Обмен белков и аминокислот.

Белки являются источником N₂ для организма, поступающий с белками азот выводится в виде конечных продуктов азотистого обмена, который характеризуется понятием азотистый баланс.

Азотистый баланс – разница между поступающими в организм N₂ и выводимым из организма.

Различают три вида:

• Азотистое равновесие

• Положительный азотистый баланс

• Отрицательный азотистый баланс

При положительном азотистом балансе поступление N₂ преобладает над выделением. Различают «+» азотистый баланс (беременность). Для детей 1 года жизни - +30%, в 4 года - +25%, в подростковом (14 лет) +14%. Ложный «+» азотистый баланс, при котором происходит задержка в организме конечных продуктов азотистого обмена. Это наблюдается при заболевании почек.

«-» азотистый баланс – преобладает выделение над поступлением. Это при тяжелых заболеваниях, туберкулез, ревматизм, онкологических заболеваний.

Азотистое равновесие – поступление N₂=его выделению. Характерно для здоровых взрослых людей.

Азотистый обмен характеризуется коэффициентом изнашивания – то количество белка, которое теряется из организма в условиях полного белкового голодания. Для взрослого – 53 мг/1 кг, 24 г/сут. У новорожденных коэффициент изнашивание выше и составляет 120мг/кг. Азотистое равновесие обеспечивается белковым питанием. Этот белковый рацион должен иметь определенное количество и начальными характеристиками.

Количественный критерий:

Для взрослых существует 2 нормы:

Белковый минимум – то количество белка, которое обеспечивает азотистое равновесие при условии, что все энергетические затраты обеспечиваются углеводами и жирами. 40-45 г/сут.

Белковый оптимум – если долго использовать белковый минимум, то постепенно при ограниченном доступе страдают иммунные процессы, процессы кроветворения, репродуктивная система, поэтому оптимально для взрослых является более высокая норма – оптимум (оно обеспечивает выполнение всех его функций без ущерба для здоровья). 100 – 120 г/сут.

Для детей: В настоящее время норма потребления пересматривается в сторону их снижения. Для новорожденного ≈ 2 г/кг, к концу 1 года до 1 г/сут (при естественном вскармливании). 1,5 – 2 г/сут (при искусственном вскармливании.

Качественный критерий:

Все белки делятся на полноценные и неполноценные. Полноценные белки должны отвечать следующим требованиям:

• Содержать набор всех незаменимых аминокислот (валин, лейцин, изолейцин, тропин, метионин, лизин, аргенин, гистидин, триптофан, фенилаланин).

• Соотношение между аминокислотами должно быть близким к соотношению в тканевых белках

• Хорошо перевариваться в ЖКТ

Полноценные жиры – животные. Для новорожденных все белки должны быть полноценными (белки грудного молока). В возрасте 3-4 года ≈ 70-75% должны быть полноценными. Для взрослых ≈ 50%.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ

• Протеолитические ферменты выделяются в неактивном состоянии (защитный механизм от переваривания тканевых белков)

• Их активирование происходит в просвете ЖКТ путем частичного протеолиза

• Протеазы ЖКТ могут относится либо к эндопептидам или экзопептидазам (концевые аминокислоты отрываются) они отличаются субстратной специфичностью.

Переваривание белков происходит в желудке и в тонком кишечнике. Основной фермент расщепляющий белок является пепсин. Он выделяется в неактивном состоянии в виде профермента – пепсиногена. Под действием HCl идет частичный протеолиз и превращение его в активную форму пепсин.

Это обнажает активный центр, меняет структуру белка. Пепсин относится к эндопептидазам (разрывает внутри пептидные связи) тирозин – фенлиаланин действует после этих аминокислот.

Роль HCl:

• Специфичный активатор пепсиногена

• Обеспечивает оптимум рН для пепсина (рН = 1-2)

• Вызывает частичную денатурацию белка

• Бактерицидный барьер

Слизистая желудка имеет целый ряд защитных механизмов:

1. выработка слизи (основной компонент ТАГ)

2. выделение пепсина в неактивном состоянии

3. выделение бикарбонатов

У детей процессы переваривания менее активны, чем у взрослых так как менее активный пепсин, более щелочная среда в желудке у маленьких детей в желудке кроме пепсина есть хемозин (фермент створаживающий молоко), гастриксин (рН 4-5), протеазы грудного молока, катепсины. В желудке происходит частичное перевариваривание белков до пептидов. Дальнейшее переваривание в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы и собственные ферменты.

Ферменты поджелудочной железы:

• трипсин

• хемотрипсин

• эластаза

• карбоксипептидазы

т

рипсин – выделяется поджелудочной железой в неактивном состоянии в виде трипсиногена, активируется ферментом энтеропептидазой (киназой) вырабатываемой слизистой кишечника. Активация путем частичного протеолиза ( 6 аминокислот)→освобождается активный центр. В активном центре в зоне связывания преобладают кислые кислоты (глю, асп), поэтому трипсин расщепляет пептидную связь образованную лизином и аргинином. Он активирует и другие ферменты и себя.

Хемотрипсин – вырабатывается в неактивном состоянии - хемотрипсиноген, активируется трипсином путем частичного протеолиза, относится к эндопептидазам, содержат в активном центре гидрофобной аминокислоты, расщепляет связи ароматических кислот (фен, тир)

Эластаза – активирует проэластаза, трипсином (частичный протеолиз), в активном центре эластазы преобладает ГЛИ, действует на пептидные связи.

Карбоксилазы – относятся к эндопептидазам, отщепляет концевые аминокислоты, тип А-отщепляют С-конец аминокислоты, ароматические (фен, тир) тип В – отщепления С-концевой от лизина и аргинина.

Ферменты поджелудочной железы:

• аминопептидазы

• дипептидазы

Аминопептидазы – эйкопептидазы, отщепляют N-конец аминокислоты среди аминопептидаз активной является лейкоаминопептидаза (ЛАГ). Дипептидазы расщепляет дипептидазы. В тонком кишечнике происходит полная гидролитическое расщепление пищевых белков до аминокислот. Образовавшиеся аминокислоты подвергаются всасыванию. У детей снижена активность ферментов слизистой кишечника и поджелудочной железы.

ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Na-зависимый активный процесс, нужна АТФ; перенос отдельных аминокислот осуществляется специальными переносчиками. Среди транспортных систем наиболее важной является система, предполагающая участие:

• трипептидаза глютадиона (глю-гли-цис) и глю имеет свободные СООН группы

• γ-глютамин-транс-пептидаза

Суть:

Аминакислота связана с глютаминовой кислотой и образует комплекс→подвергается всасыванию, глю-возвращается. Эта активно для ЦНС, сер, треонина.

У детей могут всасываться не только аминокислоты, но и пептиды и низкомолекулярными белками. Эта способность имеет 2 следствия:

• могут поступать Jg, антитела из грудного молока

• вызывают аллергическую реакцию

ГНИЕНИЕ БЕЛКОВ В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ

Процессу гниения подвергаются не полностью расщепляющиеся белки и отдельные аминокислоты. Оно под действием ферментов гнилостной микрофлоры. При гниении образуется большое количество газообразного и негазообразного нередко токсичные веществ. К продуктам гниения относится: CO₂, CH₄, NH₃, H₂S, меркаптаны, альдегиды, кетоны, карболовые кислоты, диамины.

Диамины образуются из аминокислот (лизин, орнитин). При их декарбоксилировании образуется:

Могут выводится из кишечника или обезвреживаться в печени, могут обезвреживать токсичные циклические продукты.

Ч

резвычайно токсичные, их всасывание происходит по системе vena porta, обезвреживание в печени.

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ В ПЕЧЕНИ ПРОДУКТОВ ГНИЕНИЯ БЕЛКОВ

Выделяют:

1. синтез мочевины из NН₃

2. м

   

   икросомальное окисление токсичных веществ – участвуют мооксидазы, в результате гидроксилирования идет снижение токсичности, повышается водорастворимость, повышается реакционная способность.

3. образование парных нетоксичных соединений – образующихся путем присоединения к обезвреживанию продуктами Н₂SО₄ в процессах обезвреживания участвует в активной форме ФАДС (фосфо-аденозил-фосо-сульфат), которая обезвреживает индоксил:

Калиевая соль этой кислоты выводится через почки. Его количество в моче свидетельствует об антитоксической функции почек и усилении гнилостных процессов.

Гиалуроновая кислота-активная форма это УДФ-глюкозовая кислота (урацил-рибоза-ф-ф-глюкуроновая кислота)

Глицин – бензойная кислота + глицерин→гиалуроновая кислота, используется для оценки антитоксической функции печени.

Проба Квина – вводят бензойную кислоту. Антипириновая проба – аптипириновое вещество, которое в печени подвергается микросомальное окисление.

Гнилостные процессы у детей отсутствуют. У взрослых усиление гнилостных процессов при снижении активности протеолитических ферментов желудка и кишечника при снижении моторики ЖКТ, дизбактериозах.

ДИНАМИЧЕСКОЕ ОСОТОЯНИЕ БЕЛКОВ В ОРГАНИЗМЕ.

Белки тканей организма постоянно обновляются, то есть подвергается распаду и постепенно замещаюися вновь синтезированными. В таких тканях как кровь, слизистая кишечника, печень приблизительно за 10 дней, Белки обмениваются на ½ - период полуобмена. В других тканях – кожа, мышцы период полуобмена >. Распад тканевых белков (катаболизм) осуществляют особые тканевые протеолитические ферменты катепсины. Выделяют несколько видов, которые обозначают: А, В, Д, Н, N. Катепсины локализованы как в лизосомах так и в цитозоле. Лизосомальные называются кислыми катепсинами так как оптимум рН= 4,5-5,5. Катепсины могут быть как эндопептидазами, так и экзопептидазами. В активном центре катепсинов могут присутствовать цистеин, аспарагиновая кислота, серин. Например катепсин Д по эффекту аналогичен катепсину желудочного сока, катепсин Н – печени, катепсин N – обладает калогенолитической активностью.

Биороль:

• участвует в обновлении тканевых белков

• разрушает дефективный денатуриновый белок. Обычно эти белки вначале соединяются в особый белок убиквинтин и после этого начинается разрушение дефективных белков катепсинами

• реконструктивная функция – катепсины переводят неактивные формы белки в активные.

• При голодании, кровопотери, интоксикации катепсины обеспечивают мобилизацию белков из условных депо белков (плазма крови, мышцы, печень).

В ткани всегда существует определенный запас аминокислот. Он поддерживается на достаточно постоянном уровне благодаря сбалансированности путей образования и использования аминокислот.

Пути образования тканевых аминокислот

1. Аминокислоты всосавшиеся из кишечника в результате переваривания пищевых белков (1/3 фонда)

2. Аминокислоты, образовавшиеся при распаде белков

3. Синтез в тканях заменимых кислот

Пути расходования

1. Синтез тканевых белков из пепетидов

2. образование небелковых N-содержащих веществ (пуриновые основания, креатинин, биогенные амины)

3. с энергитической целью

4. на синтез углеводов (глюконеогенез)

5. образование некоторых метаболитов липидного обмена

Катаболизм условно делят на: общие реакции (происходят в отношении радикала, аминогрупп, СООН-групп), специфические реакции.

Аминогруппы аминокислот.

NH₂ группы обычно с аминокислоты переносятся на альфа-кето-кислоту (чаще альфа-кетоглютаровую) с образовавшейся глютаминовой кислоты отщепляется NH₃, который в виде глютамина транспортируется к печени и почкам, где образуются конечные продукты азотистого обмена. Начальным процессом является трансаминирование. Это ферментативный процесс переноса NН₂ группы с аминокислоты на альфа-кето кислоту при участии витиамина В₆. Впервые эти процессы были изучены Браунштейном (1937). В процесс трансаминирования могут включатся все аминокислоты. В качестве альфа-кето кислоты, чаще используется ПВК, ЩУК, альфа-кетоглютаровая.

Наиболее активными трансферазами являются:

АлАТ – аланин-транс-аминаза

ГПТ – глютамино-ПВ-трансаминаза

ГЩТ – глютамино-щавелево-уксусная трансфераза

ГОТ –

Ко-ферментом является витамин В₆, чаще встречается в 2-х формах:

Распространение: злаки, дрожжи

Суточная потребность: ≈ 2 мг

Биороль: ко-фермент реакций трансаминирования и декарбоксилирования аминокилот

Авитаминоз: проявляется дерматитом, дегенерацией в нервной системе, демиелинизация нервных стволов

Биозначение: реакции трансаминирования велико:

1. Происходит потеря аминогрупп от аминокислоты без выделения токсичного NH₃

2. Способ последующего включения безазотистого остатка аминокислот в цикл Кребса с выделением энергии

3. Способ синтеза новых заменимых аминокислот в тканях (ПВК – ала, ЩУК – асп к-та, альфа-кетоглютаровая – глютаминовая)

4. Определение активности имеет важное диагностическое значение так как в разных тканях преобладает активность определенных трансаминаз.

В сердечной мышце высока активность аспартатаминотрансферазы; в печени- аланинтрансферазы. Нередко определяют коэффициент Де Ритиса = АсАт/АлАТ = 1,33. При инфаркте миокарда этот коэффициент увеличивается, при заболеваниях печени снижается.

Дезаминирование аминокислот.

В тканях различают несколько вариантов дезаминирования: окислительное, непрямое, внутримолекулярное.

Окислительное – это ферментативный процесс отщепление NН₂ от аминокислоты после предварительного окисления аминокислоты. В окислительном дезаминировании участвуют ферменты:

• Альфа-амино-кислото-оксидазы – флавиновые кислоты. В качестве ко-ферментов. их роль не велика так как малоактивны в таких условиях так как оптимум рН=10

• Д-амино-кислото-оксидазы – флавиновые ферменты. ФАД – коферменты, оказывают Д – амино-кислоты

• Глютамат ДГ – НАД(НАДФ) зависимых феремнтов очень активный фермент, аллостерический, олигомерный ингибитором является АТФ. Наиболее активна в процессе окислительного дезаминирования включается глютаминовая кислота.

• Глицин-оксидаза

Биозначение: эта реакция позволяет аминокислотам освобождаться от

аминогруппы и переходя в альфа-кето-кислоту включатся в цикл Кребса – биосинтетические процессы.

В тканях для большинтсва аминокислот в реакции трансаминирования и окислительного дезаминирования тесно друг с другом связаны и получили название:

Непрямое – так как возможности окислительного дезаминирования очень малы, поэтому вначале большинтсво аминокислот вступает в реакцию трансаминирования с альфа-кетоглютаровой кислотой. Образуется глютаминовая кислота подвергается активно окислительному дезаминированию под действием глютамат ДГ.

Около 1/3 аминокислот встраивается в непрямое дезаминирование.

Внутримолекулярное дезаминирование. В него чаще других входит гистидин, серин, треонин, цистеин. Для гистидина – происходит выделение NН₃ за счет внутримолекулярной перестройки:

Для серина:

У детей: процессы трансаминирования и дезаминирования идут более активно, чем у взрослых. Процессы

Декарбоксилирование – ферментативный процесс отщепления СО₂ из СООН групп.

Наиболее активно в деркарбоксилировании вступает гистидин, тирозин, глю кислота, триптофан. Образующийся при декарбоксилировании амины называются биогенными аминами, как правило, обладают высокой физиологической, биохимической активностью, влияют на тонус сосудов, нейромедиаторы психических процессов. К основным биогенным аминам относится:

Гистидин:

С

интезируется в тучных клетках, накапливается в секреторных гранулах выделяется при раздражении.

Эффекты: расширение сосудов, снижение АД, увеличивает тканевую проницаемость – отек, стимулирует желудочную секрецию, обладает бронхоспатическим эффектом. В высокой концентрации – медиатор воспалительных и аллергических реакциях.

Серотонин:

С

интезируется в хромофильных клетках, в некоторых ядрах подкорковых структур, тромбоцитах.

Эффекты: спазм сосудов, повышение АД, участвует в перистальтике кишечника, в реакции терморегуляции, в механизмах сна, является источником для синтеза гормона мелатонина, влияет на психические реакции человека. При нарушении обмена серотонина – шизофрения.

Катехоламины: дофамин, адреналин, норадреналин

Эффекты:

Адреналин - медиатор возбуждений, при его дефиците развивается болезнь Паркинсона (адинамия, ригидность, тремор).

Норадреналин – нейромедиатор вызывает спазм сосудов, повышают АД, стимулирует работу сердца.

ГАМК:

Э

то вещество является тормозным медиатором, улучшает кровоснабжение мозга, окислительные процессы.

Ацетилхолин, полиамин, спермин, спермидин: синтезируются из орнитина и метионина, входят в состав хроматина => участвует в регуляции процесса трансляции, транскрипции, репликации.

Так как биогенные амины очень активны, то распад биогенных аминов осуществляется несколькими способами: окисление, метилирование, дезаминирование и т.д. Основным способом является окислительное дезаминирование под действием ферментов аминооксидаз (моно МАО, поли ПАД). Ингибиторы МАО широко применяются для лечения.

ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ АММИКА И ПУТИ ОБЕЗВРЕРИЖИВАНИЯ

А образуется в результате дезаминирования таких веществ как аминокислоты, амины, пуриновые и пиримидиновые нуклеатиды. Аммиак чрезвычайно токсичное вещество. Токсичность аммиака объясняется многими его эффектами главными среди которых будут связывание альфа-кето-кислот и блокирование включений этих альфа-кето-кислот цикл Кребса, что нарушает энергетический обмен в тканях. Кроме того может повышается концент рация глютамата до токсичных для ткани мозга концентраций. Кроме того аммиак вызывает защелачивание тканей и нарушает транспорт Na и Са. Поэтому концентрация аммиака в тканях и в крови очень низка так в плазме крови: 20-80 мкмоль/литр. Эта низкая концентрация поддерживается наличием в организме путей связывания (обезвреживания) аммиака. Эти способы можно разделить на:

• временные (протекают в тканях)

  • в

    

    осстановительное аминирование альфа-кето-кислот

  • амидирование белков

  • синтез глютамина

• образование конечных продуктов азотистого обмена

  • соли аммония

  • мочевинамиди

Восстановление

Присоединение к альфа-кето-кислотам аммиака с одновременным восстановлением альфа-кето-кислоты с образованием аминокислоты.

В качестве альфа-кето-кислот используется пировиноградная кислота которая восстанавливается в фенлаланин, щавелевоуксусная в аспарагиновую кислоту, альфа-кето-глютаровая кислота получается глютаминовая кислота.

Биологическое значение восстановления.

• Путь быстрого связывания аммиака

• Способ синтеза новых заменимых аминокислот

Амидирование тканевых белков.

Присоединение аммиака к карбоксильным группам аспарагиновой, глютаниковой аминокислот и альфа-концевым карбоксильным группам.

Амидирование сопровождается изменением ф-х свойств: ионизация, структура т.е. белки «портятся»