Биологическая химия / Лекции / 9-10-11 Обмен белков, АК, амиака

1

ОБМЕН БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ

Азотистый баланс

Во всех клетках организма постоянно идут процессы синтеза и распада веществ.

Также как и любые другие молекулы, белковые молекулы в организме непрерывно распадаются и синтезируются, т.е. идет процесс самообновления белков. В здоро-

вом организме мужчины массой 70 кг величина скорости распада соответствует ско-

рости синтеза и равна 500 г белка в сутки.

Если скорость синтеза белков равна скорости их распада, наступает азотистый баланс, или по другому, это состояние, когда количество выводимого азота равно

количеству получаемого (Vпоступ = Vвывод).

Если синтез белков превышает скорость их распада, то количество выводимого

азота снижается и разность между поступающим азотом и выводимым (Vпост – Vвыв)

становится положительной. В этом случае говорят о положительном азотистом балансе. Положительный азотистый баланс наблюдается у здоровых детей, выздо-

равливающих больных, спортсменов при наборе формы, т.е. в тех случаях, когда

усиливается синтез структурных и функциональных белков в клетках.

При возрастании доли выводимого азота наблюдается отрицательный азотистый баланс. Отрицательный баланс отмечается у больных и голодающих.

Всемирная организация здравоохранения рекомендует принимать не менее 42 г белка в сутки. Только в этом случае в организме наступает азотистый баланс.

В России нормы поступления белка в организм установлены на уровне 100-120

г/сут.

Дополнение

В разных странах нормы потребления белка варьируют от 180-200 г/сут в Швеции до 60-70 г/сут в США. Причины таких различий не совсем ясны, возможно, это связано с климатическими условиями разных стран.

Для выяснения обоснованных величин потребления белка добровольцы в течение 10 дней находились на искусственной безбелковой диете. При определении азота в моче выявлена его концентрация около 3700 мг/сут, тогда как в контрольной группе эти величины были 30-400 мг/ сут. Количество азота 3700 мг соответствует примерно 23 г белка, т.е. такое количество белка распадалось у испытуемых в сутки. Величина 23 г белка в сутки получила название коэффициент изнашивания. Однако. при приеме 23 г белка с пищей у добровольцев наблюдался отрицательный азотистый баланс, т.е. продолжали преобладать процессы распада белков. Равновесие наступало только при приеме 45 г белка в сутки, эта величина получила название физиологический минимум.

Есть и другие данные: выявленные потери азота с калом – 12 мг/кг веса (в среднем соответствует 840 мг/70 кг или 13,6 г белка/сут), с дыханием – 2 мг/кг (140 мг/70 кг или 2,28 г белка/сут),с эпителием кожи – 3 мг/кг (210 мг/70 кг или 3.4 г белка/сут). В сумме составляет 19,3 г/ белка в сутки

.Основной трудностью при расчете нормативов потребления белков является

разнообразие их аминокислотного состава и неодинаковая потребность организма в

разных аминокислотах.

Поэтому введены критерии качества белка:

●аминокислотный состав – в белке должно быть не менее 32% незаменимых

аминокислот,

●близость аминокислотного состава белка к таковому белков тела человека,

●легкость переваривания в ЖКТ

2

Существует понятие оптимального по всем параметрам идеального белка, к

нему наиболее близок белок куриного яйца.

Дополнение

Растительные белки считаются неполноценными, так как в их составе мало незаменимых аминокислот, доля тех или иных аминокислот в белке резко отличается от животных, также в таких продуктах, как бобовые (соя, горох, фасоль) содержится пеп- тид-ингибитор трипсина, ухудшающий переваривание этих продуктов в сыром, термически необработанном виде.

Строение некоторых белков снижает или даже исключает их усвоение: например, плохо переваривается коллаген, белок волос и шерсти кератин вообще не гидролизуется в ЖКТ, так как содержит очень много дисульфидных (S–S) связей, для расщепления которых у животных нет ферментов.

Нарушением потребления белков является квашиоркор – нехватка белков, осо-

бенно животных, в пище. В результате возникает дисбаланс аминокислотного соста-

ва пищи и недостаток незаменимых аминокислот. Заболевание наиболее характерно для слаборазвитых районов Земли и его начало совпадает с отнятием ребенка от

груди матери (1,5-3 годика), когда он лишается полноценного белка и переходит на

скудное растительное питание взрослых. У больных наблюдается истощение, оста-

новка роста, отечность, анемия, нарушение интеллекта и памяти, умственная отсталость, гипопротеинемия и аминоацидурия.

ВНЕШНИЙ ОБМЕН БЕЛКОВ

Переваривание белков начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперст-

ной кишке и тонком кишечнике. Распад белков и аминокислот может происходить также в толстом кишечнике под влиянием микрофлоры.

Желудок

РЕГУЛЯЦИЯ ЖЕЛУДОЧНОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ

Осуществляется нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными

механизмами.

К гормональным регуляторам желудка относятся гастрин и гистамин

Гастрин выделяется специфичными G-клетками:

•в ответ на раздражение механорецепторов;

•в ответ на раздражение хеморецепторов (продукты первичного гидролиза

белков);

•под влиянием n.vagus, бомбезина.

Он стимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, также усиливает секрецию гистамина.

Гистамин, взаимодействуя с Н2-рецепторами на обкладочных клетках желудка, увеличивает в них синтез и выделение соляной кислоты.

Закисление желудочного содержимого подавляет активность G-клеток и по ме-

ханизму обратной отрицательной связи снижает секрецию желудочного сока.

Соляная кислота

Одним из компонентов желудочного сока является соляная кислота, вызываю-

щая

•превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин

•снижение рН желудочного содержимого до 1,5-2,5. У грудных детей кислотность желудочного сока не высока, т.к. обеспечивается в основном молочной, а не со-

ляной кислотой.

6

• при помощи фермента γ-глутамилтрансферазы.

Переносчиком некоторых аминокислот (обычно нейтральных) по этой схеме яв-

ляется трипептид глутатион. При взаимодействии глутатиона с аминокислотой на внешней стороне клеточной мембраны при участии глутамилтрансферазы.

γ-глутамильный остаток связывает аминокислоту и происходит ее перемещение внутрь клетки. Глутатион при этом распадается на составляющие. После отделения аминокислоты происходит ресинтез глутатиона.

Нарушение процессов переваривания

ПИЩЕВЫЕ АЛЛЕРГИИ

Враннем постнатальном периоде (у новорожденных и до 2-3 месяцев) прони-

цаемость стенки кишечника у детей даже в норме повышена. У них возможно всасы-

вание коротких пептидов, в том числе и антигенных.

Одновременно такая особенность обеспечивает проникновение антител молозива и материнского молока в кровь ребенка и создание ему пассивного иммунитета. Молозиво, в частности, содержит ингибитор трипсина, предохраняющий иммуногло-

булины от быстрого гидролиза. Однако при искусственном вскармливании при нали-

чии неблагоприятных обстоятельств (гиповитаминозы, индивидуальные особенности) нарушается нормальная проницаемость кишечной стенки и создается повы-

7

шенный поток в кровь ребенка пептидов коровьего молока и яиц – развивается пи-

щевая аллергия.

Некоторые пептидные участки альбумина коровьего молока и человеческого инсулина схожи между собой. Поэтому при переходе их через кишечный барьер у носителей антигенов главного комплекса гистосовместимости D3/D4 может возникнуть перекрестная иммунная реактивность и, как следствие, аутоиммунный ответ против собственных β-клеток, что приводит к инсулинзависимому сахарному диабету.

Аналогичная ситуация может наблюдаться у взрослых при гельминтозах, дисбак-

териозах, поражении слизистой оболочки кишечника токсинами и т.п. Оздоровление и восстановление целостности кишечника существенно облегчает лечение аллер-

гий.

ГНИЕНИЕ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ

При ухудшении всасывания аминокислот, при избытке белковой пищи, при на-

рушении деятельности пищеварительных желез, недопереваренные остатки белков

достигают толстого кишечника, где подвергаются воздействию кишечной микрофлоры. Этот процесс получил название гниение белков в кишечнике. Он также акти-

вируется при снижении перистальтики кишечника (запоры). При этом образуются продукты разложения аминокислот, представляющие собой как токсины (кадаверин, путресцин, крезол, фенол, скатол, индол, пиперидин, пирролидин), так и нейромедиаторы (серотонин, гистамин, октопамин. тирамин). При распаде серусодержащих аминокислот образуются сероводород и метилмеркаптан (СН3SН).

8

Дополнение

Всасываясь в кровь, эти вещества вызывают колебания артериального давления, понижение болевой чувствительности, анемии, миокардиодистрофии, понижение аппетита, нарушение желудочной секреции, в тяжелых случаях возможны угнетение дыхания, сердечной деятельности и кома.

Например, серотонин влияет на мозговое кровообращение, изменяя тонус сосудов, и участвует в патогенезе мигрени. Октопамин вызывает изменения на ЭЭГ, хлопающий тремор, извращение сна. Тирамин способен провоцировать гипертензию.

Детоксикационные системы печени

В печени происходит обезвреживание токсических веществ, поступающих из

толстого кишечника с помощью двух систем:

•система микросомального окисления;

•система конъюгации.

Цель и суть работы систем обезвреживания заключается в маскировке токсич-

ных групп (например, в феноле токсична ОН-группа) и/или в придании гидрофильности молекуле, что способствует ее выведению с мочой и отсутствию накопления в

нервной и жировой ткани.

МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ

Микросомальное окисление – это последовательность реакций с участием оксигеназ и НАДФН, приводящих к внедрению атома кислорода в состав неполярной молекулы и появлению у нее гидрофильности.

Реакции осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro микросомальные мембраны). Ферменты организуют короткую цепь, которая заканчивается цитохромом P450. Цитохром Р450 включает один атом кислорода в молекулу субстрата, а другой – в молекулу воды.

Субстрат окисления не обязательно является чужеродным веществом (ксенобиотиком). Микросомальному окислению подвергаются предшественники желчных кислот и стероидных гормонов.

КОНЪЮГАЦИЯ

Для маскировки токсичных групп и придания большей гидрофильности молекуле

существует процесс конъюгации, т.е. ее связывания с высокополярным соединением

– таким соединением являются серная, глюкуроновая, уксусная кислоты, глицин, глу-

тамин. В клетках они часто находятся в связанном состоянии:

• серная кислота связана с -3'-фосфоаденозин-5'-фосфатом и образует фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС);

9

•глюкуроновая связана с уридилдифосфорной кислотой и образует уридилди-

фосфоглюкуроновую кислоту (УДФГК);

•уксусная кислота находится в виде ацетил-S-коэнзима А.

ОБРАЗОВАНИЕ ЖИВОТНОГО ИНДИКАНА

Примером реакций обезвреживания веществ с участием микросомального окисления и систем конъюгации является превращение индола в животный индикан.

10

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ

Судьба аминокислот в клетке

Условно реакции превращения аминокислот в клетке можно разделить на три

части, в зависимости от реагирующей группы:

1.По радикалу.

2.По карбоксильной группе.

3.С участием аминогруппы.

Превращение аминокислот по радикалу

В организме присутствует 20 протеиногенных и еще больше непротеиногенных аминокислот. Соответственно существует аналогичное количество специфических путей для их катаболизма. Но, тем не менее, все эти пути сливаются, и сходятся к лишь 5 продуктам, которые вступают в ЦТК и здесь окисляются полностью до углекислого газа и воды с выделением энергии. Из общего количества энергии, образующейся в организме, на долю аминокислот приходится около 10%.

При определенных условиях углеродный скелет аминокислот не распадается, а участвует в синтезе углеводов (глюкогенные аминокислоты) и липидов (кетогенные аминокислоты).