11.2.1. Основные этапы белкового обмена

Первый этап. Пищеварительные процессы обеспечива­ются функционированием ферментативных систем, участвующих в расщеплении белков до аминокислот и последующем их всасы­вании в кровь. Ферментативные процессы расщепления белка осуществляются протеиназами — гидролитическими ферментами, разрушающими пептидные связи, в результате чего из белков об­разуются крупные полипептиды (пептоны и альбумозы). В даль­нейшем при участии карбопептидаз, аминопептидаз, дипептидаз белковая молекула разрушается до стадии аминокислот. Амино­кислоты транспортируются через эпителиальную клетку кишеч­ника и поступают с кровотоком через воротную вену в печень, где часть их задерживается и трансформируется, а часть переносится к различным органам и тканям. Заметим, что всасывание амино­кислот в кишечнике — энергозависимый процесс, требующий расходования АТФ.

У жвачных в рубце большая часть белков и других азотистых соединений пищи до поступления в последующие отделы пищева­рительного тракта подвергается специфическим превращениям. Рубцовые микроорганизмы, обладая в числе прочих и протеолити-ческой активностью, расщепляют белки корма до пептидов и ами­нокислот и служат источником образования аммиака в процессе дезаминирования. Образующийся аммиак используется в основном для синтеза микробиальных белков, но некоторое его количество поступает через стенку рубца в кровь. Высвобождение аммиака под действием микробиальных дезаминаз происходит достаточно быст­ро, причем различные кормовые источники азота существенно раз­личаются по скорости образования аммиака в зависимости от под­готовки корма: силосованные корма, где процесс ферментативного расщепления составляющих корма в основном уже прошел, обеспе­чивают значительно более высокий выход аммиака.

Особенно важным источником аммиака является мочевина эн­догенного и экзогенного происхождения, которая расщепляется микробиальными уреазами до аммиака и диоксида углерода. Высво­бождение аммиака происходит и из других небелковых соедине­ний азота. Кроме того, до аммиака могут восстанавливаться ни­траты простейшими микроорганизмами рубца на стадии проме­жуточного обмена азота. Благодаря этому можно использовать мочевину и аммонийсодержащие соединения в качестве пищевых добавок в рационах жвачных животных для восполнения белка и оптимизации азотистого баланса. Известно, что мочевина посто­янно присутствует в кровотоке жвачных животных, но при быст­ром ее поступлении в кровь и достижении опасных концентраций она выводится почками, а при небольших концентрациях экскре-тируется слюнными железами и со слюной поступает в рубец, где вновь подвергается микробному метаболизму. Другая группа азот-

содержащих веществ в рубцовом содержимом представлена нук­леиновыми кислотами, которые быстро расщепляются фермен­тами микроорганизмов до мономеров и используются микроорга­низмами рубца для белоксинтетической деятельности.

Источники азота, быстро образующие аммиак, способствуют перевариванию целлюлозы и крахмала, поскольку он необходим для питания и размножения целлюлозолитических и амилолити-ческих бактерий. Для синтеза аминокислот из аммиака необходи­мы углеродный скелет и энергия, при этом микроорганизмы спо­собны использовать различные источники углерода (углеводы, изо-валериановую кислоту, ацетат и другие летучие жирные кислоты). Синтез определенных аминокислот требует специфичных угле­родных скелетов: изовалериат для лейцина, 2-метилбутират для изолейцина, изобутират для валина, фенилацетат для фенилала-нина, индол-3-ацетат для триптофана. Наряду с синтезом амино­кислот в рубце происходит всасывание аммиака при его концен­трации 7 мг%. Аммиак с кровотоком поступает в печень, где он ис­пользуется для синтеза мочевины. Аммиак в ионной форме — ион аммония не способен адсорбироваться клеточной мембраной, и только при повышении рН ионы аммония, превращаясь в аммиак, быстро всасываются за счет легкого проникновения через клеточ­ную мембрану. Некоторое количество аммиака может трансформи­роваться в мочевину и в слизистой оболочке рубца.

Второй этап. Промежуточный обмен белков начинается в печени, куда поступают всосавшиеся в желудочно-кишечном тракте аминокислоты. Здесь происходит их трансформация — дезаминиро-вание, переаминирование (или трансаминирование), декарбоксили-рование при участии специфических ферментов и образование но­вых аминокислот с отщеплением амино- и кетогруппы. Безазотис­тые остатки аминокислот используются в синтезе жиров, углеводов и других метаболически значимых соединений. В процессе промежу­точного обмена аминокислот образуются и физиологически актив­ные соединения: при декарбоксилировании — амины (катехолами-ны, гистамин, серотонин) и гамма- аминомасляная кислота.

Начальным звеном биосинтеза белков является транспорт их из крови в клетки, где свободные аминокислоты образуют комп­лексные соединения с АТФ и тРНК и доставляются к рибосомам. Структурные компоненты клетки рибосомы (или их объедине­ние полисомы) «сшивают» аминокислоты в определенной после­довательности и формируют первичную полипептидную цепь. Дальнейшие внутриклеточные превращения полипептидной цепи (приобретение вторичной и третичной структуры за счет включе­ния в состав молекулы фосфатных и кальциевых сшивок) опреде­ляют конечный результат белкового синтеза — появление специ­фичного белка с определенной молекулярной массой и характер­ными свойствами. Наряду с синтезом новых белковых молекул в клетке возможна деградация новообразованного белка под дей-

434

28*

435

ствием протеиназ, которые являются эндопептидазами и локали­зуются в основном в лизосомах. Если клетка выработала излишнее количество белка или его выведение затруднительно, то включает­ся внутриклеточная система деградации белка, активируются хра­нители гидролитических ферментов (лизосомы) и цитоплазма ос­вобождается от белковых «излишков».

Третий этап. Конечными продуктами белкового обмена являются диоксид углерода, вода и азотсодержащие вещества — мо­чевина, мочевая кислота, аммиак, креатинин, гиппуровая кислота и индикан. Эти продукты должны быть выведены из организма либо обезврежены в ходе дальнейших метаболических реакций. Так, часть аммиака обезвреживается за счет образования глютами-новой кислоты и глютамина либо преобразовывается в менее ток­сичный продукт — мочевину. Удаление печени — основного моче-винобразовательного органа — приводит к аммиачному отравле­нию, которое сказывается прежде всего на состоянии ЦНС. Моче­вая кислота, являющаяся конечным продуктом обмена нуклеи­новых кислот, как и мочевина, выводится из организма через поч­ки. Некоторые количества аммиака могут связываться непосред­ственно в почках с образованием аммонийных солей.

В кишечнике под влиянием гнилостных бактерий белок пищи может преобразовываться в индол и скатол, которые, поступая в кровь, инактивируются за счет связывания с серной кислотой. Образовавшиеся индоксил-серная (индикан) и скатоксил-серная кислоты выводятся с мочой.

При нарушении образования мочевины в печени или прекра­щении выведения продуктов белкового обмена в организме разви­вается гиперазотемия — накопление в крови аммиака, аминокис­лот и полипептидов. Переизбыток полипептидов вызывает значи­тельное падение кровяного давления (пептонный шок), замедле­ние сердечной деятельности и увеличение проницаемости ка­пилляров. Эта реакция обусловлена высвобождением значитель­ных количеств гистамина, который вызывает сосудистые рас­стройства и увеличение кровенаполнения печени за счет сужения печеночных вен, спазм сосудов селезенки и уменьшение объема кровотока почек. Накопление крови в печени и изменения в поч­ках сопровождаются замедлением свертываемости крови. В даль­нейшем развивается порозность капилляров, в крови увеличивает­ся уровень калия, а кальция снижается. Падение активности холин-эстеразы приводит к изменению активности вегетативной нерв­ной системы. При нарушении деятельности почек в моче накап­ливаются до опасных пределов мочевина и индикан, а в крови по­являются фенол, паракрезол и другие токсические продукты, что приводит к тяжелому отравлению организма (уремия). Наряду с почками выведение конечных продуктов белкового обмена осуще­ствляется желудочно-кишечным трактом, потовыми железами и, в' меньшей степени, через легкие с выдыхаемым воздухом.