Процесс расщепления белков до аминокислот

Предлагаем вашему вниманию статью на тему: "Процесс расщепления белков до аминокислот" от профессиональных спортсменов, их тренеров и врачей. Статья будет полезна как новичкам, так и опытным спортсменам. Все вопросы можно задать в комментариях или на странице контактов.

Белки, распадаясь в организме, являются, так же как углеводы и жиры, источником энергии. Энергия, получаемая при распаде белков, может быть без всякого ущерба для организма компенсирована энергией распада жиров и углеводов. Однако организм человека и животных не может обходиться без регулярного поступления белков извне, так как пластическая роль белков (участие в построении разнообразных клеточных структур) неизмеримо превосходит их энергетическую ценность. Без белков и их составных частей – аминокислот – не может быть обеспечено воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей, а также образование ряда важнейших веществ, например нуклеиновых кислот и гормонов. Степень усвоения организмом белка характеризует биологическую ценность последнего, которая будет тем выше, чем ближе аминокислотный состав пищевого белка к составу белков данного организма. Биологическая ценность белка определяется не только его аминокислотным составом, но и возможностью расщепления белка ферментами. В тесной связи с вопросом о биологической ценности белка находится представление о так называемых незаменимых и заменимых аминокислотах.

Необходимость ряда аминокислот для развития того или иного организма и обязательность введения их с пищей обусловлена тем, что организм неспособен их синтезировать. К незаменимым аминокислотам относятся: валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан и лизин. Таким образом, огромное значение в питании человека и сельскохозяйственных животных имеет рациональный подбор белков пищи.

Белки, вводимые с пищей в организм, никогда не включаются в состав тканей и органов без предварительного их расщепления. Распад белковых веществ на более простые, лишенные видовой и тканевой специфичности соединения осуществляется при участии ряда ферментов класса гидролаз. Гидролиз белков может быть либо частичным (до пептидов), либо полным (до аминокислот). Процесс неполного гидролиза белков, при котором распадаются лишь некоторые пептидные связи, ускоряется специфическими ферментами – протеиназами (пептидилпептидогидролазами), важнейшими из которых являются трипсин, пепсин и химотрипсин.

Названные ферменты выделяются слизистой стенкой кишечного тракта в неактивной форме, т.е. в виде преферментов – препепсина, претрипсина и прехимотрипсина. Под влиянием соляной кислоты желудочного сока или специфических ферментов кишечника преферменты переходят в активную форму. При превращении, например, претрипсина в трипсин происходит отщепление гексапептида от N-конца пептидной цепи префермента под действием фермента энтерокиназы. Специфичность действия протеиназ рассмотрена ранее в подразд. 1.7.

Пептиды, образовавшиеся в результате действия на белки протеиназ, подвергаются дальнейшему расщеплению до аминокислот при участии пептидаз: карбоксипептидаз (отщепляют аминокислоты от С-конца пептида), аминопептидаз (отщепляют аминокислоты от N-конца пептида) и дипептидгидролаз (расщепляют дипептиды). В результате совместного действия протеолитических ферментов (протеиназ и пептидаз) белки пищи распадаются до аминокислот. Свободные аминокислоты претерпевают в организме человека и животных различные превращения: часть их используется для синтеза белков органов и тканей, часть затрачивается на синтез гормонов, витаминов и т.п.; часть же, подвергаясь полному распаду, используется в качестве энергетического материала.

Общая схема гидролиза белков в организме показана на рис. 8.1.

В организме осуществляются три типа превращений аминокислот: по а-аминогруппе, по карбоксильной группе и по радикалу.

Реакции по а-аминогруппе аминокислот – это в основном реакции дезаминирования и переаминирования. Дезаминирование аминокислот может идти различными путями, но главный из них – окислительное дезаминирование, которое осуществляется в две стадии.

Процесс расщепления белков до аминокислот 132

Сначала аминокислота окисляется в иминокислоту при участии специфической дегидрогеназы с НАД+ или НАДФ+ в качестве коферментов:

Процесс расщепления белков до аминокислот 12

Образовавшаяся глутаминовая кислота вслед за этим претерпевает окислительное дезаминирование, а выделяющаяся при этом а-кетоглутаровая кислота снова вовлекается в реакцию переаминирования с L-аминокислотами.

Реакция переаминирования между L-аминокислотами и а-кетоглутаровой кислотой является обратимой, поэтому при определенных условиях она служит для синтеза L-аминокислот из кетокислот и глутаминовой кислоты. Коферментом трансаминаз выступает витамин В6.

Реакции по карбоксильным группам аминокислот сводятся в основном к двум процессам: декарбоксилированию и образованию аминоациладенилатов.

Реакция декарбоксилирования монокарбоновых аминокислот сопровождается выделением СО2 и образованием аминов:

Процесс расщепления белков до аминокислот 181

Он вызывает усиление деятельности желез внутренней секреции, а также снижает кровяное давление. В ряде случаев при декарбоксилировании аминокислот образуются иные продукты. Например, при декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется у-аминомасляная кислота:

Процесс расщепления белков до аминокислот 146

Она накапливается в мозговой ткани и представляет собой нейрогуморальный ингибитор. Аналогично этому из аспарагиновой кислоты получается β-аланин.

Другой важной реакцией аминокислот по СООН-группе является образование ими аминоациладенилатов (см. подразд. 8.3).

Важнейшим типом химических превращений аминокислот, протекающих с видоизменением радикалов, является переход одних аминокислот в другие, что расширяет возможности синтеза аминокислот. Например, при окислении фенилаланина образуется тирозин:

Процесс расщепления белков до аминокислот 140

Аминокислоты, которые не были вовлечены в процессы синтеза тканевых белков или их специфических производных (например, некоторых гормонов гипофиза, щитовидной железы, надпочечников и т.п.) и оказались, таким образом, неиспользованными, подвергаются необратимым процессам распада до конечных продуктов.

Конечными продуктами распада аминокислот в организме являются: аммиак, мочевина, углекислый газ и вода. Вода поступает в общий метаболический фонд, углекислый газ беспрепятственно выводится из организма. Аммиак непосредственно или в виде солей аммония выводится в окружающую среду только у некоторых обитателей гидросферы (крабов, речных раков и др.). Аммиак является токсичным соединением, уже в небольших концентрациях оказывающим вредное влияние на жизнедеятельность организмов. В связи с этим он переводится в безвредные для организма соединения, к числу которых принадлежат аспарагин, глутамин и мочевина.

У человека и большинства позвоночных животных (млекопитающих, амфибий, некоторых рыб и черепах) аммиак связывается и выделяется в виде мочевины, которая является главным конечным продуктом азотистого обмена. Реакции образования аспарагина и глутамина широко представлены в растениях. Путь биосинтеза мочевины из углекислого газа и аммиака у животных (в печени) получил название орнитинового цикла.

Заключительной реакцией в цикле биосинтеза мочевины является гидролиз аргинина на орнитин и мочевину. Суть функционирования орнитинового цикла заключается в том, что из каждых двух молекул аммиака и одной молекулы углекислого газа получается одна молекула мочевины.

Механизм токсического действия аммиака на мозг и организм в целом, очевидно, связан с действием его на несколько функциональных систем.

  • Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глугамата:

α-Кетоглутарат + NADH + Н+ + NH3 → Глутамат + NAD+.

Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает:

  • угнетение обмена аминокислот (реакции транса-минирования) и, следовательно, синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др.); [1]

  • гипоэнергетическое состояние в результате снижения скорости ЦТК.

Недостаточность α-кетоглутарата приводит к снижению концентрации метаболитов ЦТК, что вызывает ускорение реакции синтеза оксалоацетата из пирувата, сопровождающейся интенсивным потреблением СО2. Усиленное образование и потребление диоксида углерода при гипераммониемии особенно характерны для клеток головного мозга.

  • Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону (вызывает алкалоз). Это, в свою очередь, увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что приводит к гипоксии тканей, накоплению СО2 и гипоэнергетическому состоянию, от которого главным образом страдает головной мозг.

  • Высокие концентрации аммиака стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани (при участии глутаминсинтетазы):

Глутамат + NH3 + АТФ → Глутамин + АДФ + Н3Р04.

  • Накопление глутамина в клетках нейроглии приводит к повышению осмотического давления в них, набуханию астроцитов и в больших концентрациях может вызвать отёк мозга. Снижение концентрации глутамата нарушает обмен аминокислот и нейромедиаторов, в частности синтез у-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги.

  • Ион NH4+ практически не проникает через цитоплазматические и митохондриальные мембраны. Избыток иона аммония в крови способен нарушать трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+, конкурируя с ними за ионные каналы, что также влияет на проведение нервных импульсов.

Основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутамин-синтетазы:

Процесс расщепления белков до аминокислот 63

Глутаминсинтетаза локализована в митохондриях клеток, для работы фермента необходим кофактор — ионы Mg2+. Глутаминсинтетаза — один из основных регуляторных ферментов обмена аминокислот и аллостерически ингибируется АМФ, глюкозо-6-фосфатом, а также Гли, Ала и Гис.

Глутамин легко транспортируется через клеточные мембраны путём облегчённой диффузии (для глутамата возможен только активный транспорт) и поступает из тканей в кровь. Основными тканями-поставщикам:и глутамина служат мышцы, мозг и печень. С током крови глутамин транспортируется в кишечник и почки.

В клетках кишечника под действием фермента глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака:

Образовавшийся в реакции глутамат подвергается трансаминированию с пируватом. ос-Аминогруппа глутаминовой кислоты переносится в состав аланина (рис. 9-10). Большие количества аланина поступают из кишечника в кровь воротной вены и поглощаются печенью. Около 5% образовавшегося аммиака удаляется в составе фекалий, небольшая часть через воротную вену попадает в печень, остальные ~90% выводятся почками. Процесс расщепления белков до аминокислот 97

Рис. 9-10. Метаболизм азота глутамина в кишечнике.

В почках также происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой (рис. 9-11). Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При алкалозе количество глутаминазы в почках снижается.

В почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.

Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин — основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых

Рис. 9-11. Метаболизм амидного азота глутамина в почках.

нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений (рис. 9-12).

Процесс расщепления белков до аминокислот 58

Рис. 9-12. Пути использования глутамина в организме.

Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагина под действием аспарагинсинтетазы.

Процесс расщепления белков до аминокислот 120

Процесс расщепления белков до аминокислот 105

Существуют 2 изоформы этого фермента — глутаминзависимая и аммиакзависимая, которые используют разные доноры амидных групп. Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных. Однако такой путь обезвреживания аммиака в клетках человека используется редко и к тому же требует больших энергетических затрат (энергию двух макроэргических связей), чем синтез глутамина.

Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени путём синтеза мочевины. В первой реакции процесса аммиак связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата, при этом затрачиваются 2 молекулы АТФ. Реакция происходит в митохондриях гепатоцитов под действием фермента карбамоилфос-фатсинтетазы I. Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе гшримидиновых нуклеотидов (см. раздел 10). Карбамоилфосфат затем включается в орнитиновый цикл и используется для синтеза мочевины.

В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование α-кетоглутарата под действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию. Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, так как глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, так как способствует связыванию сразу 2 молекул NH3. Процесс расщепления белков до аминокислот 46

Читайте так же:  L карнитин показания к применению

Процесс расщепления белков до аминокислот 75

Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, так как активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Образование аланина в этих органах можно представить следующей схемой (см. схему ниже).

Аминогруппы разных аминокислот посредством реакций трансаминирования переносятся на пируват, основным источником которого служит процесс окисления глюкозы. [2]

Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления

Схема

глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада аминокислот. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак обезвреживается, а пируват включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до пирувата (рис. 9-13).

Образование аланина в мышцах, его перенос в печень и перенос глюкозы, синтезированной в печени, обратно в мышцы составляют глюкозо-аланиновый цикл, работа которого сопряжена с работой глюкозо-лактатного цикла (см. раздел 7).

Совокупность основных процессов обмена аммиака в организме представлена на рис. 9-14. Доминирующими ферментами в обмене аммиака служат глутаматдегидрогеиаза и глутаминсинтетаза.

Процесс расщепления белков до аминокислот 35

Процесс расщепления белков до аминокислот 78

Рис. 9-16. Орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта. Окислительное дезаминирование глутамата происходит в митохондриях. Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ. На схеме показаны пути включения азота двух разных аминокислот (аминокислота 1 и аминокислота 2) в молекулу мочевины: • одна аминогруппа — в виде аммиака в матриксе митохондрии; • вторую аминогруппу поставляет аспартат цитозоля.Процесс расщепления белков до аминокислот 194

Гипераммониемия

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови — гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Известны пять наследственных заболеваний, обусловленных дефектом пяти ферментов орнитинового цикла (табл. 9-4).

В литературе описаны случаи всех этих довольно редких энзимопатий, среди которых отмечено больше всего случаев гипераммониемии II типа.

Нарушение орнитинового цикла наблюдается при гепатитах различной этиологии и некоторых других вирусных заболеваниях. Например, установлено, что вирусы гриппа и других острых респираторных вирусных инфекций снижают активность карбамоилфосфатсинтетазы I. При циррозе и других заболеваниях печени также часто наблюдают гипераммониемию.

Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников. Так, при дефекте аргининосук-цинатсинтетазы повышается содержание цитруллина (цитруллинемия); при дефекте аргиназы — концентрация аргинина, аргининосукцината, цитруллина и т.д. При гипераммониемиях I и II типа вследствие дефекта орнитинкарбамоилтрансферазы происходит накопление карбамоилфосфата в митохондриях и выход его в цитозоль. Это вызывает увеличение скорости синтеза пиримидиновых нуклеотидов (вследствие активации карбамоилфосфатсинтетазы II), что приводит к накоплению оротата, уридина и урацила и выведению их с мочой. Содержание всех метаболитов повышается, и состояние больных ухудшается при увеличении количества белков в пище. Тяжесть течения заболевания зависит также от степени снижения активности ферментов.

Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака, глутамина и аланина.

Гипераммониемия сопровождается появлением следующих симптомов:

  • тошнота, повторяющаяся рвота;

  • головокружение, судороги;

  • потеря сознания, отёк мозга (в тяжёлых случаях);

  • отставание умственного развития (при хронической врождённой форме).

Таблица 9-4. Наследственные нарушения орнитинового цикла и основные их проявления

Заболевание

Дефект фермента

Тип наследования

Клинические проявления

Метаболиты

кровь

моча

Гиперам- мониемия, тип I

Карбамоил- фосфат- синтетаза I

Аутосомно- рецессивный

В течение 24-48 ч после рождения кома, смерть

Глн Ала NH3

Оротат

Гиперам- мониемия, тип II

Орнитин- карбамоил- трансфераза

Сцепленный с Х-хромосомой

Гипотония, снижение толерантности к белкам

Глн Ала NH3

Оротат

Цитрул- линемия

Аргинино- сукцинат- синтетаза

Аутосомно- рецессивный

Гипераммониемия тяжёлая у новорождённых. У взрослых — после белковой нагрузки

Цитруллин NH3

Цитруллин

Аргинино- сукцина- турия

Аргинино- сукцинат- лиаза

Аутосомно-рецессивный

Гипераммонимия, атаксия, судороги, выпадение волос

Аргини- носукцинат NH3

Аргини- носукци- нат, Глн, Ала, Лиз

Гиперар- гининемия

Аргиназа

Аутосомно-рецессивный

Гипераргининемия

Apr NH3

Apr Лиз Орнитин

Все симптомы гипераммониемии — проявление действия аммиака на ЦНС (см. выше подраздел IV, Б).

Для диагностики различных типов гипераммониемии производят определение содержания аммиака в крови, метаболитов орнитинового цикла в крови и моче, акгивности фермента в биоптатах печени.

Основной диагностический признак — повышение концентрации аммиака в крови. Содержание аммиака в крови может достигать 6000 мкмоль/л (в норме — 60 мкмоль/л). Однако в большинстве хронических случаев уровень аммиака может повышаться только после белковой нагрузки или в течение острых осложнённых заболеваний. Процесс расщепления белков до аминокислот 179

Лечение больных с различными дефектами орнитинового цикла в основном направлено на снижение концентрации аммиака в крови за счёт малобелковой диеты, введения кетоаналогов аминокислот в рацион и стимуляцию выведения аммиака в обход нарушенных реакций:

  • путём связывания и выведения NH3 в составе фенилацетилглутамина и гишгуровой кислоты;

  • повышением концентрации промежуточных метаболитов цикла (аргинина, цитруллина, глутамата), образующихся вне блокируемых реакций (рис. 9-19).

Вводимый больным с дефектом карбамоил-фосфатсинтетазы I в качестве пищевой добавки фенилацетат в результате его конъюгации с глутамином образует фенилацетилглутамин, который экскретируется почками. Состояние больных при этом улучшается, так как происходит активация синтеза глутамина и снижение концентрации аммиака в крови (рис. 9-19, А).

Аналогичное действие оказывает введение бензоата, который связывает молекулу глицина. Образующаяся пшпуровая кислота выводится с мочой (рис. 9-19, Б). В составе гиппурата происходит выделение азота из организма. Недостаток глицина компенсируется либо путём синтеза его из серина, либо за счёт образования из NH3 и СО2 в реакции, катализируемой глицинсинтетазой. При этом образование глицина сопровождается связыванием одной молекулы аммиака.

При гипераммониемии II типа (дефект орнитинкарбамоилтрансферазы) введение больших

Рис. 9-19. Пути выведения аммиака при включении в диету глутамата и фенилацетата (А), бензоата (Б), цитруллина и аргинина (В). На рисунке обозначены ферментные блоки: 1 — дефект карбамоилфосфатсинтетазы I; 2-дефект орнитинкарбамоилтрансферазы; 3 — дефект аргининосукцинатлиазы.

доз цитруллина стимулирует синтез мочевины из аспартата (рис. 9-19, В), что также приводит к вьшедению азота из организма. Введение больших доз аргинина при аргининосукцинатурии (дефект аргининосукцинатлиазы) стимулирует регенерацию орнитина и выведение азота в составе цитруллина и аргининосукцината.

Белки – одна из важнейших групп макромолекул в организме человека, представленных в целом разнообразии форм: клеточные рецепторы, сигнальные молекулы, структурные элементы, ферменты, переносчики кислорода и углекислого газа (гемоглобин) – и это далеко не полный список. Белок является составной частью костей, мышц, связок, служит для роста и восстановления тканей организма.

Помимо этих функций, белки также могут использоваться в качестве источника энергии. Важной особенностью метаболизма белков является неспособность организма хранить их про запас, потому очень важно постоянно употреблять белки с пищей.

Описание метаболизма белков в организме человека

Метаболизм белков начинается в желудке. Когда богатая белком пища попадает в желудок, ее «встречает» фермент пепсин и соляная кислота (HCl, 05%), которая обеспечивает уровень рН 1,5 – 3,5, в котором белки денатурируются. Под воздействием пепсина белки распадаются на полипептиды и составляющие их аминокислоты.

Когда химус (пищевая кашица) попадает в тонкий кишечник, поджелудочная железа выделяет сок с содержанием бикарбоната натрия (соды), который нейтрализует соляную кислоту. Это помогает защитить оболочку кишечника.

Организм синтезирует нужные ему белки из аминокислот, которые мы получаем из продуктов питания, а ненужные белки превращаются в глюкозу или триглицериды и используются для поддержания энергии или увеличения энергетического резерва организма.

[3]

Также в тонком кишечнике выделяются пищеварительные гормоны, в том числе секретин и холецистокинин, которые стимулируют дальнейшее расщепление белков. Секретин также стимулирует секрецию сока поджелудочной железы, которая также вырабатывает большинство пищеварительных ферментов, в т.ч. протеазу, трипсин, химотрипсин и эластазу, которые способствуют перевариванию белков.

Вместе эти ферменты «разбивают» сложные белки на отдельные аминоксилоты, которые транспортируются через слизистую кишечника и используются для синтеза новых белков или конвертации в жиры или ацетил-коэнзим А и используются в цикле Кребса.

Процесс расщепления белков до аминокислот 131

Роль пищеварительных ферментов и гормонов в метаболизме белков

Ферменты в желудке и тонком кишечнике расщепляют белки на аминокислоты. НСl в желудке способствует протеолизу, а секретируемые клетками кишечника гормоны регулируют процесс пищеварения.

Чтобы белки поджелудочной железы и тонкого кишечника не расщеплялись, поджелудочная железа также вырабатывает неактивные проферменты, которые активируются только в тонком кишечнике. В поджелудочной железе внутри везикул содержится трипсин, химитрипсин в форме трипсиногена и химотрипсиногена.

После попадания в тонкий кишечник фермент, находящийся в стенках тонкого кишечника (энтерокиназа), связывается с трипсиногеном и превращает его в активную форму – трипсин. После этого трипсин связывается с химотрипсиногеном и конвертирует его в активную форму – химотрипсин.

Трипсин и химиотрипсин расщепляют большие белки на меньшие пептиды в процессе протеолиза. Эти небольшие пептиды расщепляются на составляющие аминокислоты, которые  транспортируются через апикальную поверхность слизистой кишечника при помощи транпортеров аминокислот.

Видео (кликните для воспроизведения).

Процесс расщепления белков до аминокислот 135

Эти транспортеры связывают натрий и аминокислоту, после чего переносят ее через оболочку. На базальной поверхности клеток слизистой оболочки натрий и аминокислота высвобождаются. Натрий может повторно использоваться в качестве транспортера, а аминокислоты проникают в кровоток и транспортируются к печени и во все клетки организма для синтеза белков.

Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет. В результате расщепления аминокислот образуются углеводороды и азотистые шлаки. Однако азот в высоких концентрациях токсичен, потому в ходе орнитинового цикла он обрабатывается, что способствует выведению азота из организма.

Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет.

[4]

Орнитиновый цикл — цикл образования мочевины

Орнитиновый цикл – это комплекс биохимический реакций, в результате которого из ионов аммония образуется мочевина с целью предотвращения повышения концентрации аммония в организме до критического уровня. Цикл в большей степени протекает в печени, и в меньшей – в почках.

До начала орнитинового цикла ионы аммония образуются в результате расщепления аминокислот вследствие переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту.

Читайте так же:  Л карнитин вред и побочные эффекты

В результате такого трансаминирования образуется молекула, необходимая для цикла Кребса, и ион аммония, который входит в орнитиновый цикл и выводится из организма, объединяясь с СО2, в результате чего образуется мочевина и вода. В свою очередь, мочевина выводится почками в составе мочи.

Процесс расщепления белков до аминокислот 81

Аминокислоты также могут использоваться в качестве источника энергии, в особенности в период голодания. Поскольку в процессе обработки аминокислот образуются промежуточные продукты метаболизма, в том числе пировиноградная кислота, ацетил-коэнзим А, ацетоацетил-КоА, оксалоацетат и альфа-кетоглутарат, аминокислоты могут служить источником энергии, выделяемой в ходе цикла Кребса.

Таким образом, образующиеся в результате метаболизма белков аминокислоты используются либо для синтеза необходимых организму белков, либо используются для получения энергии, либо выводятся за ненадобностью, но не хранятся в организме. Поэтому достаточное количество белков в рационе питания очень важно для роста, восстановления тканей и поддержания состояния здоровья.

Обмен белков

Фонд свободных аминокислот организма составляет около 30 г. Содержание аминокислот в крови равно 25-65 мг/дл. Источником свободных аминокислот организма служат пищевые белки, белки собственных тканей, а также синтез аминокислот из углеводов.

Значение аминокислот для организма определяется, прежде всего, тем, что они используются для синтеза белков. Кроме того, из аминокислот образуется большое количество азотсодержащих веществ небелковой природы, выполняющих специальные функции: биогенные амины, глутатион, гем и др. Катаболизм аминокислот может служить источником энергии для синтеза АТФ. При обычном питании энергетическая роль аминокислот невелика (~10%), однако может быть существенной при преимущественно белковом питании, а также при голодании.

1. Азотистый баланс

На долю аминокислот (свободных и в составе белков) приходится более 95% всего азота организма. Поэтому об общем состоянии аминокислотного и белкового обмена можно судить по азотистому балансу, т.е. разнице между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота (главным образом в составе мочевины). У взрослого здорового человека при нормальном питании имеет место азотистое равновесие, т.е. количество выделяемого азота равно количеству поступающего. В период роста организма, а также при выздоровлении после тяжелых заболеваний азота выводится меньше, чем поступает, т.е. имеет место положительный азотистый баланс. При старении, голодании и в течение истощающих заболеваний азота выводится больше, чем поступает, т.е. имеет место отрицательный азотистый баланс.

При положительном азотистом балансе часть аминокислот пищи задерживается в организме, включаясь в состав белков и клеточных структур. Общая масса белков в организме при этом увеличивается. Наоборот, при отрицательном азотистом балансе общая масса белков уменьшается (катаболические состояния).

2. Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте

Переваривание белков начинается в желудке под действием пепсина. Пепсин в виде неактивного предшественника – пепсиногена – образуется в главных клетках желудочных желез. Активация пепсиногена происходит в желудочном соке и заключается в отщеплении N-концевого фрагмента молекулы. В результате ограниченного протеолиза и последующей конформационной перестройки оставшейся части молекулы формируется активный центр, т.е. образуется пепсин. Превращение пепсиногена в пепсин может происходить под действием НСI (этот процесс протекает медленно) или самого пепсина, т.е. аутокаталитически (этот процесс протекает быстро). Т.о., небольшое количество пепсина, образовавшегося при участии НСI вскоре после секреции желудочного сока, быстро приводит к превращению остальной части пепсиногена в пепсин.

Поскольку пепсин относится к эндопептидазам, т.е. гидролизует пептидные связи внутри белковой молекулы, в результате его действия белки в желудке распадаются на полипептиды. Наибольшую активность пепсин проявляет при рН 1,5-2,5.

НСl, помимо активации пепсиногена, выполняет и другие важные функции. В кислой среде желудочного сока большинство белков денатурирует, что облегчает их переваривание. Кроме того, кислый желудочный сок обладает бактерицидным действием, препятствуя развитию микрофлоры в желудке.

Из желудка крупные осколки белков поступают в тонкий кишечник, в верхних отделах которого завершается переваривание белков. Это происходит под действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника. В клетках поджелудочной железы синтезируются проферменты трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы А и В, проэластаза. Активация трипсиногена происходит при участии фермента энтеропептидазы, выделяемого клетками кишечника. В результате отщепления N-концевого гексапептида и изменения конформации оставшейся части молекулы формируется активный центр и образуется трипсин. Все другие проферменты поджелудочной железы активируются трипсином путем ограниченного протеолиза. В результате получаются ферменты химотрипсин, карбоксипептидазы А и В, эластаза.

Трипсин, химотрипсин, эластаза подобно пепсину относятся к эндопептидазам и различаются по субстратной специфичности. Основную часть продуктов действия этих ферментов составляют пептиды.

Карбоксипептидазы – это экзопептидазы: они гидролизуют пептидную связь, образованную С-концевым аминокислотным остатком. Карбоксипептидаза А отщепляет преимущественно С-концевые аминокислоты с гидрофобным радикалом, а карбоксипептидаза В – С-концевые остатки лизина и аргинина.

Последний этап переваривания происходит при участии ферментов, синтезируемых клетками кишечника – аминопептидаз и дипептидаз. Аминопептидазы отщепляют N-концевые аминокислоты от пептидов, а дипептидазы гидролизуют дипептиды.

Последовательность действия всего набора протеолитических ферментов обеспечивает расщепление белков до аминокислот. Образовавшиеся аминокислоты всасываются слизистой кишечника при участии целого ряда механизмов, основным из которых является активный вторичный транспорт.

3. Обмен белков в тканях

Белки организма человека постоянно обновляются. В норме у здорового взрослого человека обновление белков составляет 1-2% от общего количества белков тела за сутки и связано преимущественно с деградацией мышечных белков до аминокислот. При этом примерно 75-80% высвободившихся аминокислот повторно используется в синтезе белков. Оставшаяся часть метаболизируется до конечных продуктов азотистого обмена, удаляемых из организма, а также превращается в глюкозу, кетоновые тела и СО2. Суточная деградация белков составляет 30-40 г. Поскольку ~16% массы белка приходится на азот, суточная потеря азота составляет 5-7 г.

Распад белка в тканях происходит под действием тканевых протеиназ или катепсинов, локализованных преимущественно в лизосомах (рН 5-6). В зависимости от структуры активного центра ферментов, все катепсины подразделяются на[5]

1. тиоловые (катепсины В, С, Н, L, N, S)

2. аспартильные (катепсин D)

3. сериновые (катепсин A)

Под действием катепсинов тканевые белки расщепляются до отдельных аминокислот.

4. Катаболизм аминокислот

Аминокислоты, поступающие в организм в количествах, превышающих потребности, связанные с биосинтезом белков, запасаться в организме не могут и используются как метаболическое топливо.

Катаболизм аминокислот чаще всего начинается с реакции дезаминирования – удаления α-аминогруппы. Дезаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина.

Различают следующие виды дезаминирования:

а) окислительное – для Glu

б) неокислительное – для Ser, Thr, His, Cys.

в) непрямое – для всех остальных аминокислот.

Непрямое дезаминирование аминокислот протекает в 2 стадии. Первая стадия – реакция переаминирования. Реакциями переаминирования называют реакции переноса аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты, а ферменты, катализирующие эти реакции, получили название аминотрансфераз или трансаминаз. Основным акцептором (сборщиком) аминогрупп является 2-оксоглутарат.

Кроме того, в роли промежуточных акцепторов аминогрупп могут выступать пируват и оксалоацетат. Образующиеся при этом, соответственно, аланин и аспартат могут передавать свою аминогруппу на 2-оксоглутарат с образованием глутамата. Таким образом, аминогруппы большинства аминокислот собираются в составе глутамата.

Вторая стадия: собственно дезаминирование. Реакция катализируется глутаматдегидрогеназой (ГДГ) – митохондриальным ферментом, использующим в качестве кофермента НАД+. Реакция обратима и функционирует как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот.

ГДГ печени является регуляторным ферментом. ГТФ и АТФ являются аллостерическими ингибиторами, тогда как ГДФ и АДФ служат аллостерическими активаторами. Следовательно, снижение энергетического заряда ускоряет окисление аминокислот.

Определение активности АлАТ в сыворотке крови широко используется в клинике с целью ранней диагностики и мониторинга заболеваний печени.

5. Обмен аммиака: источники, связывание в тканях, транспорт

Другими (помимо аминокислот) источниками аммиака в организме являются:

2) глутамин + Н2О ® глутамат + NH3

3) амины (R-CH2-NH2 + H2O + O2 ® R-C=O + NH3 + H2O2)

4) аденин + Н2О ® гипоксантин + NH3

5) распад пиримидиновых оснований:

3-уреидопропионат + Н2О ® b-аланин + СО2 + NH3

Образовавшийся аммиак – вещество крайне токсичное, особенно опасное для мозга. Причины токсичности аммиака:

а) аммиак сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой в сторону образования глутамата

2-оксоглутарат + НАДН·Н+ + NH3 → глутамат + НАД+

Снижение концентрации 2-оксоглутарата вызывает угнетение обмена аминокислот (переаминирования) и гипоэнергетическое состояние (угнетение ЦЛК).

б) аммиак усиливает синтез глутамина из глутамата в нервной ткани

глутамат + NH3+ АТФ → глутамин + АДФ + Н3РО4

Накопление глутамина в нервных клетках приводит к повышению осмотического давления и в больших концентрациях может вызвать отек мозга. Снижение концентрации глутамата нарушает обмен нейромедиаторов, в частности синтез γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) – основного тормозного медиатора.

Глутамат → ГАМК + СО2

Это приводит к преобладанию процессов возбуждения над процессами торможения и вызывает судороги.

в) Аммиак в крови и цитозоле образует ион NH4+

NH3 + H+ → NH4+

Накопление NH4+ нарушает трансмембранный перенос ионов, в частности одновалентных катионов Na+ и К+, что также влияет на проведение нервных импульсов.
Образовавшийся в клетках аммиак связывается (обезвреживается) и выводится из организма почками в виде конечных продуктов азотистого обмена: 1) мочевины – синтезируется в печени и 2) аммонийных солей – образуются в почках.

Существует несколько способов обезвреживания и выведения аммиака в разных тканях. 1) Образование глутамата из 2-оксоглутарата катализируется глутаматдегидрогеназой (ГДГ). Вклад этой реакции в обезвреживание аммиака невелик. 2) Основной реакцией обезвреживания аммиака почти во всех тканях является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы:

Глутаминсинтетаза обладает высоким сродством к аммиаку, и благодаря этой реакции в крови и тканях поддерживается низкая концентрация NH3.

Глутамин является транспортной формой аммиака, т.к. представляет собой нейтральную кислоту, способную легко проникать через клеточные мембраны путем облегченной диффузии (в отличие от глутаминовой кислоты, требующей механизмов активного транспорта).

Образовавшийся в тканях глутамин транспортируется в почки и печень.

Образование и экскреция аммиака в почках

Экскреция аммиака с мочой в норме невелика – около 0,5 г в сутки. Но при ацидозе она повышается в несколько раз. Аммиак в почках в основном образуется из глутамина при гидролизе последнего глутаминазой, имеющейся в клетках эпителия канальцев почек. Ацидоз стимулирует синтез глутаминазы, а также поглощение глутамина клетками почек; образующийся аммиак нейтрализует кислоты:

NH3 + H+ ® NH4+

Образовавшаяся аммонийная соль выводится из организма. Таким образом, экскреция аммиака почками при ацидозе служит для выведения именно кислот, а не азота. Этот процесс обеспечивает сбережение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот.

Биосинтез мочевины

Мочевина – основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выводится избыток аммиака.

Катаболизм аминокислот и образование аммиака происходит во многих тканях. Для транспорта аммиака из тканей в печень используются 3 соединения: глутамин, аланин и аммиак.

Читайте так же:  Креатин повышен в крови причина

Биосинтез мочевины происходит только в печени, т.к. только в этом органе имеется полный набор ферментов орнитинового цикла.

Один из двух атомов азота мочевины включается в нее за счет использования аммиака. При действии карбамоилфосфатсинтетазы I образуется карбамоилфосфат.

Карбамоильная группа далее переносится на орнитин с образованием цитруллина.

Цитруллин реагирует с аспарагиновой кислотой, превращаясь в аргининоянтарную кислоту, которая распадается на аргинин и фумаровую кислоту.

Аргинин гидролизуется с образованием мочевины.

Реакции орнитинового цикла до стадии образования цитруллина проходят в митохондриях, а последующие стадии – в цитозоле. Суммарное уравнение синтеза мочевины:
Биологическая роль синтеза мочевины

Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции: 1) превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака; 2) синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.

Регуляция биосинтеза мочевины

Ключевым ферментом биосинтеза мочевины является карбамоилфосфатсинтетаза I, локализованная в митохондриях. Этот фермент – регуляторный; положительным модулятором для него служит N-ацетилглутамат.

Энергетическая цена синтеза мочевины

На синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 высокоэнергетические фосфатные связи. 2 молекулы АТФ требуются для образования карбамоилфосфата и одна – для образования аргининосукцината. Однако в последней реакции АТФ претерпевает пирофосфатное расщепление, продуктами которого являются АМФ и пирофосфат, гидролизующийся затем с образованием двух молекул ортофосфата. Поэтому в общей сложности на образование одной молекулы мочевины расходуется 4 молекулы АТФ.

Гипераммониемия

Диагностированы наследственные нарушения, вызываемые блокированием одной из реакций цикла мочевины. Общим признаком этих нарушений является повышенное содержание NH4+ в крови – гипераммониемия. Почти полная недостаточность какого-либо фермента цикла мочевины вызывает кому и приводит к смерти вскоре после рождения. Частичная недостаточность этих ферментов вызывает задержку умственного развития, временами рвоту. При мягких формах этих наследственных нарушений малобелковая диета и введение метаболитов орнитинового цикла (аргинина, цитруллина, глутамата) приводит к снижению содержания аммиака в крови и к улучшению клинической картины.

6. Судьба углеродных скелетов аминокислот

Стратегия разрушения аминокислот состоит в направленном превращении в главные промежуточные продукты обмена веществ (пируват, ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА, 2-оксоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и оксалоацетат), которые далее превращаются в глюкозу или окисляются в ЦЛК. Аминокислоты, распадающиеся с образованием ацетил-КоА или ацетоацетата, называются кетогенными, поскольку в результате распада повышается содержание кетоновых тел. К ним относится лейцин. Аминокислоты, распад которых приводит к образованию глюкозы, называются гликогенными. Возможность синтеза глюкозы из этих аминокислот обеспечивается тем обстоятельством, что указанные метаболиты ЦЛК и пируват могут превращаться в фосфоенолпируват и затем – в глюкозу. Образование глюкозы из аминокислот стимулирует гормон кортизол, который стимулирует синтез ферментов глюконеогенеза в печени. Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе катаболизма расщепляются с образованием двух продуктов, один из которых является метаболитом ОПК, а другой – ацетил-КоА или ацетоацетатом (лизин, изолейцин, фенилаланин, тирозин, триптофан). Такие аминокислоты называют смешанными или гликокетогенными.

7. Биосинтез заменимых аминокислот

Углеродный скелет 9 заменимых аминокислот (аланина, аспартата, аспарагина, глицина, серина, глутамата, глутамина, пролина, цистеина) может синтезироваться из глюкозы.

α-Аминогруппа вводится в соответствующие аминокислоты с помощью реакции переаминирования. Универсальным донором α-аминогруппы является глутамат.

Непосредственно путем переаминирования метаболитов ОПК с глутаматом синтезируются аланин, аспартат и глутамат:

Пируват + глутамат → аланин + 2-оксоглутарат

Оксалоацетат + глутамат → аспартат + 2-оксоглутарат

Глутамат + аминокислота → глутамат + α-кетокислота

Глутамин синтезируется из глутамата под действием глутаминсинтетазы: глутамат + NH3 + АТФ + Н2О → глутамин + АДФ + Н3РО4

Аспарагин синтезируется из аспартата и глутамина под действием аспарагинсинтетазы:

аспартат + глутамин + АТФ + Н2О → аспарагин + глутамат + АМФ + Н4Р2О7

Серин образуется их 3-фосфоглицерата – метаболита гликолиза.

Глицин образуется из серина под действием сериноксиметилтрансферазы: серин + Н4-фолат → глицин + метилен-Н4-фолат + Н2О

Пролин синтезируется из глутамата:

Глутамат → γ-полуальдегид глутамата → → пролин

Цистеин образуется из серина и метионина. При этом метионин служит донором серы, а углеродный скелет и α-аминогруппа образуются из серина.

8. Обмен метионина и реакции трансметилирования

Метильная группа метионина – это мобильный одноуглеродный фрагмент, который используется для метилирования разных соединений. Непосредственным донором метильной группы в реакциях трансметилирования служит производное метионина – S-аденизилметионин, который образуется под действием метионин-аденозилтрансферазы из метионина и АТФ:

Рассмотрим реакцию трансметилирования на примере образование креатина – вещества, играющего важную роль в депонировании и транспорте энергии в мышечной ткани.

Сначала в почках образуется гуанидинуксусная кислота:

Далее гуанидинацетат транспортируется в печень, где в реакции трансметилирования превращается в креатин:

Обратимая реакция фосфорилирования креатина с образованием фосфокреатина катализируется креатинкиназой (КК).

Определение активности этого фермента и особенно его изофермента МВ-КК в сыворотке крови используется как тест повреждения сердечной мышцы.

Реакции метилирования принадлежит важная роль в образовании ряда биологически активных соединений (адреналина, фосфатидилхолина, креатина, карнитина и др.), а также в обезвреживании чужеродных соединений и биологически активных веществ (гистамина, катехоламинов и др.).

Регенерация метионина

После отдачи метильной группы в реакции трансметилирования S-аденозилметионин (SAM) превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAG). Под действием специфической гидролазы это вещество распадается на гомоцистеин и аденозин:

Гомоцистеин может вновь превращаться в метионин в реакции трансметилирования с 5-метил-Н4-фолатом:

Промежуточным переносчиком метильной группы в этой реакции служит метилкобаламин – производное витамина В12. Данная реакция представляет собой “путь спасения” метионина.

9. Обмен одноуглеродных фрагментов

Для синтеза ряда соединений используются одноуглеродные фрагменты, такие как метильная группа (-СН3), метиленовая группа (-СН2-), метенильная группа (-СН=) и формильная группа (-СОН). Роль промежуточного переносчика этих групп играет Н4-фолат.

Н4-фолат образуется из фолиевой кислоты (фолата) при участии фолатредуктазы в печени. Коферментом фолатредуктазы является НАДФН·Н+.

Взаимопревращения производных тетрагидрофолата тесно связаны с обменом серина и глицина.

Превращение серина в глицин под действием серин-оксиметилтрансферазы происходит с участием Н4-фолата:

Распад глицина также происходит с участием Н4-фолата:

Метиленовая группа в молекуле 5,10-метилен-Н4-фолата может превращаться под действием специальных ферментов в другие одноуглеродные группы: 5,10-метенил-Н4-фолат и 10-формил-Н4-фолат. Все эти производные Н4-фолата служат донорами одноуглеродных радикалов при синтезе ряда соединений, в том числе дТМФ, пуриновых нуклеотидов, метионина и др.

Соответственно при гиповитаминозе, связанном с недостаточностью фолиевой кислоты, возникает дефицит предшественников ДНК и, в конечном счете, происходят изменения эритропоэза. Мегалобластическая анемия – почти всегда результат недостаточности фолиевой кислоты или витамина В12.

Фолиевая кислота является витамином не только для млекопитающих, но и для бактерий, в том числе болезнетворных. В последних фолиевая кислота образуется из парааминобензойной кислоты – одной из составных частей фолиевой кислоты. На структурном сходстве с парааминобензойной кислотой основано применение сульфаниламидных препаратов. При попадании в клетку бактерии сульфаниламидный препарат подавляет синтез фолиевой кислоты, нарушая все реакции, в которых она участвует. Размножение бактерий становится невозможным.

10. Обмен фенилаланина и тирозина

Фенилаланин – незаменимая аминокислота, т.к. в клетках животных не синтезируется бензольное кольцо.

Основная масса фенилаланина утилизируется двумя путями – превращается в тирозин (90%) или включается в состав белков. Обмен тирозина значительно сложнее: тирозин используется для синтеза белков, служит предшественником катехоламинов, меланина, тироксина, а также может подвергаться катаболизму до СО2 и Н2О.

Катаболизм фенилаланина и тирозина. В результате ряда ферментативных превращений эти аминокислоты превращаются в фумарат и ацетоацетат.

Превращение фенилаланина в тирозин катализируется ферментом фенилаланинмонооксигеназой, коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (ТГБП). Для регенерации последнего используется НАДФН·Н+. Превращение фенилаланина в тирозин скорее нужно для удаления избытка фенилаланина, чем для образования тирозина, поскольку недостатка в тирозине обычно не бывает. При врожденном отсутствии этого фермента развивается заболевание фенилкетонурия.

Фенилкетонурия характеризуется нарушением обмена фенилаланина, в результате последний не может превращаться в тирозин и поэтому накапливается во всех жидкостях организма. Некоторые превращения фенилаланина, количественно несущественные у здорового человека, становятся заметными при фенилкетонурии. Наиболее значительным из них является переаминирование фенилаланина с образованием фенилпирувата. В основе самого названия болезни лежит высокое содержание этого фенилкетона в моче. Из фенилпирувата далее могут образовываться фениллактат, фенилацетат и О-гидроксифенилацетат.

Phe → фенилпируват → фенилацетат → фенилацетилглутамин

Конъюгат фенилацетата с глутамином выводится из организма с мочой.

Различают 2 формы фенилкетонурии: 1) классическая – наследственное заболевание связано с мутацией в гене фенилаланинмонооксигеназы. Наиболее тяжелые проявления – нарушение умственного и физического развития, судорожный синдром. 2) вариантная – следствие мутаций в генах, контролирующих метаболизм тетрагидробиоптерина. При этой форме клинические проявления близки, но не во всем совпадают с классической формой.

Нарушение умственного и физического развития при фенилкетонурии связано с токсическим действием на клетки мозга высоких концентраций фенилаланина, фенилпирувата и фениллактата. Большие концентрации Phe ограничивают транспорт Tyr и Trp через гематоэнцефалический барьер и тормозят синтез нейромедиаторов.

Тетрагидробиоптерин необходим для реакций гидроксилирования не только Phe, но и Tyr, и Trp. Поэтому при недостатке этого кофермента нарушается метаболизм всех 3-х аминокислот, в том числе синтез нейромедиаторов – катехоламинов и серотонина. Заболевание характеризуется тяжелыми неврологическими нарушениями и ранней смертью (злокачественная фенилкетонурия).

При фенилкетонурии имеют место и другие нарушения аминокислотного обмена. Так, кожа и волосы у больных фенилкетонурией светлее, чем у их сибсов. Это обусловлено ингибированием реакции гидроксилирования тирозина – первого этапа в образовании пигмента меланина под влиянием высокой концентрации фенилаланина.

Лечение фенилкетонурии сводится к приему пищи с низким содержанием фенилаланина. Задача состоит в том, чтобы поступление фенилаланина в организм при данном заболевании не превышало потребности в нем для роста и замещения.

В связи с резко выраженной умственной отсталостью, развивающейся при фенилкетонурии, важное значение приобретает ранняя диагностика. С этой целью исследуют мочу новорожденного, добавляя в нее FeCI3. В присутствии фенилпирувата развивается оливково-зеленое окрашивание. Еще более надежным тестом считается определение фенилаланина в крови.

Частота встречаемости фенилкетонурии составляет 1 случай на 20000 новорожденных. Болезнь наследуется как аутосомный рецессивный признак. Гетерозиготы, составляющие ~ 1,5% популяции, не обнаруживают видимых отклонений от нормы. Однако гетерозиготных носителей гена фенилкетонурии можно обнаружить с помощью теста толерантности к фенилаланину или по измерению кинетики исчезновения внутривенно введенного фенилаланина. Эти тесты используются в генетической консультации для определения риска рождения больного ребенка.

Другим наследственным заболеванием, развивающимся как результат нарушения метаболизма тирозина, является алкаптонурия. Его непосредственной причиной является дефект фермента гомогентизат-диоксигеназы. В результате гомогентизат накапливается в жидкостях организма и выделяется с мочой, которая при стоянии чернеет, поскольку гомогентизат окислятся и полимеризуется в меланиноподобное соединение. Болезнь обычно обнаруживают по появлению черных пятен на пеленках. Других клинических проявлений и, прежде всего, нарушения умственного развития при данном заболевании не наблюдается.

Читайте так же:  L аргинин польза и вред
Биосинтез меланина

В пигментных клетках из тирозина образуется пигмент меланин (от греч. melas – черный). При действии тирозинмонооксигеназы тирозин окислятся в дигидроксифенилаланин (ДОФА). ДОФА под действием тирозиназы – ключевого фермента всего процесса биосинтеза меланина превращается в ДОФА-хинон, из которого в результате неферментативных реакций образуется меланин. Меланин представляет собой группу полимерных соединений с неупорядоченной структурой. Цвет кожи и глаз зависит от количества и распределения меланоцитов и содержания в них меланина. Врожденное отсутствие тирозиназы в меланоцитах или отсутствие самих меланоцитов проявляется как альбинизм. Для этого заболевания характерны отсутствие пигментации кожи, волос и радужной оболочки глаз, сниженная острота зрения.

11. Обмен гистидина

Катаболизм гистидина происходит путем его внутримолекулярного дезаминирования с образованием уроканиновой кислоты, которая затем через ряд реакций превращается в аммиак, одноуглеродный фрагмент, соединенный с тетрагидрофолатом, и глутаминовую кислоту. Дезаминирование гистидина катализируется гистидин-аммиаклиазой, которая содержится в печени и коже:

Уроканиновая кислота превращается в имидазолонпропионовую кислоту под действием уроканиназы, которая содержится только в печени:

И гистидин-аммиаклиазой, и уроканиназа появляются в крови при заболеваниях печени и измерение их активности используется для диагностики. Известна наследственная болезнь – гистидинемия, связанная с дефектом гистидин-аммиаклиазой. Для этого заболевания характерно повышенное содержание гистидина в тканях и нарушение физического и умственного развития.

12. Биогенные амины: их образование, функции и инактивация

Биогенные амины – органические соединения, которые образуются в результате декарбоксилирования аминокислот или их производных и имеют выраженную биологическую активность. В образовании биогенных аминов участвуют ферменты декарбоксилазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат.

Биогенные амины являются биологически активными веществами, которые выполнят функцию нейромедиаторов, гормонов, регуляторов местного действия.

Инактивация биогенных аминов происходит несколькими путями, основными из которых являются: 1) дезаминирование под действием ферментов моноаминоксидаз (МАО). Их коферментом служит ФАД. Сначала образуются альдегиды, а затем кислоты, которые выводятся почками.

R-CH2-NH2 → R-COH → R-COOH

2) путем метилирования под действием метилтрансфераз. При этом донором метильных групп является S-аденозилметионин (SAM).

Образование гистамина

Декарбоксилирование гистидина катализируется гистидиндекарбоксилаза. Гистамин выполняет следующие функции: 1) участвует в развитии воспалительных реакций, 2) является медиатором аллергических реакций, 3) вырабатывается железами желудка и стимулирует секрецию желудочного сока.

Инактивация гистамина происходит путем его метилирования с образованием 1-метилгистамина:

Образовавшийся 1-метилгистамин выводится из организма с мочой.

Образование 4-аминобутирата (ГАМК)

происходит в основном в пресинаптических отделах нейронов головного мозга. Наряду с глицином ГАМК является медиатором процесса торможения.

Инактивация ГАМК осуществляется путем переаминирования с 2-оксоглутаратом и последующим окислением образовавшегося сукцинат-полуальдегида в сукцинат:
Образование катехоламинов
К важнейшим представителям катехоламинов относятся ДОФамин, норадреналин и адреналин. Все они образуются в мозговом веществе надпочечников и нервной ткани. Предшественником при синтезе служит тирозин:

Катехоламины выполняют следующие функции: ДОФамин и норадреналин являются медиаторами в синаптической передаче нервного импульса; адреналин как гормон мозгового вещества надпочечников стимулирует мобилизацию депонированных углеводов и липидов, увеличивает силу и частоту сердечных сокращений и т.д.

Недостаточность дофамина в черной субстанции мозга приводит к болезни Паркинсона. Это одна из самых распространенных неврологических болезней – частота встречаемости 1 : 200 среди людей старше 60 лет. При этом заболевании снижена активность тирозинмонооксигеназы и ДОФА-декарбоксилазы. Заболевание сопровождается 3 основными симптомами: скованностью движений, ригидностью (напряжением) мышц и тремором (непроизвольное дрожание).

Инактивация катехоламинов происходит двумя путями: 1) в результате дезаминирования под действием фермента моноаминоксидазы (МАО)

2) метилирования под действием фермента катехол-О-метилтрансферазы (КОМТ).

Определение метанефринов и ванилилминдальной кислоты (ВМК) в моче используется с целью диагностики феохромоцитомы – опухоли мозгового вещества надпочечников.

Процесс расщепления белков до аминокислот 198


Название статьи четко задает мысль о преимуществе растительных белков над животными. А это требует обоснования. Обоснование кроется в составе белков и нам предстоит в этом убедиться.

Для начала осознаем, что белки это химические соединения, участвующие в разнообразных химических процессах и построении всевозможных веществ в нашем организме.

И чтобы понять, в чем преимущество растительных белков над животными, необходимо в общих чертах разобраться, как синтезируются белки. Как организм синтезируют белки? Синтезом белка в нашем организме занимаются клетки. Клетки имеют в своем составе несколько элементов, непосредственно участвующих в синтезе белков. Непосредственно в синтезе белков участвуют клеточные рибосомы. Рибосомы представляют собой некое подобие фабрики или сборочного конвейера по изготовлению всевозможных химических веществ, например белков. Этот сборочный конвейер рибосом обслуживают специально предназначенные для этого энзимы. Вообще энзимы выполняют в нашем организме роль универсальных рабочих, которые обслуживают в организме всевозможные процессы, например пищеварение, о котором мы уже говорили или, в нашем случае, строительство белков. Для того чтобы строить белки рибосоме нужны: — сборочная программа, «конструкторский чертеж» для каждого конкретного вида белка. Комплектующие рибосома получает из содержащегося внутри клетки Комплекса Гольджи (который является своего рода складом). Энергию рибосома, да и вся клетка в целом получают от митохондрий, которые работают на глюкозе. А сборочную программу для построения того или иного вида белка рибосома получает от РНК (рибонуклеиновой кислоты). Рибонуклеиновая (РНК) представляет собой точную копию фрагмента, взятого из общей базы данных, которая содержится в нашей ДНК (дезоксирибонуклеиновой) кислоте. ДНК представляет собой информацию обо всех программах построения данного живого существа – множество программ, обслуживающих все виды «внешней и внутренней» деятельности, включая его рождение и развитие,  данного конкретного живого существа. Вся эта информация зашифрована в ДНК и хранится в ядре клетки. Возвращаемся к рибосоме. Вот рибосома изготовляет какой-то очередной белок. Она получает энергию от митохондрий, она имеет «сборочную программу» в виде копии нужного фрагмента из общей базы данных – РНК и она получила необходимые комплектующие из Комплекса Гольджи. Что же это за комплектующие, которые рибосома получает из Комплекса Гольджи, для построения белка? – Это, среди прочего, аминокислотыбелка. Вот он этот элемент – аминокислота белка – который поможет нам понять, чем же растительный белок ценнее животного. (Самое интересное вместе с этим, что геном, в частности человека, кодируется четверками специфичных аминокислот. Вся ДНК представляет собой упорядоченную структуру четверок аминокислот). Дело в том, что любое живое существо строит для себя свои собственные, специфичные белки согласно тому алгоритму, который я описал выше и который содержится в ДНК данного живого существа. Уникальность белков, которые каждое живое существо строит для себя, состоит в том, что  каждое из них создает эти белки по своей собственной уникальной «сборочной программе» содержащейся в уникальной ДНК, присущей каждому живому существу. Иначе говоря, разница всех видов живых существ заключается в различных видах уникальных ДНК присущих тому или иному организму, ведь питание мы все (живые существа) имеем общее. И каждое живое существо имеет возможность выбрать для себя подходящее для себя питание из числа доступного всем. Это упрощенно значит, что весь набор аминокислот одинаков и доступен для всех живых существ на Земле. При этом каждое существо из исходного набора аминокислот строит специфичные белки персонально для себя. Процесс расщепления белков до аминокислот 162

Что происходит с белком в организме при его употреблении в виде пищи? Теперь мы уже можем разобраться в том, почему растительный белок является гораздо более ценным по сравнению с животным. Нас ведь интересует пищевая ценность таких  белков, не так ли? Вот допустим мы съели кусок тушеной говядины. Если говядина не смешана ни с каким из продуктов, кроме овощей, начнется процесс ее полноценного переваривания. (Если говядина съедена, например, с картошкой, пищеварение затормозится). Организм настроится на расщепление белка, выделит в желудок энзим пепсин и до предела понизит кислотность желудочного сока, поскольку белок идеально переваривается в сильнокислой среде. Начнется процесс расщепления белка, поскольку говяжий белок это белок созданный коровой для себя и по программе, зашитой в ее собственной ДНК. Иными словами коровий белок совершенно не пригоден для организма человека ни в каком виде, его невозможно применить ни для одной из химических реакций протекающий в организме человека ! Поэтому начнется процесс энергозатратного расщепления коровьего белка на составные аминокислоты. В результате образуются подходящие для человека аминокислоты белка, являющиеся общими для всех организмов, и множество токсических веществ – продуктов распада. Эти вещества сильно закисляют организм человека, сдвигая кислотно-щелочной баланс внутренних сред в сторону кислот со значением pH менее 7 (значение 7 соответствует нейтральному раствору). Таким образом, в результате употребления в пищу куска говядины, в результате трудоемкого расщепления чужеродного белка,  наш организм получает набор необходимых нам аминокислот белка и множество ненужных продуктов распада, закисляющих наш организм и создающих тем самым опасность возникновения онкологических и других заболеваний. А ведь нам всего лишь нужны были определенные аминокислоты белка, общие для всех живых существ ! Так не проще было бы их получить при некоторых условиях, при которых организм не загрязняется токсическими продуктами расщепления чужеродного животного белка и не тратит на это энергию? Конечно проще, если знать, что: Все необходимые человеку аминокислоты содержатся в растительной пище (фруктах, овощах, орехах) в свободном легкоусвояемом виде.Они не чужеродны никому, включая человека, потому что являются исходным строительным материалом для всех живых существ! Теперь мы уже можем осознать, что: Растительность является исходным, основным источником всех питательных веществ, в том числе и аминокислот, для абсолютно всех живых существ на Земле. Это утверждение верно, в том числе, и для «ультрарадикальных» плотоедов, потому что ни один из них не может на самом деле жить без хотя бы малой части растительности в их рационе. Поэтому растительные белки являются наиболее качественными и питательными, а главное, они легче усваиваются любым организмом, в том числе человеческим. Именно поэтому после животной пищи, особенно употребленной в неверных сочетаниях с другими продуктами, возникает сонливость. Концентрация растительного и животного белка на единицу массы продукта Существует мнение, что животный белок более концентрирован, нежели растительный, и животного продукта по объему понадобится употребить гораздо меньше чем растительного. Да это так, но различия в объеме не столь значительны и огромный желудок человеку на самом деле не понадобится. Дело в том, что человеческий организм способен полноценно расщепить лишь около 120 грамм мяса в сутки (в этом уверяют нас Герберт Шелтон и другие ученые). Поэтому соответствующий ему растительный эквивалент будет не таким уж большим по объему. Закончить эту статью я хочу фрагментом из книги Виктории Бутенко «Зелень для жизни». Вот что она пишет: «В то время как во многих книгах по питанию зеленые листья даже не упомянуты в списках источников белка каждый фермер знает, что именно питание зеленью спо­собствуют росту мускулов у животных. Прокомментиро­вать влияние различных кормов на развитие мускулату­ры у овец я попросила фермера Питера Хагерти (прим. В. Бутенко живет в США) из штата Мэн. Он написал мне: «Когда наши овцы питаются концентрированным кормом, состоящим из кукурузы, овса и других зерен, они достигают забойного веса намного быстрее. Однако та­кое питание приводит к образованию жира, а не муску­лов, что совсем не выгодно для потребителя, так как жир все равно срезается и выбрасывается. Если же овцы питаются травой, они хоть и растут медленнее, но дос­тигают забойного веса с очень небольшим количеством, жира. Так что результаты моих наблюдений таковы: концентраты легко прибавляют жиры, а травы прибав­ляют качественные мускулы». Подводя итоги, отметим для себя, что зеленые растения содержат белок в форме от­дельных аминокислот. Нашему организму такие отдельные аминокислоты использовать легче, чем сложные бел­ки чужих живых организмов, которые необходимо сперва расщепить на аминокислоты. Поэтому употребление в пищу разнообразной зелени обеспечит организм всеми аминокислотами, необходимыми для создания любых составных белков для потребностей человеческого организма.

Процесс расщепления белков до аминокислот 198
Название статьи четко задает мысль о преимуществе растительных белков над животными. А это требует обоснования. Обоснование кроется в составе белков и нам предстоит в этом убедиться.
Читайте так же:  Жиросжигатели спортивное питание как выбрать

Для начала осознаем, что белки это химические соединения, участвующие в разнообразных химических процессах и построении всевозможных веществ в нашем организме.

Видео (кликните для воспроизведения).

И чтобы понять, в чем преимущество растительных белков над животными, необходимо в общих чертах разобраться, как синтезируются белки. Как организм синтезируют белки? Синтезом белка в нашем организме занимаются клетки. Клетки имеют в своем составе несколько элементов, непосредственно участвующих в синтезе белков. Непосредственно в синтезе белков участвуют клеточные рибосомы. Рибосомы представляют собой некое подобие фабрики или сборочного конвейера по изготовлению всевозможных химических веществ, например белков. Этот сборочный конвейер рибосом обслуживают специально предназначенные для этого энзимы. Вообще энзимы выполняют в нашем организме роль универсальных рабочих, которые обслуживают в организме всевозможные процессы, например пищеварение, о котором мы уже говорили или, в нашем случае, строительство белков. Для того чтобы строить белки рибосоме нужны: — сборочная программа, «конструкторский чертеж» для каждого конкретного вида белка. Комплектующие рибосома получает из содержащегося внутри клетки Комплекса Гольджи (который является своего рода складом). Энергию рибосома, да и вся клетка в целом получают от митохондрий, которые работают на глюкозе. А сборочную программу для построения того или иного вида белка рибосома получает от РНК (рибонуклеиновой кислоты). Рибонуклеиновая (РНК) представляет собой точную копию фрагмента, взятого из общей базы данных, которая содержится в нашей ДНК (дезоксирибонуклеиновой) кислоте. ДНК представляет собой информацию обо всех программах построения данного живого существа – множество программ, обслуживающих все виды «внешней и внутренней» деятельности, включая его рождение и развитие,  данного конкретного живого существа. Вся эта информация зашифрована в ДНК и хранится в ядре клетки. Возвращаемся к рибосоме. Вот рибосома изготовляет какой-то очередной белок. Она получает энергию от митохондрий, она имеет «сборочную программу» в виде копии нужного фрагмента из общей базы данных – РНК и она получила необходимые комплектующие из Комплекса Гольджи. Что же это за комплектующие, которые рибосома получает из Комплекса Гольджи, для построения белка? – Это, среди прочего, аминокислотыбелка. Вот он этот элемент – аминокислота белка – который поможет нам понять, чем же растительный белок ценнее животного. (Самое интересное вместе с этим, что геном, в частности человека, кодируется четверками специфичных аминокислот. Вся ДНК представляет собой упорядоченную структуру четверок аминокислот). Дело в том, что любое живое существо строит для себя свои собственные, специфичные белки согласно тому алгоритму, который я описал выше и который содержится в ДНК данного живого существа. Уникальность белков, которые каждое живое существо строит для себя, состоит в том, что  каждое из них создает эти белки по своей собственной уникальной «сборочной программе» содержащейся в уникальной ДНК, присущей каждому живому существу. Иначе говоря, разница всех видов живых существ заключается в различных видах уникальных ДНК присущих тому или иному организму, ведь питание мы все (живые существа) имеем общее. И каждое живое существо имеет возможность выбрать для себя подходящее для себя питание из числа доступного всем. Это упрощенно значит, что весь набор аминокислот одинаков и доступен для всех живых существ на Земле. При этом каждое существо из исходного набора аминокислот строит специфичные белки персонально для себя. Процесс расщепления белков до аминокислот 162

Что происходит с белком в организме при его употреблении в виде пищи? Теперь мы уже можем разобраться в том, почему растительный белок является гораздо более ценным по сравнению с животным. Нас ведь интересует пищевая ценность таких  белков, не так ли? Вот допустим мы съели кусок тушеной говядины. Если говядина не смешана ни с каким из продуктов, кроме овощей, начнется процесс ее полноценного переваривания. (Если говядина съедена, например, с картошкой, пищеварение затормозится). Организм настроится на расщепление белка, выделит в желудок энзим пепсин и до предела понизит кислотность желудочного сока, поскольку белок идеально переваривается в сильнокислой среде. Начнется процесс расщепления белка, поскольку говяжий белок это белок созданный коровой для себя и по программе, зашитой в ее собственной ДНК. Иными словами коровий белок совершенно не пригоден для организма человека ни в каком виде, его невозможно применить ни для одной из химических реакций протекающий в организме человека ! Поэтому начнется процесс энергозатратного расщепления коровьего белка на составные аминокислоты. В результате образуются подходящие для человека аминокислоты белка, являющиеся общими для всех организмов, и множество токсических веществ – продуктов распада. Эти вещества сильно закисляют организм человека, сдвигая кислотно-щелочной баланс внутренних сред в сторону кислот со значением pH менее 7 (значение 7 соответствует нейтральному раствору). Таким образом, в результате употребления в пищу куска говядины, в результате трудоемкого расщепления чужеродного белка,  наш организм получает набор необходимых нам аминокислот белка и множество ненужных продуктов распада, закисляющих наш организм и создающих тем самым опасность возникновения онкологических и других заболеваний. А ведь нам всего лишь нужны были определенные аминокислоты белка, общие для всех живых существ ! Так не проще было бы их получить при некоторых условиях, при которых организм не загрязняется токсическими продуктами расщепления чужеродного животного белка и не тратит на это энергию? Конечно проще, если знать, что: Все необходимые человеку аминокислоты содержатся в растительной пище (фруктах, овощах, орехах) в свободном легкоусвояемом виде.Они не чужеродны никому, включая человека, потому что являются исходным строительным материалом для всех живых существ! Теперь мы уже можем осознать, что: Растительность является исходным, основным источником всех питательных веществ, в том числе и аминокислот, для абсолютно всех живых существ на Земле. Это утверждение верно, в том числе, и для «ультрарадикальных» плотоедов, потому что ни один из них не может на самом деле жить без хотя бы малой части растительности в их рационе. Поэтому растительные белки являются наиболее качественными и питательными, а главное, они легче усваиваются любым организмом, в том числе человеческим. Именно поэтому после животной пищи, особенно употребленной в неверных сочетаниях с другими продуктами, возникает сонливость. Концентрация растительного и животного белка на единицу массы продукта Существует мнение, что животный белок более концентрирован, нежели растительный, и животного продукта по объему понадобится употребить гораздо меньше чем растительного. Да это так, но различия в объеме не столь значительны и огромный желудок человеку на самом деле не понадобится. Дело в том, что человеческий организм способен полноценно расщепить лишь около 120 грамм мяса в сутки (в этом уверяют нас Герберт Шелтон и другие ученые). Поэтому соответствующий ему растительный эквивалент будет не таким уж большим по объему. Закончить эту статью я хочу фрагментом из книги Виктории Бутенко «Зелень для жизни». Вот что она пишет: «В то время как во многих книгах по питанию зеленые листья даже не упомянуты в списках источников белка каждый фермер знает, что именно питание зеленью спо­собствуют росту мускулов у животных. Прокомментиро­вать влияние различных кормов на развитие мускулату­ры у овец я попросила фермера Питера Хагерти (прим. В. Бутенко живет в США) из штата Мэн. Он написал мне: «Когда наши овцы питаются концентрированным кормом, состоящим из кукурузы, овса и других зерен, они достигают забойного веса намного быстрее. Однако та­кое питание приводит к образованию жира, а не муску­лов, что совсем не выгодно для потребителя, так как жир все равно срезается и выбрасывается. Если же овцы питаются травой, они хоть и растут медленнее, но дос­тигают забойного веса с очень небольшим количеством, жира. Так что результаты моих наблюдений таковы: концентраты легко прибавляют жиры, а травы прибав­ляют качественные мускулы». Подводя итоги, отметим для себя, что зеленые растения содержат белок в форме от­дельных аминокислот. Нашему организму такие отдельные аминокислоты использовать легче, чем сложные бел­ки чужих живых организмов, которые необходимо сперва расщепить на аминокислоты. Поэтому употребление в пищу разнообразной зелени обеспечит организм всеми аминокислотами, необходимыми для создания любых составных белков для потребностей человеческого организма.

Источники:

  1. Красикова, Ирина Гимнастика для лентяек / Ирина Красикова. — М.: АСТ, Астрель, 2013. — 160 c.
  2. Брэдшоу, Бренда Детское питание от рождения до 3 лет. Секреты здорового развития малыша / Бренда Брэдшоу , Лорен Брэмли. — М.: Центрполиграф, 2011. — 208 c.
  3. Барановский Андрей Диетология. Руководство; Дашков и Ко, БизнесВолга — Москва, 2008. — 386 c.
  4. Брэдшоу, Бренда Детское питание от рождения до 3 лет. Секреты здорового развития малыша / Бренда Брэдшоу , Лорен Брэмли. — М.: Центрполиграф, 2011. — 208 c.
  5. Смолянский, Б.Л. Диетология: Новейший справочник для врачей: Биологически активные добавки; Лечебные и разгрузочные диеты; Продуктовые нормы и взаимозаменяемость продуктов; Особенности питания при фармакотерапии / Б.Л. Смолянский, В.Г. Лифляндский. — Москва: Высшая школа, 2004. — 816 c.
Процесс расщепления белков до аминокислот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here