Главная страница
qrcode

философия. 6. обмен белков переваривание и всасывание


Скачать 40.47 Kb.
Название6. обмен белков переваривание и всасывание
Дата26.05.2021
Размер40.47 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлафилософия.docx
ТипДокументы
#46968
Каталог

6. ОБМЕН БЕЛКОВ

6.1. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ

Белки в рационе обеспечивают 10 % его калорийности, что при калорийности рациона 2000–3000 ккал составляет 50–75 г белка(из этих 10% на животные белки должно приходиться 5,5%, на растительные – 4,5%). Избыток белка в рационе приводит к большой нагрузке на печень и почки, а также может способствовать развитию аутоиммунных и аллергических заболеваний.

Переваривание белков происходит под действием ферментов протеаз (пептидаз). Пептидазы делятся на эндо- и экзопептидазы. Эндопептидазы гидролизуют пептидные связи, находящиеся внутри белковой молекулы, экзопептидазы гидролизуют пептидную связь, образованную концевыми аминокислотами. Все пептидазы вырабатываются в неактивном состоянии, чтобы не было самопереваривания тех клеток, в которых они синтезируются. Активация ферментов осуществляется в просвете ЖКТ путем ограниченного протеолиза.

Обкладочные клетки желудка вырабатывают соляную кислоту. Под действием НCl происходит денатурация белков пищи, не подвергшихся термической обработке, что увеличивает доступность пептидных связей для пептидаз. НСl обладает бактерицидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник. Кроме того, соляная кислота активирует пепсиноген и создает оптимум рH для действия пепсина. Секрецию НСl усиливает гастрин, гистамин через Н2-рецепторы, ацетилхолин, глюкокортикостероиды. Тормозят секрецию соляной кислоты простагландины Е2и I2.

Главные клетки желудка вырабатывают неактивный пепсин – пепсиноген (препепсин), который под влиянием НСl превращается в активный пепсин с оптимумом рН 1,5–2,5. Образовавшиеся под влиянием НСl активные молекулы пепсина быстро активируют остальные молекулы пепсиногена (аутокатализ, положительная обратная связь). Пепсин гидролизует пептидные связи в белках, образованные ароматическими аминокислотами (фенилаланин, тирозин, триптофан). Поскольку пепсин является эндопептидазой, то под его действием в желудке образуются более короткие пептиды, но не свободные аминокислоты. Добавочные клетки желудка вырабатывают муцинсодержащую слизь, которая защищает слизистую оболочку желудка от разрушающего действия НСl и пепсина. Завершается переваривание белков в кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы и кишечного сока. В поджелудочной железе вырабатываются проферменты: претрипсин, прехимотрипсин, прекарбоксипептидаза. Претрипсин переходит в активный трипсин под действием фермента кишечного сока энтеропептидазы, в дальнейшем активация претрипсина происходит аутокаталитически. Трипсин активирует все остальные неактивные ферменты поджелудочной железы, а также как эндопептидаза расщепляет пептидные связи, образованные основными аминокислотами (аргинином и лизином). Химотрипсин также является эндопептидазой и расщепляет пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами.

Карбоксипептидаза – экзопептидаза, отщепляет по одной аминокислоте с С- конца. Аминопептидазы и дипептидазы кишечного сока завершают переваривание в кишечнике. Аминопептидазы как экзопептидазы отщепляют последовательно по одной аминокислоте с N-конца, дипептидазы расщепляют дипептиды на аминокислоты. В результате действия всех пептидаз пищевые белки расщепляются до свободных аминокислот, аминокислоты всасываются симпортом с ионами натрия.

Нарушения переваривания и всасывания. Причиной синдрома нарушенного переваривания и всасывания является дефицит пептидаз (часто наряду с дефицитом других пищеварительных ферментов). Клинически проявляется диареей. При этом могут всасываться продукты неполного расщепления белков – пептиды, что приводит к развитию аллергических реакций. Лечение – заместительная терапия: назначаются пищеварительные ферменты (мезим и другие).

При остром панкреатите происходит активация претрипсина в самой поджелудочной железе. Образовавшийся трипсин вызывает некроз железы, что приводит к появлению выраженного болевого симптома. Трипсин через очаги некроза выходит в кровь и запускает кининовую систему, в частности он действует на неактивный компонент системы калликреиноген и путем ограниченного протеолиза переводит его в активный калликреин. Тот в свою очередь из кининогена в крови образует брадикинин. Брадикинин расширяет сосуды, увеличивает их проницаемость, в результате чего происходит потеря плазмы. Все вместе это приводит к резкому падению артериального давления (коллапс). Для лечения панкреатита используют ингибиторы пептидаз (трасилол и др.)

6.2. ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот. Продуктами этих реакций являются СО2 и биогенные амины. Последние оказывают сильное фармакологическое действие на множество физиологических функций в организме человека. Как и всякие сигнальные молекулы, они существуют короткое время и должны быстро разрушаться. Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот необратимы. Они катализируются ферментами – пиридоксальфосфатзависимыми декарбоксилазами. Степень субстратной специфичности декарбоксилаз очень различна. К наиболее избирательным относятся глутаматдекарбоксилаза и гистидиндекарбоксилаза.

Декарбоксилирование лизина приводит к образованию кадаверина. Диамины кадаверин (и путресцин) впервые были обнаружены среди продуктов гниения белков, потому их отнесли поначалу к так называемым «трупным ядам», хотя позже выяснилось, что в действительности их токсичность невелика, а кадаверин образуют только бактерии.

Декарбоксилирование орнитина приводит к образованию путресцина. Орнитин – небелковая аминокислота, источниками которой является гидролиз аргинина и синтез из глутамата. Помимо его роли в биосинтезе мочевины, орнитин (вместе с метионином) служит предшественником полиаминов – спермина и спермидина – продуктов декарбоксилирования и полимеризации орнитина, участвующих в стимуляции деления клеток.

Декарбоксилирование цистеина. В организме человека и многих животных цистеин является единственным источником неорганического сульфата. Лишь небольшая часть его выводится с мочой сразу. Цистеин окисляется до цистеината, а затем декарбоксилируется в таурин. Таурин в печени вступает в реакцию конъюгации с первичными желчными кислотами, усиливая амфифильность этих молекул. Таурин – ингибиторный нейротрансмиттер головного мозга. У детей часто не хватает таурина. В сетчатке глаза таурин задерживает развитие катаракты, участвует также в защите и развитии головного мозга.

Декарбоксилирование R – пантотенатцистеина. Приводит к синтезу кофермента А (КоА) R - пантотенаттиоэтаноламина – переносчика ацилов. Тиоловая группа цистеина в КоА играет роль акцептора ацилов в HSKоА.

Декарбоксилирование серина. Серин – заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза – 3-фосфглицерата, а аминогруппу получает от глутамата. В составе глицерофосфолипида – фосфатидилсерина, серин декарбоксилируется, превращаясь в фосфатидилэтаноламин, который в свою очередь метилируется активной формой метионина и превращается в фосфатидилхолин. Все эти фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран. Фосфатидилинозитол в клеточных мембранах выполняет регуляторную функцию (из него синтезируются вторые посредники для гормонов). Холин в холинэргических нервных окончаниях участвует в синтезе ацетилхолина. Ацетилхолин – один из возбуждающих нейротрансмиттеров в:

 головном мозге

 двигательных нервах

 вегетативных ганглиях

 парасимпатических нервах

Но ацетилхолин является ингибитором ритмики сердца и расширяет сосуды.
Декарбоксилирование глутамата. В нервных клетках декарбоксилирование глутамата под действием декарбоксилазы приводит к образованию γ-аминомасляной кислоты (ГАМК). Содержание ГАМК в головном мозге в десятки раз выше других нейромедиаторов. Она увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+, что вызывает торможение нервного импульса, отсюда еѐ функция ингибиторного нейротрансмиттера головного мозга. Лекарства, увеличивающие уровень ГАМК или еѐ действие, очень важны в лечении эпилепсии.

Декарбоксилирование гистидина. В тучных клетках соединительной ткани гистидиндекарбоксилаза катализирует образование гистамина из гистидина. Гистамин сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток и секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, действие эндо – и экзогенных веществ), вызывая развитие иммунных и аллергических реакций.

Гистамин действует через два основных типа рецепторов – Н1 и Н2.Через Н2-рецепторы гистамин стимулирует секрецию соляной кислоты в желудочный соке. В клинике гистамин используется для оценки кислотообразовательной функции желудка.

Через Н1-рецепторы гистамин в физиологических концентрациях расширяет кровеносные сосуды, повышает проницаемость капилляров, вызывает отѐки, снижает артериальное давление (но увеличивает внутричерепное давление, участвует в развитии головной боли). Такжегистамин сокращает гладкую мускулатуру лѐгких, вызывает спазм бронхов.Участвует в формировании воспалительных реакций, вызывая расширение сосудов, покраснение кожи, отѐчность тканей. Гистамин является медиатором боли, вызывает аллергическую реакцию.

Синтез катехоламинов из тирозина. В нервной ткани, в мозговом веществе надпочечников тирозин гидроксилируется, превращается в небелковую аминокислоту дигидрофенилаланин (ДОФА), который декарбоксилируется в дофаминергической системе, превращаясь в дофамин. В симпатико-адреналовой системе дофамин гидроксилируется с участием аскорбата, превращаясь в норадреналин. Последний метилируется SAM в адреналин.

Декарбоксилирование триптофана. Декарбоксилированию триптофана предшествует его гидроксилирование в 5-ОН-триптофан. Продукт декарбоксилирования 5-ОН-триптофана – серотонин.

Серотонин – нейротрансмиттер в некоторых проводящих путях головного мозга (реализует эффекты с участием группы серотониновых рецепторов). Серотонин обнаружен в высокой концентрации в энтерохромафинных клетках желудочно-кишечного тракта (кишечник), а также в лѐгких. В крови транспортируется в комплексе с тромбоцитами.

Серотонин способствует лидерству (много серотонина вырабатывается у боевого генерала, у волка – вожака стаи), снижает чувство страха, агрессивность. Серотонин – мощный антидепрессант (большая группа антидепрессантов является ингибиторами обратного захвата серотонина и/ или норадреналина). Серотонин является важным нейрогормоном, поддерживающим нормальную психическую деятельность, обладает сосудосуживающим действием, регулирует ряд центральных вегетативных функций – регулирует температуру тела, дыхание, кровяное давление.

Кроме того, серотонин снижает активность половых желѐз, увеличивает моторику кишечника, увеличивает свѐртывание крови, увеличивает пролиферацию, участвует в воспалительных и аллергических реакциях.

Метаболизируется серотонин, главным образом, под действием моноаминооксидазы (МАО). Конечный продукт метаболизма – 5- оксииндолилуксная кислота выводится почками, содержание которой в моче характеризует состояние синтеза и освобождения серотонина из депо.

В шишковидной железе из серотонина синтезируется гормон мелатонин, который снижает активность половых желѐз, пигментацию кожи, способствует сну («гормон темноты»). Малые дозы мелатонина в медицине применяются как снотворное.

6.3. ОБМЕН ПО АМИНОГРУППЕ

Аминокислоты, поступившие в клетки, подвергаются катаболизму. Катаболизм большинства аминокислот начинается с отщепления а- аминогруппы. Аминокислоты теряют аминогруппу в результате двух типов реакций: трансаминирования (переаминирования) и дезаминирования –прямого для глутамата и непрямого – для остальных аминокислот.

Переаминирование – обратимый процесс переноса а-аминогруппы с аминокислоты на а-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Процесс протекает без промежуточного образования аммиака. Катализируют реакции ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат – производное витамина В6. Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью. Наиболее распространенными ферментами являются аланинаминотрансфераза (АЛТ), которая катализирует реакцию переаминирования между аланином и а-кетоглутаратом, и аспартатаминотрансфераза (АСТ), которая катализируетреакцию переаминирования между аспартатом и а-кетоглутаратом. Активность АЛТ наиболее велика в ткани печени, а АСТ – в сердечной мышце. Поэтому повышение в крови активности АЛТ характерно для заболеваний печени, а повышение активности АСТ – для инфаркта миокарда. Иногда для диагностики используют коэффициент де Ритиса (отношение активности АСТ/АЛТ). В норме он равен 1,33±0,42. Отношение менее 1,0 характерно для острого вирусного гепатита. При инфаркте миокарда коэффициент возрастает.

Значение переаминирования: переаминирование – первая стадия непрямого дезаминирования большинства аминокислот, т.е. начальный этап их катаболизма. Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. Переаминирование – это заключительный этап синтеза заменимых аминокислот из соответствующих кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам.

Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления а-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется а-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Дезаминирование бывает окислительным и непрямым.

Окислительному дезаминированию подвергается глутамат. Реакцию катализирует глутаматдегидрогеназа, коферментом которой является НАД. Реакция протекает в 2 этапа: сначала происходит ферментативное дегидрирование глутамата с образованием иминоглутаровой кислоты, затем – неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется а-кетоглутарат. Глутаматдегидрогеназная реакция обратима и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, как восстановительное аминирование а-кетоглутарата. Глутаматдегидрогеназа является регуляторным ферментом. Ее аллостерически ингибируют АТФ, ГТФ, НАДН. Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование альфа-кетоглутарата, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат.

Непрямое дезаминирование. Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно глутамату. Аминогруппы таких аминокислот в результате переаминирования переносятся на альфа-кетоглутарат с образованием глутамата, который затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название непрямогодезаминирования. Оно протекает при участии 2 ферментов: аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы.

6.4. ИСТОЧНИКИ АММИАКА И ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ.

Аммиак образуется в результате дезаминирования глутамата, биогенных аминов, нуклеотидов.Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий (гниение белков в кишечнике). Образование аммиака происходит во всех клетках, а процессы его окончательного обезвреживания – в печени и почках

Аммиак – токсичное соединение (в первую очередь для ЦНС). Низкая концентрация аммиака в крови свидетельствует о том, что в клетках происходит связывание аммиака (первичное обезвреживание) с образованием нетоксичных соединений (транспортных форм) в виде которых аммиак доставляется в печень и почки для окончательного обезвреживания. Основным путем первичного обезвреживания аммиака является образование амидов – глутамина и аспарагина. Глутамин образуется под действием глутаминсинтетазы, при этом затрачивается молекула АТФ. Аспарагин образуется под действием аспарагинсинтетазы, при этом также затрачивается молекула АТФ, но она расщепляется до АМФ.

В мозге и некоторых других тканях аммиак связывается в результате восстановительного аминирования под действием глутаматдегидрогеназы.

В печени и почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Аммиак, соединяясь с кислотами, выводится в виде солей аммония с мочой (0,5 г в сутки). Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Синтез глутаминазы повышается при ацидозе, образующийся при этом аммиак нейтрализует кислые продукты обмена. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Nа+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов кислот и утрачиваться.

В печени аммиак обезвреживается путем синтеза мочевины. Мочевина – нетоксичный, водорастворимый конечный продукт азотистого обмена, выводимый почками. За сутки с мочой выделяется около 25 г мочевины. При повышении количества потребляемого с пищей белка выделение мочевины увеличивается. Синтез мочевины (орнитиновый цикл) происходит только в печени.

Мочевина – полный амид угольной кислоты (карбамид) – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Далее карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин с образованием цитруллина. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат. Аспартат является источником второго атома азота мочевины. Далее аргининосукцинат расщепляется на аргинин и фумарат, при этомаминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, в результате чего образуется орнитин и мочевина.

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение концентрации аммиака в крови – гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита. К симптомам гипераммониемии относят тремор, тошноту, рвоту, нечленораздельную речь, головокружение, судороги, потерю сознания. В тяжелых случаях может развиться кома с летальным исходом.

6.5. СУДЬБА БЕЗАЗОТИСТОГО ОСТАТКА АМИНОКИСЛОТ

В ходе катаболизма аминокислоты превращаются в кетокислоты (безазотистые остатки). Большая часть аминокислот превращается в пируват или непосредственно (серин, аланин), либо более сложным путем – сначала превращаются в один из метаболитов ЦТК, который затем в реакциях цикла Кребса превращается в оксалоацетат, из которого затем синтезируется фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, который сгорает в ЦТК до СО2 и воды с выделением энергии. Такой путь преимущественно проходят аминокислоты пищи.

Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК и в конечном итоге образуют оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза для синтеза глюкозы. Такие аминокислоты называют гликогенными (их 14).

Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (кетоновое тело) или ацетил-КоА и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными (их две: лейцин и лизин).

Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел. Такие аминокислоты называют смешанными, или гликокетогенными. Их 4: фенилаланин, тирозин, триптофан, изолейцин.

6.6. ОБМЕН ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ

Кроме общих путей обмена, характерных для большинства аминокислот (например, дезаминирование), существуют и специфические пути превращения многих аминокислот, что определяется особенностями их радикалов.

Обмен метионина. Метионин в своей активной форме – Sаденозилметионин (SАМ), которая образуется при участии АТФ, содержит подвижную метильную группу, она используется для различных реакций метилирования, катализируемых метилтрансферазами. Метильная группа SАМ может быть использована:

1. для синтеза холина из этаноламина;

2. для синтеза креатина – азотистого вещества мышц;

3. для синтеза адреналина из норадреналина;

4. для инактивации катехоламинов;

5. для метилирования азотистых оснований в ДНК;

6. для метаболизма ксенобиотиков, включая лекарственные

препараты;

7. синтез мелатонина в эпифизе (гормона темноты).
Обмен фенилаланина и тирозина. Основное количество фенилаланина (около 80%) превращается в тирозин в результате его гидроксилирования при участии фенилаланингидроксилазы. Реакция протекает с участием НАДФН. Остальная часть фенилаланина подвергается переаминированию и превращается в фенилпируват.

При отсутствии фенилаланингидроксилазы образование фенилпирувата становится основным путем катаболизма фенилаланина. Дефект фенилаланингидроксилазы приводит к развитию фенилкетонурии (ФКУ). При этом высокие концентрации фенилпирувататоксически действуют на клетки мозга и нарушают умственное развитие (олигофрения), физическое развитие, может развиться судорожный синдром.

Прогрессирующее нарушение умственного развития у детей, больных ФКУ, можно предотвратить диетой – полным отсутствием фенилаланина. При раннем начале такого лечения повреждение мозга снижается или предотвращается. На такой диете ребенок должен находиться до 7–10 лет.

Обмен тирозина значительно сложнее, чем фенилаланина. В печени происходит катаболизм тирозина, завершающийся образованием фумарата и ацетоацетата. Этот путь катаболизма включает в себя несколько стадий:

а) переаминирование тирозина с образованием п-гидроксифенилпирувата

б) превращение последнего в гомогентизиновую кислоту

в) расщепление гомогентизиновой кислоты при участии диоксигеназы с образованием в конечном итоге фумарата и ацетоацетата.
При отсутствии диоксигеназыгомогентизиновой кислоты развивается алкаптонурия («черная моча»). Для этого заболевания характерно выделение с мочой большого количества гомогентизиновой кислоты, которая, окисляясь кислородом воздуха, превращается в черный пигмент алкаптон. Этот пигмент откладывается также в хрящевой ткани (пигментация мочек ушей, носа), в суставах, что приводит к артриту.

В пигментных клетках (меланоцитах) из тирозина синтезируется пигмент меланин, который окрашивает волосы, кожу, радужную оболочку. Первую реакцию превращения тирозина в меланин с образованием ДОФА катализирует тирозиназа. Врожденный дефект этого фермента приводит к альбинизму. При этом заболевании отсутствует пигментация кожи и волос, у больных может быть снижена острота зрения.

В щитовидной железе тирозин необходим для синтеза йодтиронинов, в мозговом веществе надпочечников, в катехоламинэргических нейронах из тирозина синтезируются катехоламины.
перейти в каталог файлов


связь с админом