Послідовність ферментативних реакцій біосинтезу

1.Перенесення ацетильного радикалу на малонільний з утворенням ацетоацетильного радикала, що зв'язаний з SН-групою фосфопантетеїну під впливом 3-кетоацил-АСР-синтази.

2.Відновлення карбонільної групи до 3-гідроксибутирил-АСР НАДФН-залежноїю 3- кетоацил-АСР-редуктазою.

3.Дегідратація 3-гідроксиацил-АСР-дегідратазою до трансненасиченого бутирату:

4.Відновлення трансбутеноїлу еноїл-АСР-редуктазою до бутирильного радикалу: Ацетильний радикал (С2) перетворився на бутирильний радикал (С4). Для подальшої

елонгації бутирил переноситься на SН-групу цистеїну, а до фофсопантетеїну знову приєднується малоніл:

Цикл реакцій подовжує радикал кислоти ще на один двовуглецевий фрагмент. Внаслідок 7 циклів утворюється пальмітинова кислота (С16), яка відщеплюється від АСР

Джерела НАДФН, необхідного для біосинтезу жирних кислот:

1)перетворення малату до пірувату ;

2)глюкозо-6-фосфат-дегідрогеназна реакція пентозофосфатного циклу :

3)НАДФ-залежна ізоцитратдегідрогеназна реакція в цитозолі.

Елонгація насичених жирних кислот

З пальмітату синтезуються жирні кислоти із довгим ланцюгом. Подовження відбувається в ендоплазматичному ретикулумі приєднанням малоніл-КоА .Так в печінці утворюється стеарат (С18), в головному мозку кислоти С22 і С24, які входять до складу сфінголіпідів. В мітохондріях елонгація жирних кислот іде за рахунок ацетил-КоА:

Утворення ненасичених жирних кислот

Моноєнові кислоти пальмітоолеїнова і олеїнова утворюються із стеаринової за участю десатурази жирних кислот (мікросомальні монооксигенази) гепатоцитів:

Полієнові кислоти - лінолева (С18:.2) і ліноленова (С18:.3) в організмі не синтезуються. Арахідонова (С20:4) утворюється з ліноленової подовженням її радикалу та утворенням додаткових подвійних зв’язків.

Синтез нейтральних жирів (триацилгліцеролів)

Інтенсивно відбувається в адипоцитах жирової тканини, обмежено в печінці, кишечнику, молочній залозі під час лактації. Джерелами синтезу є активні форми жирних кислот (ацил-КоА) та гліцерину (гліцерол-3-фосфат). Спочатку до гліцерол-3-фосфат приєднується два залишки жирних кислот з утворенням фосфатидної кислоти. Потім фосфатидна кислота гідролізується до 1,2-диацилгліцеролу, до якого приєднується третій залишок жирної кислоти з утворенням тригліцериду.

Біосинтез фосфогліцеридів

Перші етапи синтезу фосфогліцеридів до фосфатидної кислоти аналогічні реакціям утворення тригліцеридів . Розглянемо синтез фосфатидилхоліну. Спочатку аміноспирт холін активується шляхом фосфорилування з утворенням фосфохоліну. Потім фосфохолін з ЦТФ утворює ЦДФ-холін, який з 1,2-діацилгліцеролом синтезує фосфатидилхолін. Аналогічно відбувається і синтез фосфатидилетаноламіну.

Можливе утворення фосфатидилхоліну шляхом метилування етаноламіну в складі фосфатидилетаноламіну. Донором метильних груп є S-аденозилметіонін:

Фосфатидилетаноламін + 3 S-аденозилметіонін = фосфатидилхолін + 3 S-гомоцистеїн Біосинтез фосфатидилетаноламіну може відбуватись і за рахунок декарбоксилування

фосфатидилсерину Фосфатидилсерин утворюється в обмінній реакції:

Фосфатидилетаноламін + серин = фосфатидилсерин+етаноламін

Ліпотропні і ліпогенні фактори

Речовини, що запобігають жировому переродженню печінки (жировий цироз), називають ліпотропними факторами. Вони сприяють синтезу ліпопротеїнів, в складі яких жири, синтезовані в печінці, видаляються з неї. До них відносяться повноцінні білки, фосфогліцероліпіди, азотисті сполуки, потрібні для синтезу фосфоліпідів (серин, етаноламін,

холін), вітаміни, що беруть участь в декарбоксилюванні серину (В6) і в транспорті метильних груп (В9 , В12, В15), метіонін як донор метильних груп при синтезі холіну.

Фактори, що сприяють відкладанню жирів в печінці, називають ліпогенними. Вони порушують транспорт жирів з печінки. До них відносять дефіцит ліпотропних факторів, жири, печінкові отрути – етанол, тетрахлористий вуглець і т.п.

Біосинтез та катаболізм кетонових тіл

Головним чином ацетил-Ко-А окислюється в ЦТК або використовується на синтез жирних кислот. Однак, у печінці існує шлях його утилізації з утворенням молекул альтернативного метаболічного палива - кетонових (ацетонових) тіл. До них належать ацетоацетат, β-гідроксибутират та ацетон.

Їх синтез відбувається в цитозолі та мітохондріях гепатоцитів з ацетил-КоА: Кетонові тіла кров’ю транспортуються в периферичні тканини для окислення .

Використанню ацетоацетату передує активація до ацетоацетил-КоА. Ацетоацетил-КоА розщеплюється тіолазою до 2 ацетил-КоА , які окислюються в ЦТК. Ацетоацетат - важливе джерело енергії для міокарда, скелетних м'язів, коркового шару нирок і навіть головного мозку (крім печінки), за умов дефіциту вуглеводів

Концентрація кетонових тіл у крові в середньому 10-20 мг/л. При голодування і цукровому діабеті різко підвищується (кетонемія) . Збільшується їх виділення з сечею (кетонурія) .Біохімічною основою кетонемії є зменшення утилізації ацетил-КоА в ЦТК при порушенні вуглеводного обміну. Входження ацетил-КоА в ЦТК залежить від оксалоацетату, що синтезується з пірувату, основним постачальником якого є гліколіз. При зменшенні в клітині глюкози оксалоацетат використовується на глюконеогенез, а ацетил-КоА - на кетогенез. Сприяє накопиченню ацетил-КоА стимуляція ліполізу в жировій тканині.

При відсутності лікування концентрація ацетонових тіл у хворих на цукровий діабет зростає в десятки разів, супроводжуючись метаболічним кетоацидозом, небезпечним для головного мозку.

Фактори, що стимулюють кетогенез, - кетогенні фактори. Це: дефіцит вуглеводів і надлишок ліпідів в харчуванні, дефіцит інсуліну, голодування, важка фізична праця, підвищена температура, тощо.

За добу в організмі людини 1г. Синтез відбувається в усіх синтезується 50 – 80% від усього кислот. Біосинтез з ацетил-КоА ацетонових тіл до ГОМК. Далі залежною ГОМК-редуктазою. тіреоїдні гормони збільшують, а Наступний етап – синтез кислоти, ізопентенілпірофосфату. утворення тридцяти вуглецевого Циклізація сквалену дає ланостерин,

Холестерол стабілізує біологічні стероїдних гормонів , вітаміну D.

∙Білки є колоїдами. Їх молекули мають такіж розміри як у колоїдних часток (10-5–10-7см), повільно дифундують, не проходять через напівпроникну мембрану, розсіюють світло,

мають високу в’язкість.

Методи виділення та очистки білків.

1. Виділення білків:

З тканин – гомогенізація (руйнування тканинних та клітинних структур; З біологічних рідин – центрифугування.

2. Осадження (солями або дегідратуючими розчинами)

3. Фракціонування (іонообмінна хроматографія)

Очистка: а) розділення білків за молекулярною масою (метод молекулярних сит) або відокремлення білків від низькомолекулярних речовин. б) діаліз - низькомолекулярні речовини проходять через напівпроникну мембрану, а білки ні.

Значення білків

З білками пов’язані всі прояви життєдіяльності. Вони виконують різноманітні і надзвичайно важливі функції:

∙Структурна (пластична, будівельна) - молекули білків складають кістяк тканин і органів, утворюють основу протоплазми живої клітини.

∙Каталітична. Більшість ферментів мають білкову природу.

∙Рухова (механічна). Актин, міозин, тропоміозин та ін. беруть участь у скороченні і розслабленні м’язів, роботі внутрішніх органів.

∙Захисна (антитіла, інші антимікробні та антибактеріальні фактори; захист від крововтрат

– фібриноген, фактори зсідання крові т. і.)

∙Регуляторна - сигнальні білки та олігопептиди, гормони, рецептори і т.і.

∙Транспортна (транспорт в крові, через мембрани і т.і.)

∙Рецепторна – білки виконують важливу функцію вибіркового розпізнаванняі приєднання окремих речовин.

∙Поживна функція. Її виконують так звані резервні, запасні білки.,які є джерелом живлення плоду, клітин, що розвиваються.

∙Енергетична функція. При окисленні 1г білка виділяється 17,1 кДж енргії.

Класифікація білків.

1. За будовою білки поділяються на прості та складні.

Прості білки складаються лише з амінокислот. До складу складних білків входить небілковий компонент, назва якого включена в назву складного білка. Це нуклеопротеїни, ліпопротеїни, глікопротеїни, металопротеїни, фосфопротеїни, хромопротеЇни (забарвлені білки), дикомпонентні ферменти.(хромопротеїни) т. і.

2.За фізико – хімічними властивостями:

∙фібрилярні білки. Структура впорядкована, регулярна, утворюють величезні за молекулярній масі та довжині агрегати (фібрили). Прикладом є колаген, який складає основну масу білків міжклітинного простору, входить до складу хрящів, сухожилок, кісток, зубів). Містить гліцину (35%), аланіну (11%), проліну та оксипроліну (21%). Має трьохланцюгову спіральну структуру, дуже велику механічна міцність

∙глобулярні білки – мають глобулярну структуру, водорозчинні, гідрофільні. Структура цих білків найменш регулярна. Приклади: альбуміни і глобуліни крові.

∙мембранні білки – “живуть” у мембранах, вони частково або повністю гідрофобні. Мають більш-менш регулярну структуру.

Білки – склад та хімічні зв’язки

Елементарний склад білків.

С – 50-55%; О – 21-24%, N – 15-17%; (≈ 16%) - азот є міткою білка. (По вмісту азоту визначають вміст білка в досліджуваних об’єктах), Н – 6-8%, S – 0-2%.

Амінокислоти білків та їх характеристика

До складу білків входять 20 так званих „стандартних амінокислот”. Їх включення в молекулу білка кодується на генетичному рівні.

Загальна формула цих амінокислот:

Всі амінокислоти, крім гліцину, містять асиметричний атом вуглецю і відносяться до α

– ряду, вони володіють оптичною активністю. Рацемізація амінокислот – самовільне взаємне перетворення L - та D - форми, що призводить до зміни оптичної активності. Це явище використовується і в судовій медицині для визначення віку людини по кількості D – ізомера аспарагінової кислоти в дентині, де відсутній обмін білків. Швидкість рецемізації L– аспартату в D–аспартат дорівнює 0.1% на рік (1% за десять років, 5% за 50 років і т.і.)

Велике значення має характеристика амінокислот по R – групі. Ці групи можуть бути або гідрофільними, або гідрофобними (неполярними), що вкрай важливо для структури та функціонування білків. Білки, що містять велику кількість неполярних амінокислот (наприклад α – кератин волосся) нерозчинні у воді, альбумін крові містить велику кількість амінокислот з полярними R – групами і тому добре розчиняється у воді. В α – кератинах гідрофобні групи знаходяться на поверхні фібрил, а у альбуміну, у якого також є гідрофобні групи вони в основному сховані всередині молекули, а на поверхні молекули переважають гідрофільні, що і забезпечують високу розчинність альбумінів.

Нестандартні амінокислоти – ті, що виникають після закінчення синтезу білка. Наприклад, ПРО окислюється до окси – ПРО.

Хімічні зв’язки в молекулах білків.

Поділяються на ковалентні та нековалентні зв’язки.

Ковалентні:

∙пептидні:

∙дисульфідні: – S – S –

Нековалентні:

∙водневі (виникають між атомом водню та більш електронегативним атомом кисню, азоту)

∙іонні (виникають між різнойменними зарядженими групами

∙гідрофобні (частіше виникають між гідрофобними вуглеводневими радикалами)

Структури білкової молекули.

Первинна структура – це послідовність амінокислот в поліпептидному ланцюгу. Ця структура білка кодується на генетичному рівні, і є основною. Укріплюється пептидними зв’зками. Решта структур виникають самовільно, автоматично. В 1953 році Самнер розробив хімічний метод визначення первинної структури білків і вперше визначив послідовність амінокислот в молекулі інсуліну (Нобелівська премія 1958 року).

Вторинна структура – розміщення в просторі окремих ділянок поліпептидного ланцюга. Ці ділянки можуть бути впорядковані (α – спіраль, β – структури) та невпорядковані. Стабілізується вторинна структура переважно водневими та дисульфідними зв’зками.

α–спіраль (30-х роках ХХ століття Л. Полінг). Закручування молекули білка у спіраль вигідно з енергетичної точки зору, бо сприяє щільній упаковці в просторі молекули та зменшенню її вільної енергії. α– піраль утримується в просторі завдяки утворенню великої

кількості водневих зв’язків між – С = О та NH – групами поліпептидного ланцюга. На 1 крок спіралі припадає 3,6 залишків амінокислот, довжина кроку 5,44 нм, радіус спіралі 0,25 нм, спіраль, як правило, право закручена.

Є білки спіралізовані на 100% або зовсім позбавлені спіралей. Фактори, що перешкоджають утворенню α–спіралей: розміщення поряд однойменно заряджених амінокислот (взаємне відштовхування) або амінокислот з великими радикалами (просторова невідповідність). Порушує α–спіраль також амінокислота пролін, яка є фактично імінокислотою і різко змінює напрямок поліпептидного ланцюга.

β – структури представленні складчастим шаром, в якому поліпептидні ланцюги з’єднані між собою також за допомогою водневих зв’язків.

Третинна структура – це спосіб розміщення в просторі всього поліпептидного ланцюга. Стабілізується водневими, дисульфідними, іонними та гідрофобними зв’зками. Глобулярні білки мають кулеподібну форму, фібрилярні – витягнуту форму.

Четвертинна структура. Виникає при об’єднанні третинних структур, тобто двох або більше поліпептидних ланцюгів. Кожен ланцюг носить назву "субодиниця". Наприклад, молекула гемоглобіну має 4 субодиниці: 2 α - та 2 β- ланцюги.

Доменна структура. Деякі поліпептидні ланцюги мають ділянки, які схожі між собою за амінокислотною послідовністю, але виконують різні функції. Домени виникли в процесі еволюції внаслідок подвоєння генів з подальшими змінами їх будови (імуноглобуліни).

Денатурація білків втрата білками їх біологічних властивостей (каталітичних, транспортних і т.д.) внаслідок втрати вторинної, третинної та при наявності четвертинної структур. До денатурації призводять фізичні фактори (висока температура, іонізуюче опромінення т.і.) та хімічні впливи (сильні кислоти, луги, реакційно-активні сполуки, тяжкі метали, тощо).

Денатурація буває зворотня та незворотня. Якщо в результаті дії денатуруючого фактору відбувся розрив поліпептидного ланцюга, така денатурація вважається в принципі незворотною.

Обмін простих білків. Травлення. Проміжний обмін

Значення білків для організму. В організмі відбувається постійний розпад і синтез тканинних білків. За добу у дорослої людини руйнується і утворюється близько 400 г білків. Синтез білків на 70-75% забезпечується ендогенними амінокислотами (тобто амінокислотами, що утворились при розпаді власних білків), інша частина забезпечується за рахунок екзогенних амінокислот, що утворились в процесі травлення харчових білків. Серед екзогенних амінокислот є такі, що не синтезуються в організмі людини, тому білки їжі є незамінним фактором харчування. При тривалій відсутності білків виникає захворювання «білкової недостатності», що у дітей протікає особливо важко і має назву - квашиоркор.

Найбільш загальним показником білкового обміну є “азотистий баланс”. Це різниця між кількістю азоту, що надходить в організм, і кількістю азоту, що виводиться з організму. Позитивний азотистий баланс – це перевищення надходження азоту над його виведенням, і буває у дітей в період росту, вагітних жінок, після припинення голодування, у період видужання і т.д. Негативний азотистий баланс виникає при загальному або білковому голодуванні, при важких захворюваннях і т.д. Азотиста рівновага характерна для дорослих здорових людей.

У добровольців при повному голодуванні в стані спокою виділяється близько 4 г азоту, що відповідає необоротному розпаду в організмі 25г білка (4 х 6,25=25 г). Цю кількість білка називають коефіцієнтом зношування Рубнера. Однак, введення в раціон 25г білка не здатне підтримувати життя, і розпад власних білків триває. Це пояснюється тим, що амінокислотний склад харчових білків не відповідає амінокислотному складуі білків людини, а жоден харчовий білок не засвоюється повністю. Білковий мінімум - це найменша кількість білка в раціоні, що забезпечує азотисту рівновагу. Він складає близько

35 г/добу, або 0,5 г/кг маси тіла). Білковий оптимум - це кількість білка в раціоні, що забезпечує не тільки азотисту рівновагу, але і гарне самопочуття, максимальну працездатність, стійкість до несприятливих факторів. ВОЗ таким рівнем вважає 0,75 г/кг маси тіла для дорослих чоловіків і жінок. У США норма білка складає 0,8 г/кг, у Росії - 0,93, в Україні 0,83 (60-80 г на добу). При високій фізичній активності у дорослих і у дітей, особливо в зв'язку зі швидким ростом дітей, споживання білків повинно складати близько 1,5 г/кг маси тіла на добу.

Існують дані про негативний вплив високих доз білка. Тривале споживання понад 3г білка на кг маси веде до утворення підвищенної кількості сечової кислоти і розвитку подагри, до андрогенізації організму, ранньої сексуальної активності, зниженню росту внаслідок прискореного зарощення епіфізів кісток.

Білки повноцінні і неповноцінні. Повноцінними називають білки, що містять всі незамінні амінокислоти в достатній кількості, неповноцінні білки – містять не всі незамінні амінокислоти, або ж у недостатій кількості. Повноцінними вважаються білки тваринного походження, а також бобових культур і картоплі, інші рослинні білки неповноцінні. Біологічна цінність білків визначається їхньою засвоюваністю і відповідністю амінокислотному складові білків людини. Для білків материнського молока вона наближається до 100%, для яловичини - 93%, хліба - 30%.

Замінні і незамінні аминокислоти. Незамінні – ті, які не синтезуються в організмі, їх 8 – Валін (ВАЛ), лейцин (ЛЕЙ), ізолейцин (ІЛЕЙ), треонін (ТРЕ), метіонін (МЕТ), лізин (ЛІЗ), фенілаланін (ФЕН), триптофан (ТРИ); умовно незамінні (незамінні для дітей) - аргінін (АРГ) і гістидин (ГІС) – синтезуються в недостатніх кількостях. Інші амінокислоти замінні.

У відмінності від жирів і вуглеводів резервів білка в організмі немає. Відносним резервом вважаються білки крові (альбуміни), шкіри, печінки, м'язів.

Вміст білка в продуктах харчування: хліб - 8-10%; тверді сири – 20-35%; горох – 26%; м'ясо – 22%; картопля – 1-2%. Соя містить білка до 36%, однак сирий соєвий білок містить інгібітори трипсину, тому сою піддають термічній обробці.

Травлення білків

У ротовій порожнині білки не перетравлюються. У шлунку діють протеази родини пепсину. Пепсин синтезується у вигляді проферменту пепсиногену, що активується соляною кислотою шляхом відщеплення олігопептиду, що блокує активний центр ферменту. Оптимум рН для пепсину 1,5-2,0. Пепсин - це ендопептидаза, що гідролізує пептидні зв'язки утворені ароматичними амінокислотами, в середині молекули білків. Під дією пепсину білки руйнуються з утворенням суміші пептидів (альбумози і пептони). У шлунковому соку є й інші протеази - ренін, що згуртовує молоко, і желатиназа, що гідролізує желатин.

Соляна кислота створює оптимальне середовище для дії пепсину (рН = 1,5-2) і активує його; денатурує харчові білки, що підсилює їх гідроліз; активує синтез секретину, володіє сильною бактеріцидною дією; сприяє всмоктуванню заліза.

У 12-палій кишці кислий вміст шлунка нейтралізується бікарбонатами підшлункової залози до слабколужного середовища (рН 7-7,5). Розщеплення білків йде за участю пептидаз підшлункового соку (трипсину, хімотрипсину, карбоксіпептидази, колагенази і еластази). Ці ферменти, крім карбоксипептидази, є ендопептидазами і руйнують пептидні зв'язки в середині білкової молекули. Вони виділяються в неактивному стані, чим запобігається руйнування панкреатических клітин, у яких вони синтезуються. Трипсиноген активується ферментом слизової кишечника – ентерокіназою, а трипсин, що утворився, каталізує активацію інших проферментів.

Екзопептидази – ферменти, що відокремлюють від пептидного ланцюга амінокислоти з N- або С- кінця (відповідно аміноабо карбоксипептидази). Амінопептидаза міститься в кишечному соці.

Всмоктування амінокислот. В результаті дії всіх протеолітичних ферментів із харчових білків утворюються амінокислоти, які всмоктуються за допомогою специфічних транспортних систем, що використовують спільний транспорт з йонами Na+ (вторинний активний транспорт) або Na+-незалежну полегшенну дифузію.

Гниття білків у товстому кишечнику

Причина гниття білків – діяльність мікроорганізмів, що розщеплюють амінокислоти на продукти, які не утворюються в тканинах за нормальних умов: аміак (NH3), метан (СН4), H2S, меркаптани, індол, скатол, крезол, фенол, кадаверин, путресцин.

Діаміни (путресцин і кадаверін) знешкоджуються діаміноксидазою кишечника та печінки. Знешкодження інших продуктів гниття відбувається в печінці шляхом кон`югації. Бензойна кислота зв`язується з гліцином з утворенням гіпурової кислоти. Визначення кількості гіпурової кислоти в сечі (після введення бензойної кислоти) дозволяє оцінити антитоксичну функцію печінки. Продукт гниття триптофану індол кон`югує з сульфатом і перетворюється на індикан (каліева сіль індоксилсірчаної кислоти). За рівнем індикану в сечі можно визначити інтенсивність процесів гниття в кишечнику.

Після всмоктування в кишечнику амінокислоти надходять до печінки і далі разносяться по всьому організму. Екзогенні амінокислоти та амінокислоти, що утворились при розпаді власних білків, утворюють пул амінокислот.

Загальні шляхи використання амінокислот в органах і тканинах.

∙Амінокислоти використовуються:

∙Для синтезу власних білків організму.

∙Для синтезу інших речовин: а) біологічно активних речовин (адреналін, гістамін і ін.); б) синтез гему, пуринових нуклеотидів, піримідинових нуклеотидів, холіну, таурину і ін.; в) синтез вуглецевого скелету замінних амінокислот і перетворюються на вуглеводи (глюкопластичні амінокислоти) та ліпиди.

∙Амінокислоти можуть використовуватись як джерело енергії

∙Триптофан використовується на синтез нікотинової кислоти (вітаміну В5).

∙1-2% амінокислот в незмінному вигляді виводяться з сечею.

Значення печінки в білковому обміні:

1.Печінка забезпечує синтез майже всіх білків плазми крові, крім γ-глобулінів.

2.В печінці відбувається синтез замінних амінокислот.

3.Печінка перетворює амінокислоти на вуглеводи, ліпіди та інші речовини.

4.Печінка регулює співвідношення і рівень амінокислот в крові.

5.Печінка запезпечує знешкодження продуктів гниття білків в кишечнику.

6.В печінці синтезується сечовина (знешкоджується аміак), креатин.

Проміжний обмін амінокислот.

Це сукупність всіх реакцій метаболізму амінокислот, що ведуть до утворення кінцевих продуктів обміну або до перетворенню амінокислот на інші речовини (гем, основи ДНК та ін.). До головних процесів проміжного обміну амінокислот відносять: декарбоксилювання, дезамінування та переамінування.

1. Декарбоксилювання амінокислот: - це відщеплення карбоксильної групи від амінокислоти у вигляді СО2. В результаті декарбоксилювання амінокислот утворюються

біогенні аміни.

Норадреналін і адреналін – утворюються при гідроксилюванні і подальшому декарбоксилюванні тирозину. Вони звужують кровоносні судини і підвищують артеріальний тиск; збільшують частоту і силу скорочень м`язів; підвищують рівень глюкози та жирних кислот в крові (підсилення розпаду глікогену в печінці та м`язах і розпаду жирів в тканинах. Дофамін є нейромедіатором.

Гістамін – звужує бронхи, викликає задуху при бронхіальній астмі, розширює перифірічні судини і знижує системний тиск (колапс), підсилює секрецію шлункового соку.

Серотонін – звужує бронхі (сінергіст гістаміна), але звужує періферічні судини (антагоніст гістаміну). Ацетилювання і метилювання серотоніну веде до утворення мелатоніну – гормону епіфіза, що регулює циркадні ритми і має снодійний ефект.

ГАМК (гама-аміномасляна кислота) – гальмівний медіатор нервової системи, утворюється при декарбоксилюванні глутамінової кислоти. Для перебігу реакції необхідна наявність вітаміну В6, тому у дітей при дефіциті цього вітаміну можуть виникати судоми внаслідок неврівноваженності процесів збудження/гальмування.

Інактивація біогених амінів відбувається їх дезамінуванням за участі ФАД-залежної моноамінооксидаза (МАО). При паркінсонізмі знижується кількість дофаміну, а при депресії - рівень норадреналіну, тому для підвищення їх концентрації в мозку використовують ліки інгибітори МАО. Інгибітори синтезу поліамінів використовують для пригнічення росту пухлин.

2.Дезамінування амянокислот – це відокремлення аміногрупи від амінокислоти

увигляді аміаку. Є 4 типи дезамінування: окислювальне (частіше такому дезамінуванню підлягає глутамінова кислота); гідролітичне (наприклад, дезамінування АМФ, глутаміну); внутрішньомолекулярне (дезамінування гістидину до урокаінової к-ти); відновлювальне (наприклад, дезамінування ГМФ);

Окислювальне дезамінування глутамату. Це один з важливих шляхів утворення

аміаку в організмі, оскільки глутамінова кислота є транспортною формою аміаку. Дезамінування відбувається в два етапи (ферментативний і неферментативний). Спочатку утворюється α-іміноглутарат за участі НАД-залежної глутаматдегідрогенази, а далі неферментативний гідроліз призводить до утворення α-кетоглутарату і аміаку.

Переамінування. Це перенос аміногрупи від α-амінокислоти на α-кетокислоту з

утворенням нових α-аміно-та α-кетокислот. Процес каталізується амінотрансферазами (трансаміназами), котрі використовують в якості кофермента – піридоксальфосфат (ПАЛФ) – похідне вітамину В6.

Біологічна роль переамінування: а) синтез транспортних форм аміаку; б) синтез замінних амінокислот. Найбільшу активність мають аланінамінотрансфераза (АЛТ) та аспартатамінотрансфераза (АСТ). Переамінування відбувається за схемою:

Механізм переамінування: Процес відбувається в два етапи і має оборотний характер. На першому етапі аміногрупа амінокислоти переноситься на кофермент ПАЛФ амінотрансферази з утворенням α-кетокислоти та піридоксамінфосфату. На другому етапі аміногрупа піридоксамінфосфату переноситься на іншу α-кетокислоту з утворенням нової амінокислоти та вивільненням ПАЛФ (кофермент може знову брати участь в каталізі). Амінокислота, що вступила в реакцию, перетворюється на відповідну α-кетокислоту. Найбільш часто в якості акцептора аміногрупи в організмі використовується α-кетоглутарат, який перетворюється на глутаміновую кислоту.

Клінічне значення визначення активності амінотрансфераз: В серцевому м`язі та печінці активність АЛТ і ACT дуже висока. При гепатитах або інфаркті міокарда ферменти виходять із зруйнованих клетин в кров в кількості, що є пропорційною ступеню ураження цих органів. Діагностичну цінність має коефіціент ACT/АЛТ, оскільки при інфаркті міокарду в основному збільшується активність АСТ, а при ураженнях печінки – АЛТ.

Доля α-кетокислот. α-Кетокислоти, що утворились при переамінуванні, можуть підлягати 1) декарбоксилюванню (за участю пируват-та α-кетоглутаратдегідрогенази та інших ферментів) з утворенням ацетил-КоА з якого можливий синтез кетонових тіл або жирів (кетогенні амінокислоти), або з утворенням метаболітів, що здатні включаться в глюконеогенез, або повністю руйнуватися до води та СО2; 2) підлягати реамінуванню і перетворюватись на відповідні амінокислоти.

Утворення кінцевих продуктів білкового обміну. Кінцевими продуктами розпаду амінокислот є Н2О, СО2 та NH3 Аміак у людини виводиться у вигляді сечовини, та креатиніну. З сечею у людини за добу виводиться: 25-35 г сечовини, 0,3-1,2 г амонійних солей і сечової кислоти; 0,5-2,0 г креатиніну і невелика кількість амінокислот (1-2 г), індикану, пігментів (уробілін та інші), вітамінів і гормонів та їх метаболітів.

Аміак - найважливіший продукт процесів дезамінування, має високу токсичність. Він

здатний порушувати роботу цикла Кребса (зв`язуючи α-кетоглутарову та глутамінову кислоти), порушує транспорт нейромедіаторів. Нормальний рівень аміаку в крові 20-40 мкмоль/л, смерть настає при збільшенні рівня аміака вище 3 ммоль/л. Аміак утворюється в таких процесах: 1) дезамінування амінокислот; 2) гниття амінокислот в кишечнику; 3) розпад основ нуклеїнових кислот, аміноцукрів, вітамінів.

Шляхи знешкодження аміака:

∙ попередній шлях (тимчасове знешкодження - синтез транспортних форм аміаку): утворення аланіну, глутамінової та аспарагінової кислот; утворення амідів – глутаміну, аспарагіну.

∙ остаточний шлях знешкодження: 1) синтез сечовини в печінці (забезпечує утилізацію до 90% аміаку); 2) синтез солей амонию в нирках (цей шлях забезпечує виведення до 8% аміаку).

Тимчасове знешкодження аміаку (синтез транспортних форм аміаку) 1.Утворення глутамату з α-кетоглутарату шляхом трансамінування або прямого амінування: 2. Утворення аспарагінової кислоти з щавелевооцтової кислоти частіше відбувається шляхом переамінування (наприклад, за участю АСТ).

3.Утворення аланіну з піровиноградної кислоти шляхом переамінування (ця реакція реалізується в циклі аланіну або глюкозо-аланіновому циклі). З допомогою даної реакції аміак переважно знешкоджується в м’язах.

4.Утворення амідів – глутаміну та аспарагіну (ці процеси мають важливе значення для ЦНС, де утворюється значна кількість аміаку при дезамінуванні АМФ):

Транспортні форми аміаку забезпечують його тимчасове зв`язування і транспорт до органів, в яких він буде підлягати остаточному знешкодженню (печінку та нирки).

Остаточне знешкодження аміаку:

Транспортні форми аміаку - глутамат, аспартат, їх аміди та аланін, переносят аміак в печінку і нирки. В цих органах під впливом ферментів вивільняється аміак

Внирках аміак нейтрализується аніонами неорганічних та органічних кислот і екскретується з сечею у вигляді солей амонію.

Впечінці аміак знешкоджується аміак з утворенням сечовини.

Орнітиновий цикл сечовиноутворення

Ганс Кребс в 1932 році описав шлях синтезу сечовини, що відбувається у мітохондріях і цитоплазмі гепатоцитів. Джерелом одного атома азоту є аспартат, іншого – аміногрупи транспортних форм аміаку, а атома вуглеця – вуглекислий газ.

Цикл сечовини. Спочатку молекула аміаку взаємодіє з СО2 та 2АТФ з утворенням карбамоїлфосфату, який реагує з орнітином з утворенням цитруліну. Далі цитрулін взаємодіє з аспарагіновою кислотою з утворенням аргінінсукцинату, який розпадається на аргінін та

фумарову кислоту. Аргінин під впливом аргінази руйнується до сечовини та орнітину, тої речовини, з якої починався синтез сечовини. Для функціонування цикла необхідна також регенерація аспарагінової кислоти.

Перетворення фумарової кислоти на аспарагінову відбувається в циклі фумарової кислоти. Спочатку фумарова кислота гідратуєтся на яблочну кислоту (малат), що далі окислюється на оксалоацетат, який перетворюється на аспарагінову кислоту (отримує аміногрупу) при переамінування з глутаміновою кислотою. Цим забезпечується ресинтез аспартату і включення другого атому азоту в молекулу сечовини.

За добу в організмі синтезуєтся до 25-35г. сечовини. Сечовина – це нетоксична речовина, добре розчинна в воді, виводиться з сечею нирками.

Порушення циклу утворення сечовини мають вроджний характер і є наслідком зниження активності одного з ферментів цього циклу. Найбільш часто зустрічаються генетичні дефекти по карбамоїлфосфатсинтетазі та орнітинкарбамоїлфосфаттрансферазі. Ці захворювання проявляються зростанням концентрації аміаку в крові, симптомами отруєння аміаком і зниженням рівня сечовини.

Обмін окремих амінокислот Біологічне значення амінокислот. Амінокислоти використовуються: а) для синтезу

білків; б) як джерело енергії; в) вуглецевий скелет амінокислот може слугувати джерелом для синтезу глюкози (глюкогенні амінокислоти) або синтезу кетонових тіл і жирних кислот (кетогенні амінокислоти); г) кожна з амінокислот може використовуватися на синтез біологічно активних речовин, наприклад, біогенних амінів, глутатиона і т.д.

Гліцин. Гліцин - замінна глюкогенна амінокислота, що синтезується із серину або треоніну. Гліцин використовується: 1) для синтезу глутатіону; 2) для утворення парних жовчних кислот (глікохолевої, глікодезоксихолевої і ін.); 3) на синтез гема; 4) для синтезу креатину; 5) для синтезу пуринових нуклеотидів; 6) для синтезу холіну; 7) для перетворення бензойної кислоти на гіпурову; 8) гліцин у значних кількостях (до 30%) входить до складу колагену.

Серин. Замінна амінокислота 1. Використовується для синтезу білка і входить до складу активних центрів багатьох ферментів - трипсину, хімотрипсину, ацетилхолінестерази; 2) Регуляція активності більшості білків здійснюється шляхом фосфорилювання протеїнкіназами залишків серину. Надзвичайно токсичні фосфорорганічні отрути блокують залишки серину в білках і виключають їхню функцію; 3) Серин - донор одновуглецевих фрагментів (метілентетрагідрофолату); 4) Серин використовується для синтезу цистеїна. 5) Серин – глюкогенна амінокислота; 6) серин використовується для синтезу гліцерофосфоліпідів.

Цистеїн. Замінна амінокислота.У білках ця амінокислота знаходиться у вигляді цистеїну та його дисульфіду - цистіну. Останній утворюється при окисленні двох молекул цистеїну.

Біологічне значення. 1) Цистеїн стабілізує третинну структуру білка; 2) входить до складу активних центрів карбоксипептидаз, протеаз апоптозу, папаїну, у великих кількостях він входить до складу кератинів шкіри і волос; 3) важливе джерело сульфату, що використовується для синтезу глікозаміногліканів і кон’югації ксенобіотиків; 4) глюкогенна амінокислота 5) джерело таурину для синтезу парних жовчних кислот (таурохолевої, тауродезоксихолевої), для розвитку і функціонування мозку, сітківки ока, серця (медіатор); 5) попередник глутатіону.

Метіонін. Незамінна амінокислота і в організмі людини не синтезується. Використовується для синтезу білка. Глюкогенна амінокислота, головне джерело метильних груп для синтезу адреналіна, креатина, ансерина, холіна, фосфатидилхоліна.

Глутамінова кислота. Глутамін. Замінні глюкогенні амінокислоти. Глутамат утворюється при трансамінуванні α-кетоглутарату, а глутамін - при амідуванні глутамату.

Значення глутамату. 1) Використовується для синтезу білка, джерело негативно заряджених груп у білковій молекулі; 2) Залишки глутамату в білках згортання крові і

кісток піддаються вітамін К-залежному карбоксилюванню з утворенням карбоксиглутамінової кислоти (вона має додаткову карбоксильную групу), що надає білкам здатність зв'язувати іони Са2+; 3) глутамат і глутамін – транспортні форми аміаку; 4) при декарбоксилюванні глутамату утворюється ГАМК - гальмівний медіатор; 5) глутамат - головний збудливий медіатор. При високих концентраціях глутамат діє токсично, викликаючи нагромадження кальцію і загибель нейронів. У мозку є багато типів глутаматних рецепторів, що відрізняються за чутливістю до N-метил-D- аспарагінової кислоти. З порушенням функції цих рецепторів зв'язують такі захворювання як епілепсія, шизофренія; 6) глутамін бере участь у синтезі пуринових і піримідинових нуклеотидів; 7) з глутамату утворюється гістидин, пролін, орнітин, аргінін; 8) глутамат необхідний для синтезу глутатіону і обміну фолиєвої кислоти (у тканинах утворяться полиглутамати фолиєвой кислоти);

Аспарагінова кислота. Аспарагін. Замінні і глюкогенні амінокислоти. Аспартат утворюється шляхом трансамінування оксалооцетату (щавелевооцтової кислоти), а аспарагін - шляхом амідування аспарагінової кислоти

Значення: 1) Використовується для синтезу білка, джерело негативно заряджених груп в його молекулі; 2) аспартат і аспарагін – транспортні форми аміаку; 3) при декарбоксилюванні аспартату по першій карбоксильній групі утворюється β-аланін, а по останній – α-аланін; 4) Аспартат використовується для синтезу пуринових і піримидинових нуклеотидів; 5) Аспартат учасник циклу синтезу сечовини; 6) Аспартат, N-aцетилaспартат збудливі нейромедіатори в мозку; 7) Пухлини мають потребу в підвищеній кількості аспарагіну, але самі слабко синтезують його з аспартату. Тому для лікування пухлин використовують фермент аспарагіназу, що руйнує аспарагін і позбавляє їх аспарагіну.

Аргінін. Замінна амінокислота для дорослих, у дітей синтезується в недостатніх кількостях (частково незамінна).

Значення аргініну: 1) Використовується для синтезу білка, джерело позитивно заряджених груп у його молекулі. Ядерні білки – гістони і протаміни містять багато аргініну

івідносяться до основних білків; 2) аргінін бере участь в циклі утворення сечовини; 3) разом із гліцином аргінін утворює гуанідинацетат - попередник креатинфосфату; 4) Орнітин (продукт обміну аргініну) при декарбоксилюванні дає путресцин - попередник сперміну і спермідину - регуляторів клітинної проліферації; 5) при декарбоксилюванні аргініну утворює агматин – нейромедіатор з анальгетичною дією; 6) Аргінін - джерело оксиду азоту. Оксид азоту - головний фактор розслаблення судин, медіатор запалення, інгібітор агрегації тромбоцитів, регулятор функції мітохондрій.

Лізин. Незамінна амінокислота використовується для синтезу білка, джерело позитивно заряджених груп у білковій молекулі. Велика кількість лізину міститься в гістонах

іпротамінах, фібриногені. Залишки лізина в колагені піддаються гідроксилюванню з утворенням оксилізину, що важливо для дозрівання колагену.

Фенілаланін і тирозин. Фенілаланін - незамінна амінокислота, тирозин синтезується з

фенілаланіну. Фенілаланін і тирозин беруть участь в утворенні білкової молекули і за рахунок своїх ароматичних циклів надають їй гідрофобні властивості.

1) З тирозину утворюються катехоламіни – дофамін, норадреналін і адреналін; 2) Тирозин - попередник пігменту шкіри меланіну; 3) Тирозин після йодування перетворюється в тиреоїдні гормони –т рийодтиронін і тироксин.

Головний шлях катаболізму фенілаланіну полягає в його гідроксилюванні до тирозину фенілаланінгідроксилазою, а другорядний - у трансамінуванні до фенілпірувату. При генетичному дефекті фенілаланінгідроксилази (захворювання фенілпіровиноградна олігофренія) порушується перетворення фенілаланіну на тирозин. Це призводить до накопичення фенілаланіну, надлишок якого токсично діє на мозок дитини. Як наслідок нестачі тирозину порушується утворення нейромедіаторов (дофаміну і норадреналіну). Розвивається недоумство. Одним з шляхів усунення надлишку фенілаланіну при фенілкетонурії є посилення його трансамінування до фенілпірувату. Тому із сечею дітей з

фенілкетонурією виділяються великі кількості фенілпіровиноградної кислоти. Лікування полягає у використанні дієти з низьким вмістом фенілаланіну в білках.

Існують генетичні дефекти і обміну тирозину. При алкаптонурії (дефіцит оксидази гомогентизинової кислоти) із сечею виділяється багато гомогентизинової кислоти, продукти окислення якої надають сечі чорний колір. При альбінізмі (дефіцит тирозинази) порушується утворення пігменту меланіну.

Триптофан. Незамінна амінокислота. 1) З триптофану утворюється нейромедіатор серотонін і гормон епіфізу меланотонін; 2) Триптофан перетворюється у вітамін РР (В5).

Гістидин. Умовно незамінна амінокислота 1) входить до складу активних центрів ферментів, забезпечує кислотно-основний каталіз (хімотрипсин, тромбін, холінестераза, рибонуклеаза, фосфоліпаза), за рахунок гістидину зв'язується гем з білком гемоглобіну; 2) При декарбоксилюванні гістидину утвориться гістамін, медіатор запалення й алергії. Гістамін - стимулятор секреції шлункового соку.

Пролін. Замінна і глюкогенна амінокислота. Пролін входить до складу всіх білків, але особливо його багато в колагені. Дозрівання колагену вимагає гідроксилювання проліну в оксипролін (реакція катализується аскорбіновою кислотою).

Складні білки

Білки, при гідролізі яких крім амінокислот, утворюється небілкова (простетична) група, називають складними. В залежності від того, чим представлена простетична група, виділяють такі складні білки: хромопротеїни; нуклеопротеїни; ліпопротеїни; глікопротеїни; фосфопротеїни; сульфопротеїни; дикомпонентні ферменти.

Хромопротеїни складаються з простого білка і міцно зв’язаного з ним забарвленого компоненту (chroma – фарба). Серед хромопротеїнів виділяють гемопротеїни (гем як простетична група), магній-порфірини і флавопротеїни. Хромопротеїни відіграють в організмі значну роль, так як беруть участь у фотосинтезі, диханні, транспорті кисню і вуглекислого газу, окислювально-відновних реакціях, сприйнятті світла і кольору тощо.

До гемопротеїнів відносять гемоглобін та його похідні, міоглобін, хлорофілвмісні білки і ферменти ( цитохромна система, каталаза, пероксидаза). Всі вони містять в якості небілкового компоненту структурно схожі залізо- (або магній) порфірини, але різні за складом і структурою білки.

Гемоглобін як білок містить глобін і гем в якості простетичної групи. В основі структури гему лежить порфіринове кільце з 4 заміщених піролів, з’єднаних між собою метиновими (-СН=) містками. Незаміщений порфірин називається порфін. В молекулі гему порфін представлений протопорфірином 1Х, що містить 4 метильні, 2 вінільні групи і 2 залишки пропанової кислоти. Після приєднання залізу протопорфірин перетворюється на гем. Координаційне число заліза в гемі – 6. Воно зв’язано з азотами піролів двома ковалентними і 2 координаційними зв’язками. За рахунок 5-ого зв’язку гем сполучається із білком, а 6-им приєднує кисень, СО, ціаніди і т.і.

Гемоглобін – це сполука гема з білком глобіном. М.м. 66 – 68 000. Глобін має 4 субодиниці – 2 α- і 2 β- , кожна з яких обгортає 1 молекулу гему. α – ланцюг містить 141, а

β -ланцюг – 146 амінокислотних залишка.

Розрізняють фізіологічні і патологічні (аномальні) форми гемоглобіну Основний

гемоглобін дорослої людини – це HbA, що містить 2α- і 2δланцюги (від латинського adultus – дорослий). На ранніх стадіях розвитку ембріону з’являється HbP (до 3-х місяців). Примітивні гемоглобіни заміняються на HbF (фетальний, з латинської - fetus – плід),

замість ε -ланцюгів синтезуються γ-ланцюги. До моменту народження плід має близько 70% HbF. На пізніх стадіях розвитку плода з’являється Hb A. Протягом 3-4 місяців після народження проходить різке зниження HbF до 1-2% і заміна його на HbA. HbP і HbF володіють більшою спорідненістю до кисню.

В результаті мутацій у генах, що контролюють синтез ланцюгів, можлива поява аномальних варіантів гемоглобіну, що відрізняються за амінокислотним складом, за фізикохімічними властивостями і здатністю транспортувати кисень.

Патологічні стани, що виникають внаслідок наявності в крові патологічних форм гемоглобінів, називаються гемоглобінозами, які поділяють на гемоглобінопатії і таласемії.

При гемоглобінопатіях має місце молекулярний дефект в первинній структурі поліпептидних ланцюгів. Таласемії – це уроджений дефект синтезу гемоглобінів, коли

взагалі відсутні α - або β -ланцюги. Клінічно проявляють анеміями, що несумісні з життям. HbS – мутантний гемоглобін, в β-ланцюгу якого в шостому положені глутамінова

кислота заміщена на валін. Зменшується негативний заряд гемоглобіну, знижується його спорідненість до кисню, окремі молекули злипаються утворюючи ниткоподібні агрегати, які надають еритроциту форму серпа –“серпоподібно-клітинна анемія”. Такі еритроцити легко гемолізують в судинах.

HbC – глютамінова амінокислота в 6-му положенні β -ланцюга заміщена на лізин. Еритроцити, що містять цей гемоглобін, здатні до гемолізу.

Таласемії – гемолітичні анемії внаслідок утворення аномальних форм гемоглобіну в якому відсутні окремі ланцюги.

Сполуки гемоглобіну: Фізіологічні

1.оксигемоглобін – гемоглобін, що переносить кисень

2.карбгемоглобін – з′ єднання гемоглобіну з вуглекислим газом.

Патологічні

1.карбоксигемоглобін – сполука гемоглобіну з чадним газом (СО). Спорідненість Нb до СО в 300 разів вища ніж до кисню

2.метгемоглобін утворюється при дії на гемоглобін окисників. В цій формі залізо

трьохвалентне. Воно не може зв’язувати кисень, однак легко зв’язує ціаніди .

Біосинтез гемоглобіну

В організмі людини міститься близько 5г заліза, з якого на долю гемоглобінів крові приходиться 60-70%, на долю міоглобіну – 3-5%, феритину – 20%. Залізо всмоктується в кишечнику у вигляді двохвалентного іону після звільнення його з комплексів з білками. В клітинах слизової оболонки кишечнику залізо вже у формі трьохвалентного іону сполучається з білком апоферитином з утворенням стабільного комплексу феритину. Далі

залізо транспортується в комплексі з β-1-глобуліновою фракцією сироватки крові (трансферином) або залізо з’єднується з апоферитином тканин, де депонується у вигляді феритину. Джерелом залізу для синтетичних цілей є харчові продукти, а також залізо, що звільнюється при розпаді еритроцитів.

Білкова частина - глобін синтезується як всі білки.

В синтезі гему беруть участь гліцин та сукциніл-КоА.

Спочатку сукциніл-КоА взаємодіє з гліцином з утворенням δ-амінолевулінової кислот

(δ-АЛК). Реакція відбувається в ендоплазматичному ретикулюмі клітин печінки під впливом піридоксальфосфатзалежного ферменту, ключового, алостеричного ферменту в синтезі пірролів. Фермент індукується стероїдами, гальмується гемом.

На другій стадії відбувається конденсація 2 молекул δ -АЛК з утворенням першої монопірольної сполуки – порфобіліногену під впливом порфобіліногенсинтетази, яка також є регуляторним ферментом, який гальмується кінцевими продуктами синтезу.

Потім з 4 монопіролів порфобіліногену синтезується тетрапірольний комплекс протопорфірин 1Х – попередник гему, який в заключній стадії приєднує молекулу заліза за участю гемсинтетази і утворює гем.

Травлення гемоглобіну в ШКТ