4. Аминокислотный фонд организма

В организме взрослого человека присутствует около 100 г свободных аминокислот, которые составляют аминокислотный фонд (пул). Глутамат и глутамин составляют 50% аминокислот, эссенциальные (незаменимые) аминокислоты – около 10%. Концентрация внутриклеточных аминокислот всегда выше, чем внеклеточных. Аминокислотный фонд определяется поступлением аминокислот и метаболическими путями их утилизации.

4.1. Источники аминокислот

Обмен белков организма, поступление белков с пищей и синтез заменимых аминокислот являются источниками аминокислот в организме.

1. Белки находятся в динамическом состоянии, т.е. обмениваются. В организме человека ежесуточно обменивается примерно 300-400 г белков. Период полураспада белков различен - от минут (белки плазмы крови) до многих суток (чаще 5-15 суток) и даже месяцев и лет (например, коллаген). Аномальные, дефектные и поврежденные белки разрушаются, поскольку не могут использоваться организмом и ингибируют процессы, для которых необходимы функциональные белки. К факторам, влияющим на скорость разрушения белков относятся: а) денатурация (т.е. потеря нативной конформации) ускоряет протеолиз; б) активация лизосомальных ферментов; в) глюкокортикоиды, избыток тироидных гормонов повышают протеолиз; г) инсулин снижает протеолиз и повышает синтез белков.

2. Пищевые белки. Около 25% обменивающихся белков, т.е. 100 г аминокислот подвергается распаду, и эти потери восполняются пищей. Поскольку аминокислоты являются главным источником азота для азотсодержащих соединений, они определяют состояние азотистого баланса организма. Азотистый баланс - это разность между азотом поступающим в организм и азотом, выводимым из организма. Азотистое равновесие наблюдается, если количество азота, поступающего в организм равно количеству азота, выводимого из организма (у взрослых здоровых людей). Положительный азотистый баланс наблюдается, если количество азота, поступающего в организм больше количества азота, выводимого из организма (рост, введение анаболических препаратов, развитие плода). Отрицательный азотистый баланс наблюдается, если количество азота, поступающего в организм меньше количества азота, выводимого из организма (старение, белковое голодание, гипокинезия, хронические заболевания, ожоги). Коэффициент изнашивания Рубнера - при 8-10 дневном белковом голодании в тканях расщепляется примерно постоянное количество белков - 23,2 г, или 53 мг азота в сутки на 1 кг массы тела (0,0536,2570 =23,2, где 6,25 - коэффициент, показывающий, что в белках содержится около 16% азота; 70 кг - масса тела человека). Если в пище будет содержаться 23,2 г белков в сутки, то развивается отрицательный азотистый баланс. Физиологический минимум белков (около 30-45 г в сутки) ведет к азотистому равновесию (но на короткое время). При средней физической нагрузке человеку требуется в сутки 100-120 г белка.

Резервные белки. В отличии от углеводов и липидов, белки не накапливаются в организме. Избыток аминокислот метаболизируется – окисляется для получения энергии, превращается в глюкозу или жиры. Резервные белки – это не депо, а легко мобилизуемые при необходимости белки плазмы крови, мышц, соединительной ткани.

4.2. Протеолиз тканевых белков животных. Осуществляется с помощью протеолитических (лизосомальных) ферментов - катепсинов. По строению активного центра выделяют цистеиновые (SН-группа цистеина), сериновые (ОН-группа серина), карбоксильные (СООН-группа асп или глу) и металлопротеиновые катепсины. Роль катепсинов: 1) создание биологически активных пептидов путем ограниченного протеолиза белковых предшественников; 2) разрушение "соста­рившихся" и аномальных белков; 3) участие в фагоцитозе и делении клеток; 4) участие в автолизе (при ишемии или вне организма в стерильных условиях); 5) участие в патогенезе заболеваний, связанных с изменением функции лизосом. Действие катепсинов ограничивают их ингибиторы - экзогенные и эндогенные вещества преимущественно полипептидной природы.

В то же время следует учитывать, что функциональные белки клетки должны быть защищены от преждевременного протеолиза. Для этого внутриклеточные протеолитические ферменты представлены в двух видах: 1) иммобилизованные в лизосомах и функционирующие при рН 5,0; 2) связанные с протеасомами (молекулярная масса 2000 кДа).

Для мечения подлежащих уничтожению белков используется убиквитин – высококонсервативный белок у эукариот, состоящий из 76 остатков аминокислот, отличается у дрожжей и человека только по 3 остаткам. Остаток глицина на С-конце убиквитина ковалентно связывается с ε-аминогруппой остатка лизина в предназначенном для разрушения белке. Для образования такой «изопептидной связи» (изопептидная, поскольку образована не с α-аминогруппой, а ε-аминогруппой) требуется гидролиз АТФ.