислота	лизин
аспарагин	аргинин*
глутаминовая кислота	гистидин*
глутамин	валин
пролин	лейцин
серин	изолейцин
глицин	треонин
цистеин	метионин
тирозин	триптофан

Азотистый баланс.

Поскольку основная масса азота пищи представлена белками, принято считать, что для правильной оценки состояния белкового обмена точным критерием является определение азотистого баланса (АБ).

АБ - соотношение количества поступившего с пищей белка к количеству продуктов метаболизма этого же белка, выраженное в г/сут.

Здесь следует отметить, что количество пищевого азота (соответственно белка) можно легко и точно определить, т. к. 6,25г белка содержит 1г N2, то количество N2 умножают на 6,25 и получают количество белка, в то время как количество теряемого азота не всегда легко определить, поскольку на практике учитывают только азотистые продукты, выделяемые с мочой и калом, потерей азота с молоком, слюной, эпителием кожи, волосами пренебрегают.

В возрасте от 30 до 45 лет при нормальном белковом питании наблюдается азотистое равновесие: АБ = 0.

Бывает положительный АБ: количество поступившего с пищей азота (белка) больше, чем количество выделившегося азота (белка).

ПАБ наблюдается при растущем организме, во время беременности, выздоровлении, отдыхе, почечной недостаточности.

Бывает отрицательный АБ: количество выделяемого азота (белка) больше, чем количество поступившего. Наблюдается при голодании, физической нагрузке, опухолях, высокой температуре, у старых людей даже без видимой патологии.

Соотношение белков, липидов и углеводов в детском организме:1:1:2, у взрослых - 4:1:1.

2. Обмен простых белков. Переваривание белков в ЖКТ. Состав и свойства желудочного сока. Значение компонентов сока в переваривании белков (HCl, пепсин, слизь и др.). Характеристика пепсина. Механизмы образования и секреции HCl в желудочном соке. Регуляция секреции HCl (роль гистамина, гастрина, ацетилхолина и др.).

Обмен простых белков.

Белки в организме, независимо от их функций, находятся в динамическом состоянии. Это значит, что они постоянно синтезируются и распадаются. Эти процессы названы белковым обменом. Существует необходимость замены белков, которые теряют свою биологическую активность путем окисления, денатурации и другими необратимыми модификациями.

Скорость обмена разных белковых молекул различна. Некоторые белки, подобно иммуноглобулинам, имеют длинную жизнь, измеряемую годами, в то время как другие имеют короткую жизнь (в минутах). Эти процессы протекают в каждой клетке, но клетки некоторых тканей более активны, чем другие. Например, белки печени и кишечника обмениваются быстрее, чем белки скелетной мышцы. Синтез и распад белка необязательно протекает в одной и той же клетке. Некоторые клетки секретируют белки, которые затем работают и распадаются в другом месте (альбумин, антитела, ферменты, катализирующие процессы пищеварения, гормоны). Приблизительное содержание и обмен некоторых белков приводится ниже.

Белок или ткань	Содержание белка (кг)	Время полураспада (сут)
Коллаген (мышцы, кожа, кость)	3.3	-
Миозин, актин ( мышцы)	3.0
Альбумины, глобулины (мышцы)	1.7	30
Гемоглобин	0.9	126
Белки плазмы	0.4	10
Печень, почки, легкие	0.5	5

Схема обмена белков у человека. (Цифры на схеме показывают общее количество обмениваемого азота в граммах)

Переваривание белков в ЖКТ.

В желудочно-кишечном тракте под действием протеолитических ферментов происходит расщепление белков. Они имеют различную специфичность и последовательно гидролизуют белки до аминокислот.

Для переваривания белков необходимы:

• Водный раствор с различным значением рН и концентрацией электролитов (создает условия, необходимые для оптимальной активности ферментов)

• Предшественники ферментов - протеолитические ферменты - синтезируются в виде неактивных предшественников (проферментов) и затем активируются в полости желудочно-кишечного тракта. Проферменты активируются путем ограниченного протеолиза.

• Слизь (мукопротеины) – высоковязкие растворы мукопротеинов действуют как смазочные средства, ускоряя прохождение пищи по ЖКТ.

Переваривание белков осуществляется главным образом до аминокислот, в форме которых и происходит всасывание. Гидролиз химически сводится к разрыву пептидной связи. При расщеплении одной пептидной связи происходит снижение свободной энергии на 16,8 кДж. Протеолитические ферменты чувствительны:

• к размеру полипептида;

• к точке приложения гидролиза;

• к природе аминокислот, участвующих в образовании пептидной связи.

Все белки подвергаются воздействию ограниченного числа протеолитических ферментов, относящихся к классу гидролаз (пептидаз). Известны 2-е группы пептидаз:

• экзопептидазы - катализируют разрыв концевой пептидной связи с освобождением одной какой-либо а/к;

• эндопептидазы - гидролизуют пептидные связи внутри полипептидной цепи, а также, в зависимости от природы а/к, и некоторые концевые пептидные связи.

Состав и свойства желудочного сока. Значение компонентов сока в переваривании белков (HCl, пепсин, слизь и др.). Характеристика пепсина.

Желудочный сок - бесцветная жидкость кислой реакции (pH =1-6). Главные компоненты - H2O (99%) и 1% сухой остаток.

Соляная кислота: свободная (H+ и Cl-) и связанная форма (на поверхности частиц в форме хлоридов). HCl вместе с лактатом и ПВК формирует общую кислотность. Наличие лактата имеет диагностическое значение; повышение его содержания свидетельствует о раке желудка.

Важнейшие органические компоненты, ферменты желудочного сока:

1. Пепсин (эндопептидаза), активен при pH = 0,8 - 5,4 (оптимум pH = 2,0). Обладает протеазным, пептидазным, транспептидазным действием. Очень активен (1г пепсина за 2 часа способен расщепить 50кг яичного альбумина). Неактивная форма - пепсиноген. В процессе активации HCl образуются пепсины 2-х групп:1-ая группа (их 5) образуется в своде желудка; 2-ая группа (их 3) - в привратнике. Из них собственно пепсинами называются ферменты, гидролизующие белки с максимальной скоростью при pH = 1,5 - 2,0. Другая фракция гидролизует белки с максимальной скоростью при pH = 3,2 - 3,5 и называется гастриксином. Отношение между пепсином и гастриксином составляет от 1:2,5 до 1:6.Пепсин и гастриксин отличаются изоэлектрическими точками и электрофоретической подвижностью.

Пепсин расщепляет практически все природные белки, кроме некоторых кератинов, гистонов, протаминов и мукопротеидов.

2. Реннин (сычужный фермент - химозин) встречается преимущественно у детей. Его роль заключается в створаживании молока, т. е. он превращает растворимый казеиноген в нерастворимый казеин, кальциевая соль которого выпадает в осадок в виде творога:

Ca2+

казеиноген -----------------> нерастворимый казеин (творог).

реннин

В желудке взрослого человека роль реннина выполняет пепсин.

3. Парапепсин (обладает желатиназным действием, в 140 раз сильнее пепсина).

4. Муцин - защитный фактор: обволакивает слизистую, защищая ее от действия HCl, выполняет роль сорбента, на котором иммобилизируется пепсин.

5. Муколизин - фактор, растворяющий слизь. Существует слизь 2-ух фаз: нерастворимой, или видимой, и растворимой. Нерастворимая слизь выполняет защитную функцию: она формирует защитный барьер, который препятствует контакту слизистой с содержимым желудка, ингибирует пепсин, нейтрализует HCl (за счет буферных свойств слизи).

6. Липаза - расщепляет эмульгированные жиры (молока) до глицерина и ЖК.

7. Амилаза - очень мало, имеет реинкреторное роисхождение (из плазмы крови).

8. Лизоцим - оказывает бактерицидное действие.

9. Ряд а/к, имеющих диагностическое значение.

10. Гликопротеид, необходимый для транспорта Vit B12.

11. Соли: хлориды, сульфаты, фосфаты, бикарбонаты, нитраты.

12. Ионы - K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-.

13. Патологические компоненты: молочная кислота и кровь.

Образование желудочного сока осуществляется секреторным аппаратом слизистой, который представлен несколькими видами клеток:

1. главные - продуцируют пепсиногены и химозин;

2. обкладочные (париетальные) участвуют в образовании HCl: поставляют Cl-;

3. добавочные - единственные клетки, продуцирующие сульфатированные мукополисахариды;

4. слизистые (среди них млечные - камбиальные);

5. эндокринные - 8 типов:

ЕС - энтерохромаффинные (серотонин);

ECL - энтерохромаффиноподобные (гистамин);

G - гастриновые (гастрин);

А - вырабатывают глюкагон;

D - соматостатин;

D1 - ВИП;

P - бомбезин;

PP - ПП.

Гастрин имеет 4 формы:

а) минигастрин (13 а/к);

б) малый гастрин (17 а/к);

в) большой гастрин (34 а/к);

г) супер-гастрин.

Гастрин - специфический стимулятор желудочной секреции, оказывает трофическое влияние на слизистую желудка, стимулирует выделение гистамина.

Энтерогастрон, ваго-, бульбо-, сиало-, соматогастрон и гастрон тормозят желудочную секрецию и секрецию HCl.

Бомбезин - стимулирует секрецию HCl, играет роль рилизинг фактора по отношению к другим гастроинтестинальным гормонам.

ВИП - мощный ингибитор гастрина, подавляет секрецию HCl, сильный дилятатор.

Гистамин - через аденилатциклазный механизм активирует карбоангидразу, участвующую в секреции HCl.

ТТГ, АКТГ - стимуляторы желудочной секреции.

СТГ - стимулирует слизеобразование.

PG - в некотором роде оказывает действие сходное с действием гистамина.

Механизмы образования и секреции HCl в желудочном соке.

Секреция соляной кислоты обкладочными клетками является процессом активного транспорта (идет с затратой энергии АТФ).

Диоксид углерода (СО₂) диффундирует из крови в обкладочные клетки, где гидратируется (соединяется с молекулой воды) при участии карбоангидразы с образованием угольной кислоты, которая спонтанно диссоциирует на протон водорода Н⁺ и анион гидрокарбоната (НСО₃^-)..Протоны водорода Н⁺ 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 10^-7 M = рН 7, в просвете желудка примерно 10^-1 M = рН 1). Равновесие ионов между кровью и обкладочными клетками достигается поступлением НСО₃^- в кровь в обмен на ионы Cl, поступающие из крови в гастроцит. Хлорид-ионы следуют за активно секретируемыми (при помощи Н⁺/К⁺-АТФ-азы) протонами через хлоридный канал в просвет желудка (для сохранения электронейтральности).

Минимальная скорость секреции HCl наблюдается с 5 до 11 утра.

В норме общая кислотность желудочного сока должна составлять 40-60 ммоль/л (связанная HCl + свободная HCl). Свободная HCl - 20-40 ммоль/л, связанная HCl - 10-20 ммоль/л.

Роль HCl.

1. Активирует пепсин: вначале осуществляется первичная активация пепсиногена с последующим превращением его в пепсин аутокаталитически (под действием активного пепсина).

HCl

Пепсиноген --------------> пепсин

- 42 а/к

От N- конца молекулы пепсиногена отщепляется 42 а/к остатка, что составляет 5 нейтральных пептидов и один щелочной пептид, который считается ингибитором пепсина.

2. Создает оптимум pH для действия ферментов желудочного сока. (pH = 1,5 _+ 0,5)

3. Обладает бактерицидным действием (является своего рода фактором неспецифической защиты организма).

4. Принимает участие в денатурации белков и их набухании.

5. Участвует в створаживании молока.

6. Осуществляет декальцинацию костей.

7. Стимулирует секреторную, моторную и гормональную деятельность ЖКТ. 8. Ускоряет всасывание железа.

9. Активирует образование гастрина из прогастрина.

Регуляция секреции HCl (роль гистамина, гастрина, ацетилхолина и др.).

Механизм секреции HCl находится под контролем инсулина и гистамина. Секреция соляной кислоты стимулируется гистамином через H2 рецепторы, ацетилхолином через M3 мускариновые рецепторы, и гастрином, частично через гастриновые рецепторы в мембранах париетальных клеток. H2 рецепторы увеличивают внутриклеточный цАМФ при участии Gs белков, а мускариновые и гастриновые рецепторы проявляют свои эффекты, увеличивая концентрацию внутриклеточного свободного Ca²⁺. Действие одного из указанных регуляторов обычно потенцируeт ответ другого на возбуждение. Простагландины, особенно E ряда, ингибируют секрецию кислоты, активируя Gi (ингибирующие) белки, и это объясняет частично повышение риска язвенной болезни у людей, принимающих антивоспалительные препараты, которые ингибируют синтез простагландинов.

Циклическая АМФ и Ca²⁺ действуют через протеинкиназы, повышая транспорт H⁺ в желудочный просвет H⁺-K⁺ АТФазой.

Гипоацидоз наблюдается:

1. при недостатке инсулина;

2. при дефиците Vit B1;

3. при нарушении энергообразовательных процессов.