Вопрос 21. Расщепление белков в жкт

Расщепление белков пищи

Биологическая ценность белков животного и растительного происхож-

дения определяется составом аминокислот, в первую очередь незаменимых.

Если в пищевых продуктах белки содержат все незаменимые аминокислоты,

то такие белки относятся к полноценным. Остальные пищевые белки – не-

полноценные. Растительные белки, в отличие от животных, как правило, ме-

нее полноценны. Существует международный условный образец состава

белка, отвечающего потребностям организма. В этом белке 31,4 % составля-

ют незаменимые АК, остальные – заменимые. В качестве эталонного белка с

необходимым содержанием незаменимых аминокислот и наиболее физиоло-

гичным соотношением каждой из них был принят белок куриного яйца. Лю-

бые пищевые белки сравниваются по составу аминокислот с эталонным. Об-

щая суточная потребность в белках взрослого человека составляет 80–100 г

(100–120 г), из них половина должна быть животного происхождения. Расщепление пищевых белков происходит в двух отделах желудочно-

кишечного тракта (ЖКТ): желудке и тонком кишечнике (куда выделяются

секреты желез, содержащие соответствующие ферменты). В полость ЖКТ

ежесуточно поступает около 8,5 л пищеварительных соков, в которых со-

держится до 10 г различных ферментов. Расщепление белков в ЖКТ бывает

двух видов: полостное (гидролиз ферментами, находящимися в свободном

виде)

и мембранное, или пристеночное (гидролиз ферментами, находящимися в со-

ставе мембран). Мембранное пищеварение происходит в ворсинках кишеч-

ника. Особенность его состоит в том, что гидролиз небольших молекул, на-

пример, дипептидов, происходит на поверхности клеточной мембраны ки-

шечного эпителия и одновременно сочетается с транспортом продуктов гид-

ролиза внутрь клетки.

Белки пищи проходят следующие обязательные этапы метаболизма:

1) расщепление в ЖКТ; 2) всасывание (или транспорт через стенки кишечни-

ка); 3) транспорт от кишечника к другим органам и тканям; 4) проникновение

внутрь клетки (транспорт через клеточную мембрану); 5) превращение фер-

ментными системами клетки.

Протеолитические ферменты, участвующие в переваривании белков и

пептидов пищи, синтезируются и выделяются в полость ЖКТ в виде профер-

ментов или зимогенов. Зимогены неактивны и не переваривают собственные

белки клеток.

Переваривание белков начинается в желудке. У взрослого человека

в желудок поступают секреты из протоков от 10 до 30 млн. желудочных же-

лез. Секреция осуществляется железами, образованными клетками трех ти-

пов: главными, вырабатывающими и секретирующими пепсиноген (предше-

ственник пепсина); мукозными, вырабатывающими слизь; обкладочными,

секретирующими НСl, а у человека внутренний фактор – мукопротеин, необ-

ходимый для нормального всасывания из кишечника поступающего с пищей

витамина В12. Концентрация НСl в полости желудка достигает 0,16 М (около

0,5 %); за счет этого желудочный сок имеет рН 1-2.

Пепсин – главный протеолитический фермент желудочного сока;

М.м. 34,6 кДа. Образуется из пепсиногена (М.м. 40 кДа) при отщеплении

N-концевой части молекулы, включающей 42 а.о.(44 а.о.); 18 % от числа всех

аминокислотных остатков в молекуле пепсиногена. Полипептидная цепь

пепсиногена включает пепсин (34,6 кДа), фрагмент п/п цепи, являющейся

ингибитором пепсина (М.м. 3,1 кДа), и остаточный или структурный пептид.

Ингибитор пепсина обладает резко основными свойствами, так как состоит

из 8 остатков Lys и 4 остатков Arg. Активация включает отщепление

с N-конца сначала остаточного пептида, а затем ингибитора пепсина и про-

исходит либо спонтанно (при рН 2 и ниже медленно), либо катализируется

предобразованным пепсином, т.е. аутокаталитически (быстро). В итоге пеп-

синоген, секретированный в полость желудка, превращается в пепсин в течение нескольких секунд. От денатурирующего влияния НСl и переваривающего действия пеп-

сина собственные белки стенок желудка предохраняет слизистый секрет, со-

держащий гликопротеины. Пепсин расщепляет связи, образованные СООН-

группами ароматических АК : Phe, Tyr, Trp. Медленнее гидролизуются связи,

образованные алифатическими и дикарбоновыми кислотами. Пепсин – эндо-

пептидаза, поэтому в результате действия пепсина белки в желудке распада-

ются до пептидов; свободные АК практически не образуются.

НСl, помимо активации песиногена, участвует в денатурации большин-

ства белков, что облегчает их последующее расщепление пепсином. Кроме

того, кислый желудочный сок, обладая бактерицидным действием, создает

барьер для попадания болезнетворных бактерий в кишечник. Кроме пепсина,

в желудке есть гастриксин, близкий по строению и механизму действия пеп-

сину.

Дальнейшее переваривание белков происходит в слабощелочной среде

тонкого кишечника под действием ферментов поджелудочной железы

(ПЖЖ) и клеток кишечника. В кишечник протеолитические ферменты из

ПЖЖ также поступают в виде проферментов. Активация этих зимогенов

происходит путем частичного протеолиза их полипептидной цепи, то есть

того фрагмента, который маскирует активный центр протеиназ. Расщепление

белков в 12-перстной кишке требует одновременного действия нескольких

протеолитических ферментов в силу их определенной специфичности дейст-

вия. Следовательно, все проферменты ПЖЖ должны превращаться в актив-

ные ферменты в одно и то же время.

Для всех панкреатических проферментов – трипсиногена, химотрипси-

ногена, проэластазы и прокарбоксипептидаз – имеется один общий актива-

тор: трипсин. Поэтому ключевым процессом активирования всех зимогенов

является образование трипсина. Трипсиноген активируется с помощью ки-

шечной энтеропептидазы. Кроме того, образующийся трипсин аутокаталити-

чески способствует превращению трипсиногена в трипсин. Энтеропептидаза

гидролитически отщепляет от трипсиногена гексапептид (Val-Asn-Asn-Asn-

Asn-Lys), в результате изменившейся конформации п/п цепи формируется

активный центр фермента.

Все другие проферменты ПЖЖ активируются трипсином также путем

частичного избирательного протеолиза. Трипсин и химотрипсин (ХТ) – эндопептидазы, отличающиеся по суб-

стратной специфичности. Трипсин расщепляет пептидные связи, в образова-

нии которых принимает участие карбоксильная группа Arg и Lys. ХТ расще-

пляет те пептидные связи, в образовании которых принимают участие СО-

ОН-группа Try, Phe, Tyr, а также АК с гидрофобными радикалами большого

размера. Карбоксипептидазы А и В – экзопептидазы, отщепляющие с С-

конца полипептидной цепи строго определенные аминокислотные остатки.

Регуляция активности панкреатических протеинов осуществляется

двумя различными путями. 1-й путь – превращение профермента в активную

протеиназу путем расщепления одной пептидной связи. Второй регулятор-

ный механизм связан с присутствием специфических ингибиторов протеиназ.

Например, ингибитор трипсина, белок с М.м. 6 кДа, ингибирует трипсин,

прочно связываясь с его активным центром. Комплекс трипсин-ингибитор

трипсина достаточно стабилен (не диссоциирует ни в 8 М растворе мочеви-

ны, ни в 6 М растворе гуанидинхлорида). Период полужизни комплекса со-

ставляет несколько месяцев. Ингибитор обладает очень высоким сродством к трипсину в силу почти идеальной комплементарности его структуры активному центру

трипсина.

Последний этап переваривания происходит при участии ферментов,

синтезируемых клетками кишечника – аминопептидаз и дипептидаз. Эти

ферменты в небольших количествах выделяются в просвет кишечника. Од-

нако преобладающая часть дипептидов и одигопептидов расщепляется после

их поступления в клетки кишечника. В кровоток из клеток кишечника посту-

пают только аминокислоты.

Последовательное действие всего набора пищеварительных пептидгид-

ролаз обеспечивает полное расщепление белков до АК. Слож-

ный процесс переваривания пищевых белков в ЖКТ устроен таким образом,

чтобы путем последовательного действия протеолитических ферментов ли-

шить белки видовой и тканевой специфичности и придать продуктам распада способность всасываться в кровь через стенку кишечника. Около 95–97 % белков пищи всасываются в виде свободных АК в кишечнике.