Биохимический анализ белков и аминокислот

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава РФ

кафедра биохимии

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

для студентов 2 курса лечебно-профилактического факультета

Модуль 5. Биохимический анализ белков и аминокислот

Автор: к.б.н., доцент кафедры биохимии Гаврилов И.В.

Екатеринбург, 2013

Тема Белки I. Механизмы переваривание и всасывания белков

ПОНЯТИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ

Белки - высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков более чем 100 АК. У человека в организме содержится 15кг белка. По количеству генов, у человека предполагают наличие около 50000 видов белков. Самый распространенный белок у человека - коллаген, на его долю приходиться 30% от общего содержания белка.

Пептиды - органические соединения, состоящие из остатков от 2 до 100 АК.

Олигопептиды - органические соединения, состоящие из остатков от 2 до 10 АК.

Полипептиды - органические соединения, состоящие из остатков от 10 до 100 АК.

Белки имеют 3-4 уровня организации:

1. Первичная структура линейна, представлена последовательностью аминокислот, соединенных пептидными связями;

2. Вторичная структура является пространственной, она образуется только водородными связями. Выделяют б-спираль и в-складчатый лист;

3. Третичная структура является пространственной, она образуется ковалентными, водородными, ионными и гидрофобными связями. Образует белковые глобулы;

4. Четвертичная структура является пространственной, она образуется при соединении нескольких белковых глобул слабыми водородными, ионными и гидрофобными связями;

Разрушение первичной структуры белка называется гидролиз. Гидролиз пептидной связи идет в кислой и щелочной среде и с участием ферментов пептидаз (класс гидролаз).

Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой, когда разрушаются слабые связи (водородные, ионные, гидрофобные) и необратимой, когда разрушаются прочные связи (ковалентные).

Классификация белков

· По составу белки делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки содержат только остатки аминокислот. Сложные белки, кроме аминокислот, содержат небелковый компонент: липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, металлы, витамины, порфирины и т.д.

· По форме белки делятся на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки содержат б-спираль, они как правило водорастворимы. Фибриллярные белки содержат в-складчатую структуру и водонерастворимы (кератин);

· Белки делятся по выполняемым в организме функциям.

Функции белков

· Структурная (коллаген, эластин, кератин);

· Каталитическая (ферменты);

· Транспортная (гемоглобин, альбумины, глобулины);

· Сократительная (актин, миозин);

· Защитная (иммуноглобулины, фибриноген, плазминоген, лизоцим);

· Регуляторная (гормоны, рецепторы);

· Онкотическое давление (белки сыворотки крови);

· Буферная (гемоглобин, белки сыворотки крови).

Свойства белков

· Белки в основном водорастворимые вещества, образующие коллоидный раствор;

· Белки способны к денатурации и гидролизу;

· Обладают амфотерными свойствами;

· Проявляют оптическую активность, т.к. состоят из оптически активных L-аминокислот.

РОЛЬ БЕЛКА В ПИТАНИИ. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПИЩЕВОГО БЕЛКА

Роль белка в питании: основной источник АК, в первую очередь незаменимых.

Богаты белками продукты животного происхождения: мясо, рыба, сыр. Продукты растительного происхождения содержат, как правило, мало белка (кроме бобовых).

Количество белка в некоторых пищевых продуктах

Название продукта	Содержание белка, %
Мясо	18-22
Рыба	17-20
Сыр	20-36
Молоко	3,5
Рис	8,0
Горох	26
Соя	35
Картофель	1,5-2,0
Капуста	1,1-1,6
Морковь	0,8-1,0
Яблоки	0,3-0,4

Питательная ценность белка зависит от его аминокислотного состава и способности усваиваться организмом.

Полноценным белком, считается тот, который полностью усваивается организмом и содержит все необходимые, в первую очередь незаменимые, АК в пропорции близкой к тканям человеческого организма. Биологическая ценность такого белка условно принимается за 100 (белки яиц и молока). Белки животного происхождения имеют, как правило, высокую биологическую ценность (97) (белки мяса говядины 98), а растительные белки - низкую (83-85) (белки кукурузы 36, белки пшеницы 52-65).

Растительные белки, особенно пшеницы и других злаковых, полностью не перевариваются, так как они защищены от ферментов целлюлозной оболочкой.

Многие растительные белки бедны лизином, метионином и триптофаном. Например, белки кукурузы содержат мало лизина, но достаточное количество триптофана. А белки бобов богаты лизином, но содержат мало триптофана. По отдельности эти белки является неполноценными, но их смесь содержит необходимое человеку количество незаменимых АК.

В ЖКТ не перевариваются некоторые белки животного происхождения, имеющие фибриллярное строение. Например, кератин - белок волос, шерсти, перьев, копыт и рогов.

АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС. ПРИНЦИПЫ НОРМИРОВАНИЯ БЕЛКА В ПИТАНИИ. БЕЛКОВАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ

Азотистый баланс - разница между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота. Азот преимущественно поступает в организм в виде АК (95%), а выделяется в виде мочевины и аммонийных солей.

Нулевой азотистый баланс существует, когда количество выделяемого азота равно количеству поступающего в организм. Он характерен для здорового человека при нормальном питании.

Положительный азотистый баланс существует, когда из организма выделяется меньше азота, чем поступает. Характерен для детей, беременных, пациентов, выздоравливающих после тяжёлых болезней, а также при опухолевом росте.

Отрицательный азотистый баланс существует, когда из организма выделяется больше азота, чем поступает. Наблюдают при старении, голодании, безбелковой диете, во время тяжёлых заболеваний, ожогах и травмах. При длительном голодании организм теряет в сутки около 4г азота при катаболизме 25г белка.

Нормы белка в питании

· Для здорового взрослого человека минимальное количество белка в пище составляет 30-50 г/сут (при биологической ценности не ниже 70%). Оно поддерживает азотистое равновесие, но не обеспечивает сохранение работоспособности и здоровья человека.

· Для здорового взрослого человека оптимальное количество белка в пище составляет - 100-120 г/сут (или не менее 1г/кг в сут).

· Детям до 12 лет достаточно 50 - 70 г/сут (4,0-1,5 г/кг в сут) (до 3 месяцев - 2,2 г/кг в сут, до 6 месяцев - 2,6 г/кг в сут, старше 6 месяцев - 2,9 г/кг в сут).

· Для детей от 12- 15 лет оптимальное количество белка в пище составляет - 100-120 г/сут.

Потребность в пищевом белке возрастает:

· при физических нагрузках (при тяжелых до 130-150г),

· при низких температурах,

· в период выздоровления после тяжелых заболеваний,

· при беременности у женщин (3-4 г/кг белка /сут)

· при росте у детей.

Потребность в пищевом белке снижается:

· при старении,

· при повышении температуры окружающей среды

· при тяжелых заболеваниях.

Потребность в пищевом белке у мужчин выше, чем у женщин.

Белковая недостаточность

Продолжительное безбелковое питание вызывает серьёзные нарушения обмена веществ и неизбежно заканчивается гибелью организма. Дефицит в пище даже одной незаменимой АК ведёт к неполному усвоению других АК и сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нарушениями функций нервной системы.

У животных при отсутствии цистеина возникает острый некроз печени, гистидина -- катаракта; отсутствие метионина приводит к анемии, ожирению и циррозу печени, облысению и геморрагии в почках. Исключение лизина из рациона молодых животных вызывает анемиею и внезапную гибель.

Заболевание «Квашиоркор», в переводе означает «золотой (или красный) мальчик», возникает при недостаточности белкового питания. Оно характерно для Центральной Африки.

Заболевание развивается у детей, которые лишены молока и других животных белков, а питаются исключительно растительной пищей (кукуруза, бананы, таро, просо). Квашиоркор характеризуется задержкой роста, анемией, гипопротеинемией (часто сопровождающейся отёками), жировым перерождением печени. У лиц негроидной расы волосы приобретают красно-коричневый оттенок. Часто это заболевание сопровождается атрофией клеток поджелудочной железы. В результате нарушается секреция панкреатических ферментов и не усваивается даже то небольшое количество белков, которое поступает с пищей. Происходит поражение почек, вследствие чего резко увеличивается экскреция свободных аминокислот с мочой.

Без лечения смертность детей составляет 50--90%. Даже если дети выживают, длительная недостаточность белка приводит к необратимым нарушениям не только физиологических функций, но и умственных способностей. Заболевание исчезает при своевременном переводе больного на богатую белком диету, включающую большие количества мясных и молочных продуктов. Один из путей решения проблемы -- добавление в пищу препаратов лизина.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ В ЖКТ

Переваривание - процесс гидролиза веществ до их ассимилируемых форм.

Всасывание - процесс поступления веществ из просвета ЖКТ в кровеносное русло.

В пищевых продуктах содержатся в основном белки и пептиды, которые, как правило, не способны всасываться, ассимилируемых свободных аминокислот в пище очень мало.

Переваривание белков и пептидов в ЖКТ происходит под действием пищеварительных соков, содержащих ферменты протеазы, которые относятся к классу гидролаз.

Протеазы гидролизуют пептидных связей в белках и пептидах, их делят на протеиназы (эндопептидазы) и пептидазы (экзопептидазы).

Протеиназы (эндопептидазы) катализируют расщепление внутренних пептидных связей в белках и пептидах.

Пептидазы (экзопептидазы) отщепляют от молекул белков и пептидов по одной аминокислоте с карбоксильного или аминного конца. Соответственно различают карбоксипептидазы и аминопептидазы. Экзопептидазы функционируют в тонкой кишке.

Дипептидазы гидролизуют дипептиды.

В зависимости от особенностей строения активного центра протеазы подразделяют на сериновые, тиоловые (цистеиновые), кислые протеиназы и металлоферменты, содержащие в активном центре атом металла (чаще Zn). К металлоферментам относится большинство известных пептидаз.

Протеазы различают по субстратной специфичности, т. е. способности гидролизовать связи между определёнными аминокислотными остатками.

Переваривание белков начинается в желудке.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ В ЖЕЛУДКЕ

Желудок выполняет несколько функций: защитную (обезвреживание пищи: HCl, лизоцим), переваривание (механическая и химическая обработка пищи: HCl, ферменты), всасывание, эндокринную (образование гастрина и гистамина) и экскреторную (выделение мочевины, мочевой кислоты, аммиака, креатинина, солей тяжелых металлов, йода, лекарственных веществ).

Основная пищеварительная функция желудка - переваривание белка. Для пищеварения слизистая оболочка желудка выделяет сложный по составу сок, который представляет собой бесцветную, слегка опалесцирующую жидкость с величиной рН=1,5-2,0 (1,6-1,8) и относительной плотностью 1005. В сутки выделяется 2-2,5 литра сока. Основной компонент желудочного сока вода (99,5%) в которой растворены органические и неорганические вещества.

Состав желудочного сока

Неорганические вещества	Кол-во	Органические вещества	Кол-во
Свободная НС1	20 ммоль/л, 0,4-0,5% 20-40 ТЕ	Пепсины (8 видов)	0--21 мг%
Связанная НС1	20-30 ТЕ	Ренин (только у грудных детей)
Хлориды	155,1 ммоль/л	Гастриксин
Натрий	31,3-189,3 ммоль/л	Желатиназа
Калий	5,6-35,3 ммоль/л	Липаза
кальций		Муцин
магний		Лизоцим
Азот небелковый	14,3--34,3 ммоль/л	Органические кислоты
Азот мочевины и аммиака	4,99--9,99 ммоль/л
Азот аминокислот	47,6-118,9 мкмоль/л
Сульфаты
фосфаты
бикарбонаты

Желудочный сок синтезируется железами, находящимися в слизистой оболочке желудка. Различают три вида желез: кардиальные, фундальные (собственные железы желудка) и пиллорические (железы привратника). Железы состоят из главных, париетальных (обкладочных), добавочных клеток и мукоцитов.

Главные клетки вырабатывают пепсиногены (пепсин, гастриксин, реннин), обкладочные (париетальные) -- соляную кислоту, добавочные и мукоциты -- мукоидный секрет. Фундальные железы содержат все три типа клеток.

Кислотность желудочного сока

Кислотность желудочного сока связана с наличием в нем различных неорганических (HCl, кислые фосфаты) и органических (оксо-, окси-, амино-, нуклеиновые, жирные кислоты и т.д.) кислот. В связи с этим выделяют понятие общая кислотность желудочного сока. Основная причина кислотности желудочного сока связана с наличием в нем соляной кислоты. Соляная кислота в желудочном соке находится в свободном и в связанном (с белками и продуктами их переваривания) состоянии.

Механизм образования соляной кислоты

Согласно карбоангидразной теории, источником Н⁺ для HCl является Н₂СО₃, которая образуется в обкладочных клетках желудка из СО₂ и Н₂О под действием карбоангидразы: Н₂О + СО₂ > Н₂СО₃

Н₂СО₃ диссоциирует на бикарбонат, который выделяется в плазму крови в обмен на С1^-, и Н⁺, который активно переносится Н⁺/К⁺-АТФ-азой в просвет желудка в обмен на К⁺.

При этом в просвете желудка концентрация Н⁺ увеличивается в 10⁶ раз, концентрация НС1 достигает 0,16 М, а значения рН снижается до 1,0-2,0. При максимальной активности обкладочные клетки могут продуцировать до 23 ммоль HCl в час. Синтез HCl - аэробный процесс, требующий большого количества АТФ, поэтому при гипоксии он снижается.

Вода выходит из клеток в просвет желудка по осмотическому градиенту

Функции НС1:

· Вызывает денатурацию и набухание белков пищи, что увеличивает доступность их пептидных связей для действия протеаз;

· Обладает бактерицидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник;

· Регуляция активности протеолитических ферментов (активирует пепсиноген и создаёт оптимум рН для протеолитических ферментов);

· Стимулирует работу кишечника и поджелудочной железы.

Ферменты желудка

Пепсиноген неактивный фермент, синтезируется в главных клетках, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 40 кД.

В просвете желудка под действием НС1 от N-конца пепсиногена отщепляется пептид в 42 аминокислотных остатка, который содержит почти все положительно заряженные аминокислоты, имеющиеся в пепсиногене. При этом пепсиноген превращается в активный пепсин, он состоит преимущественно из отрицательно заряженных аминокислот, которые участвуют в формировании активного центра. Образовавшиеся под действием НС1 активные молекулы пепсина быстро активируют остальные молекулы пепсиногена аутокатализом.

Пепсин - белок, с молекулярной массой 34,5 кДа, 340АК, 3 дисульфидных мостика и фосфорная кислота. Пепсин - эндопептидаза с оптимумом рН=1,9.

. Пепсин гидролизует внутренние пептидные связи в белке (кроме кератинов и других склеропротеинов) с образованием коротких пептидов и АК: хорошо - между ароматическими аминокислотами (фенилаланин, триптофан, тирозин) и хуже - между лейцином и дикарбоновыми аминокислотами. Естественным ингибитором пепсина является пепстатин.

Всего известно до 12 изоформ пепсина, которые различаются молекулярным весом, электрофоретической подвижностью, оптимумами рН протеолитической активности, при разном рН с неодинаковой скоростью гидролизуют разные белки, условиями инактивации.

· Пепсин 1 (собственно пепсин) -- максимум активности при рН = 1,9. При рН = 6 быстро инактивируется.

· Пепсин 2 -- максимум активности при рН = 2,1.

· Пепсин 3 -- максимум активности при рН = 2,4 -- 2,8.

· Пепсин 5 («гастриксин») -- максимум активности при рН = 2,8 -- 3,4.

· Пепсин 7 -- максимум активности при рН = 3,3 -- 3,9.

Реннин (химозин, сычужный фермент) - эндопептидаза, с оптимумом рН=3-4. В составе преобладают кислые аминокислоты, вырабатывается главными клетками в виде прореннина (прохимозина). Активируется при рН<5, в присутствии кальция отщеплением пептида в 42 АК. Реннин вызывает створаживание молока в присутствии ионов кальция. Есть только у детей грудного возраста. Основной белок молока -- казеин, представляющий смесь нескольких белков, различающихся по аминокислотному составу и электрофоретической подвижности. Реннин катализирует отщепление от казеина гликопептида, в результате чего образуется параказеин. Параказеин присоединяет ионы Са²⁺, образуя нерастворимый сгусток, чем предотвращает быстрый выход молока из желудка. Параказеин медленно расщепляется под действием пепсина. В желудке взрослых людей реннина нет, молоко у них створаживается под действием НС1 и пепсина.

Муцин - мукопротеид образующий слизь. Существует в 2 формах: нерастворимая фракция - покрывает поверхность слизистой оболочки и изолирует эпителий от пищеварительного процесса (механическая и химическая защита); растворимая фракция - образует коллоидную систему, в которой растворены компоненты желудочного сока. Обладает буферными свойствами, способна нейтрализовать кислотность или щелочность.

Внутренний фактор Касла (гастромукопротеид) -- комплексное соединение, состоящее из пептидов, отщепляющихся от пепсиногена при его превращении в пепсин, и мукоидов -- секрета, выделяемого клетками слизистой оболочки желудка (мукоцитами).

Мукоидная часть комплекса защищает его от гидролиза пищеварительными ферментами и утилизации бактериями кишечника; белковая часть определяет его физиологическую активность. Основная роль внутреннего фактора Касла заключается в образовании с витамином В12 лабильного комплекса, который всасывается эпителиальными клетками подвздошной кишки.

Всасывание усиливается в присутствии ионов кальция, бикарбонатов и ферментов поджелудочной железы. В плазме крови витамин В12 связывается с белками плазмы, образуя белково-В12-витаминный комплекс, который депонируется в печени.

Лизоцим - белок, обеспечивающий бактерицидные свойства желудочного сока.

Нарушения переваривания белков в желудке

При заболеваниях желудка в желудочном соке часто происходит изменение содержание соляной кислоты, реже - снижение активности пищеварительных ферментов, что приводит к нарушению процессов переваривания белков.

Для диагностики заболеваний желудка определяют кислотность желудочного сока, содержание в нем свободной и связанной HCl, пепсина, фактора Касла и наличие патологических компонентов: молочной кислоты и крови.

Определение кислотности желудочного сока

Кислотность желудочного сока выражается в титрационных единицах (Т.Е.), определяется количеством мл 0,1Н раствора NaOH, пошедшего на титрование 100 мл желудочного сока. Титрование проводят в присутствии двух индикаторов, что позволяет в одной пробе определить свободную HCl, связанную HCl и общую кислотность. В норме общая кислотность у взрослых составляет 40-60 Т.Е, кислотность свободной HCl - 20-40 Т.Е., связанной HCl - 20-30 Т.Е.

В качестве нарушений выделяют:

Повышенная кислотность желудочного сока. Она обычно сопровождается изжогой, диареей и может быть симптомом язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, а также гиперацидного гастрита.

Пониженная кислотность желудочного сока. Бывает при некоторых видах гастритов.

Желудочная ахилия - полное отсутствие НС1 и пепсина в желудочном соке. Наблюдается при атрофических гастритах и часто сопровождается пернициозной анемией вследствие недостаточности выработки фактора Касла и нарушения всасывания витамина В₁₂.

Анацидность - рН желудочного сока >6,0. Свидетельствует о значительной потере слизистой оболочкой желудка обкладочных клеток, секретирующих соляную кислоту, что часто вызывает рак желудка.

Наличие молочной кислоты. В норме в желудочном соке молочная кислота отсутствует. Она образуется при уменьшении содержания или отсутствии свободной соляной кислоты в результате размножения молочнокислых бактерий или при злокачественных опухолях желудка, в клетках которых глюкоза окисляется анаэробным путём.

Наличие крови. Эритроциты появляются в желудочном соке при кровотечениях вследствие механических травм, язв и распада опухоли.

состояние	рН	Кислотность ТЕ	Пепсин	Фактор Касла	Лактат	Кровь
		общая	Связанная HCl	Свободная HCl
Норма	1,5-2,0	40-60	20-30	20-40	+	+	-	-
Гиперацидный гастрит	1.0	80		40	+	+	-	-
Гипоацидный гастрит	2,5	40		20	+	+	+	-
ахилия	7,0	20		-	-	-	+	-
Язва желудка	1,5	60		40	+	+		+
Рак желудка	?6,0	40-60		20	+	+	+	+

При диагностике заболеваний желудка, кроме биохимических анализов, обязательно проводят рентгенологические и эндоскопические исследования, а также биопсию.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ

Функции тонкой и толстой кишок: 1). завершение переваривания всех компонентов пищи; 2). всасывание образовавшихся соединений; 3). удаление непереваренных продуктов (формирование каловых масс и их эвакуация). 4). экскреторная. (выведение из организма мочевины, мочевой кислоты, креатинина, ядов, лекарственных препаратов, кальция, тяжелых металлов). 5) эндокринная (образование гормонов серотонин; холецистокинин, секретин; мотилин; соматостатин, вазоинтестинальный пептид (ВИП)); 6). защитная (образует защитный барьер от антигенных свойств пищи). 7). метаболическая (синтез витаминов групп В и К с помощью микрофлоры в толстом кишечнике).

Размельченные и химически обработанные пищевые массы в смеси с желудочным соком образуют жидкий или полужидкий химус, который поступает в двенадцатиперстную кишку.

Переваривание белков происходит в кишечнике под действием пищеварительных соков поджелудочной железы и тонкой кишки.

Панкреатический сок

Для пищеварения в поджелудочной железе синтезируется сложный по составу сок, который представляет собой бесцветную опалесцирующую жидкость с величиной рН=7,5-8,8. В сутки выделяется 1,5-2,5 литра сока. В состав поджелудочного сока входят вода и сухой остаток (0,12%), который представлен неорганическими и органическими веществами.

В соке содержится 5-6г общего белка, катионы Na⁺ (134-142 мг/л), Ca²⁺, К⁺ (4,7-7,4 мг/л), Мg²⁺ и анионы Cl^- (35-97 мг/л), SO₃^2-, HPO₄^2-, особенно много в нем бикарбонатов - 150 ммоль/л.

Ферментная часть секрета образуется в ацинарных клетках, а жидкая (водно-электролитная) - муцин и бикарбонаты - в эпителии протоков.

В панкреатическом соке содержится большое количество гидролитических ферментов: липаз, фосфолипаз, эстераз, нуклеаз, амилаз, мальтаз и в неактивной форме эндопептидаз (трипсиноген, химотрипсиноген, проколлагеназа, проэластаза) и экзопептидаз (прокарбоксипептидазы А и В).

Активация протеаз в просвете кишечника происходит путём их частичного протеолиза.

Трипсиноген превращается в активный трипсин под действием энтеропептидазы эпителия кишечника, которая отщепляет с N-конца трипсиногена гексапептид Вал-(Асп)₄-Лиз.

Образовавшийся трипсин частичным протеолизом активирует оставшиеся проферменты панкреатических протеаз (проэластаза, проколлагеназа и прокарбоксипептидазы А и В, химотрипсиноген). В результате образуются активные ферменты -- эластаза, коллагеназа, карбоксипептидазы А и В, и несколько активных химотрипсинов (р, д, б).

Химотрипсиноген состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 245 АК и пяти дисульфидных мостиков. Под действием трипсина расщепляется пептидная связь между 15-й и 16-й аминокислотами, в результате чего образуется активный р-химотрипсин.

Далее р-химотрипсин отщепляет дипептид сер(14)-арг(15), что приводит к образованию д-химотрипсина. д-химотрипсин отщепляет дипептида тре(147)-арг(148) что приводит к образованию стабильной формы активного фермента -- б-химотрипсина, который состоит из трёх полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками.

Специфичность действия протеаз

Трипсин преимущественно гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами аргинина и лизина.

Химотрипсины наиболее активны в отношении пептидных связей, образованных карбоксильными группами ароматических аминокислот (Фен, Тир, Три).

Карбоксипептидазы А и В -- цинксодержащие ферменты, отщепляют аминокислоты с С-конца. Карбоксипептидаза А отщепляет преимущественно аминокислоты, содержащие ароматические или гидрофобные радикалы, а карбоксипептидаза В -- остатки аргинина и лизина.

Поджелудочный сок обеспечивает в просвете кишки полостное переваривание. Ферменты поджелудочной железы гидролизуют полипептиды пищи до олигопептидов и аминокислот.

Возрастные особенности панкреатического сока

Протеолитическая активность пищеварительного сока поджелудочной железы находится на довольно высоком уровне уже с первых месяцев жизни, достигая максимума к 4-6 годам. Липолитическая активность увеличивается в течение первого года ребенка. Активность поджелудочной амилазы к концу первого года жизни возрастает в 4 раза, достигая максимальных значений к 9 годам.

Кишечный сок

Кишечный сок является продуктом деятельности всей слизистой оболочки кишечника и представляет собой неоднородную вязкую жидкость, с величиной рН=7,2-8,6 (с усилением секреции рН повышается). За сутки у человека в тонкой кишке выделяется до 2,5л сока, а в толстой кишке - 50-100мл сока. Кишечный сок продуцируется в основном бруннеровыми железами 12-перстной кишки и либеркюновыми железами 12-перстной, тощей и подвздошной кишок.

Основной компонент кишечного сока - вода, в которой растворены органические (белки, аминокислоты, промежуточные продукты обмена, слизь) и неорганические (хлориды, бикарбонаты, фосфаты натрия, калия, кальция) компоненты.

В кишечном соке содержится более 20 ферментов, гидролизующих углеводы (мальтаза, трегалаза, инвертаза, лактаза, а- и г-амилазы), белки и их фрагменты (аминопептидазы, трипептидазы, дипептидазы, энтерокиназа), липиды (моноглицеридлипаза, карбоксиэстераза), нуклеазы, фосфатазы и другие гидролазы. Состав кишечного сока меняется в зависимости от пищи.

Экзопептидазы (аминопептидазы, три- и дипептидазы) синтезируются кишечником сразу в активной форме, они гидролизуют оставшиеся олигопептиды до аминокислот.

Аминопептидазы последовательно отщепляют N-концевые аминокислоты пептидной цепи.

· Лейцинаминопептидаза -- Zn²⁺- или Мn²⁺-содержащий фермент, обладает широкой специфичностью по отношению к N-концевым аминокислотам.

· Аланинаминопептидаза.

Трипептидазы расщепляют трипептиды на дипептиды и аминокислоты, а дипептиды гидролизуют на аминокислоты дипептидазы.

Ферменты кишечного сока функционируют преимущественно в составе гликокаликса щеточной каемки кишечного эпителия, обеспечивая пристеночное и мембранное пищеварение.

Защита клеток от действия протеаз

Клетки поджелудочной железы защищены от действия пищеварительных ферментов тем, что:

· эти ферменты образуются в клетках поджелудочной железы в неактивной форме и активируются только после секреции в просвет кишечника.

· в клетках поджелудочной железы присутствует белок-ингибитор трипсина, образующий с активной формой фермента (в случае преждевременной активации) прочный комплекс.

В полости желудка и кишечника протеазы не контактируют с белками клеток, поскольку слизистая оболочка покрыта слоем слизи, а каждая клетка содержит на наружной поверхности плазматической мембраны полисахариды, которые не расщепляются протеазами и тем самым защищают клетку от их действия.

Разрушение клеточных белков протеазами происходит при язвенной болезни желудка или двенадцатиперстной кишки.

РЕГУЛЯЦИЯ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОЙ СЕКРЕЦИИ

Натощак секретируется незначительное количество желудочного сока.

Регуляция секреции желудочного сока осуществляется в 3 фазы:

1. Мозговая (сложнорефлекторная) фаза. Осуществляется через комплекс условных и безусловных рефлексов. Вид, запах и вкус пищи активируют нейроны вагуса в центре регуляции желудочной секреции. Окончания вагуса в желудке выделяют ацетилхолин, который через М-холинорецепторы стимулирует синтез желудочного сока (главными, обкладочными и добавочными клетками), а также стимулирует выработку в желудке гормонов гастрина и гистамина;

2. Желудочная (нейро-гуморальная) фаза. Возникает при нахождении пищи в желудке. За счет вагуса, метасимпатической нервной системы, гастрина, гистамина и питательных веществ (белки, пептиды, АК) стимулируется секреция желудочного сока. (Метасимпатическая нервная система (МНС) представляет собой комплекс микроганглиев, расположенных в стенках внутренних органов. МНС координирует и регулирует моторную, секреторную, абсорбционную, эндокринную, иммунную функции полых внутренних органов).

3. Кишечная фаза. При недостаточной обработки пищи из кишечника возникают сигналы, стимулирующие желудочную секрецию (за счет рефлексов местных и центральных, возникающих с рецепторов кишечника и реализующихся через вагус, МСН, гастрин, гистамин). При избытке HCl или чрезмерном разрушении пищевых продуктов, из кишечника возникают сигналы, тормозящие желудочную секрецию (через секретин, холецистокинин, ВИП, ГИП).

Гастрин - гормон пептидной природы, производимый G-клетками желудка (гастрин-17 из 17 аминокислот, и гастрин-14 из 14 аминокислот), расположенными в основном в антральном отделе желудка.

Секрецию гастрина стимулируют:

· Ацетилхолин вагуса;

· белки, продукты гидролиза;

· бомбензин;

· инсулин;

· адреналин (слабо);

· высокий уровень глюкокортикоидов;

· гиперкальциемия.

Секрецию гастрина угнетают:

· высокий уровнень HCl в желудке;

· холецистокинин;

· секретин;

· глюкагон;

· серотонин;

· ГИП;

· ВИП;

· простагландин Е;

· эндогенные опиоиды -- эндорфины и энкефалины;

· аденозин;

· кальцитонин;

· соматостатин (сильно);

Эффекты гастрина:

· Гастрин связывается с гастриновыми рецепторами в желудке и активирует через аденилатциклазную систему синтез желудочного сока: он стимулирует секрецию НС1, пепсиногена, бикарбонатов и слизи в слизистой желудка.

· Гастрин увеличивает продукцию простагландина E в слизистой желудка, что приводит к местному расширению сосудов, усилению кровоснабжения и физиологическому отёку слизистой желудка и к миграции лейкоцитов в слизистую. Лейкоциты принимают участие в процессах пищеварения, секретируя различные ферменты и производя фагоцитоз.

· Гастрин тормозит опорожнение желудка, что обеспечивает достаточную для переваривания пищи длительность воздействия соляной кислоты и пепсина на пищевой комок.

· Рецепторы к гастрину имеются и в тонкой кишке и поджелудочной железе. Гастрин увеличивает секрецию секретина, холецистокинина, соматостатина и ряда других гормонально активных кишечных и панкреатических пептидов, а также секрецию кишечных и панкреатических ферментов. Тем самым гастрин создаёт условия для осуществления следующей, кишечной, фазы пищеварения.

Гистамин биогенный амин, образующийся в энтерохромафиноподобных клетках (ECL) при декарбоксилировании аминокислоты гистидина. Секрецию гистамина стимулирует ацетилхолин вагуса, гастрин, ингибирует HCl. Гистамин, через Н₂-рецепторы, усиливает секрецию HCl обкладочными клетками.

Простогландины вырабатываются покровными эпителиоцитами. Секрецию простогландинов стимулирует HCl, ингибируют глюкокортикоиды. Простогландины стимулируют слизеобразование, секрецию бикарбонатов (нейтрализация рН), усиливают кровообращения в желудке.

Серотонин - биогенный амин, образуется в энтерохромафинных эндокриноцитах (ЕС) из 5-окситриптофана. Секрецию серотонина стимулирует HCl. Серотонин стимулирует секреторную (главные и слизистые клетки) и двигательную активность (миоциты) клеток желудка.

Соматостатин (пептид) образуется в D-клетках. Соматостатин ингибирует синтез ферментов, гормонов, соляной кислоты, увеличивает скорость всасывания воды и электролитов в тонкой кишке, снижает концентрацию вазоактивных пептидов в крови, уменьшает частоту актов дефекации и массу кала.

Пища, поступающая в желудок, стимулирует повышенное образование желудочного сока в течение 4-6 часов. Количество, состав и свойства желудочного сока меняются в зависимости от характера пищи, а также при заболеваниях желудка, кишечника и печени. Наибольшее количество желудочного сока выделяется на белковую пищу, меньше - на углеводную, еще меньше на жирную.

Регуляция поджелудочной секреции

Регуляция секреции поджелудочного сока осуществляется в 3 фазы:

1. Мозговая (сложнорефлекторная) фаза. Осуществляется через комплекс условных и безусловных рефлексов. Вид, запах и вкус пищи активируют нейроны вагуса в центре регуляции панкреатической секреции. Окончания вагуса в поджелудочной железе выделяют ацетилхолин, который стимулирует синтез панкреатического сока.

2. Желудочная (нейро-гуморальная) фаза. Возникает при нахождении пищи в желудке. За счет вагуса, гастрина, серотонина стимулируется секреция поджелудочного сока.

3. Кишечная фаза. Кислый химус вызывает в кишечнике выделение S-клетками секретина (белковый гормон). Секретин поступают в кровь и стимулирует выделение из поджелудочной железы в тонкий кишечник панкреатического сока, содержащего много НСО₃^-, что нейтрализует НС1 желудочного сока и ингибирует пепсин. В результате рН возрастает от 1,5-2,0 до 7,0.

Поступление пептидов в тонкий кишечник вызывает секрецию холецистокинина (белкового гормона) в I-клетках, который стимулирует выделение панкреатического сока с большим содержанием ферментов.

Регуляция кишечной секреции

Регуляция деятельности желез тонкой кишки осуществляется местными нервно-рефлекторными механизмами, а также гуморальными влияниями и ингредиентами химуса. Механическое раздражение слизистой оболочки тонкой кишки вызывает выделение жидкого секрета с малым содержанием ферментов. Местное раздражение слизистой кишки продуктами переваривания белков, жиров, соляной кислотой, панкреатическим соком вызывает отделение кишечного сока, богатого ферментами. Усиливают кишечное сокоотделение ГИП, ВИП, мотилин. Гормоны энтерокринин и дуокринин, выделяемые слизистой оболочкой тонкой кишки, стимулируют соответственно секрецию либеркюновых и бруннеровых желез. Тормозное действие оказывает соматостатин.

Мотилин (в Мо-клетках) - стимулирует активность гладко-мышечной клеток кишечника.



ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ В КИШЕЧНИКЕ

Всасывание L-аминокислот (но не D) -- активный процесс, в результате которого аминокислоты переносятся через кишечную стенку от слизистой её поверхности в кровь.

Известно пять специфических транспортных систем, каждая из которых функционирует для переноса определённой группы близких по строению аминокислот:

1. нейтральных, короткой боковой цепью (аланин, серии, треонин);

2. нейтральных, с длинной или разветвлённой боковой цепью (валин, лейцин, изолейцин);

3. с катионными радикалами (лизин, аргинин);

4. с анионными радикалами (глутаминовая и аспарагиновая кислоты);

5. иминокислот (пролин, оксипролин).

Существуют 2 основных механизма переноса аминокислот: симпорт с натрием и г-глутамильный цикл.

1. Симпорт аминокислот с Na⁺.

Симпортом с Nа⁺ переносятся аминокислоты из первой и пятой группы, а также метионин.

L-аминокислота поступает в энтероцит путём симпорта с ионом Na^+. Далее специфическая транслоказа переносит аминокислоту через мембрану в кровь. Обмен ионов натрия между клетками осуществляется путём первично-активного транспорта с помощью Na⁺, К⁺-АТФ-азы.

2. г-Глутамильный цикл.

г-глутамильный цикл переносит некоторые нейтральные аминокислоты (фенилаланин, лейцин) и аминокислоты с катионными радикалами (лизин) в кишечнике, почках и, по-видимому, мозге.

В этой системе участвуют 6 ферментов, один из которых находится в клеточной мембране, а остальные -- в цитозоле. Мембранно-связанный фермент г-глутамилтрансфераза (гликопротеин) катализирует перенос г-глутамильной группы от глутатиона на транспортируемую аминокислоту и последующий перенос комплекса в клетку. Амнокислота отщепляется от у-глутамильного остатка под действием фермента у-глутамилциклотрансферазы.

Дипептид цистеинилглицин расщепляется под действием пептидазы на 2 аминокислоты -- цистеин и глицин. В результате этих 3 реакций происходит перенос одной молекулы аминокислоты в клетку (или внутриклеточную структуру). Следующие 3 реакции обеспечивают регенерацию глутатиона, благодаря чему цикл повторяется многократно. Для транспорта в клетку одной молекулы аминокислоты с участием у-глутамильного цикла затрачиваются 3 молекулы АТФ.



Поступление аминокислот в организм осуществляется двумя путями: через воротную систему печени, ведущую прямо в печень, и по лимфатическим сосудам, сообщающимся с кровью через грудной лимфатический проток. Максимальная концентрация аминокислот в крови достигается через 30--50 мин после приёма белковой пищи (углеводы и жиры замедляют всасывание аминокислот). Аминокислоты при всасывании конкурируют друг с другом за специфические участки связывания. Например, всасывание лейцина (если концентрация его достаточно высока) уменьшает всасывание изолейцина и валина.

НАРУШЕНИЕ ПЕРЕВАРИВАНИЯ БЕЛКОВ И ТРАНСПОРТА АМИНОКИСЛОТ

Непереносимость белков пищи (например, молока и яиц) у взрослых людей. В норме у взрослых людей из кишечника кровь попадают только лишенные антигенных свойств аминокислоты. Однако, у некоторых людей происходит всасывание в ЖКТ недопериваренных пептидов, антигенные свойства которых вызывают иммунные реакций.

У новорожденных проницаемость слизистой оболочки кишечника выше, чем у взрослых, поэтому в кровь поступают белки (антитела) молозива, необходимые для создания пассивного иммунитета. Процесс облегчается наличием в молозиве белка -- ингибитора трипсина и низкой активностью протеолитических ферментов новорождённых.

При заболевании целиакии (нетропической спру) происходит нарушение клеток слизистой оболочки кишечника, где всасываются небольшие негидролизованные пептиды. Целиакия характеризуется повышенной чувствительностью к глютену -- белку клейковины зёрен злаков, употребляемых с пищей человеком. Этот белок оказывает токсическое действие на слизистую оболочку тонкой кишки, что приводит к её патологическим изменениям и нарушению всасывания.

Цистинурия, болезнь Хартнапа и некоторые другие, возникают вследствие дефекта переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках. Описана врождённая патология, связанная с дефектом фермента 5-оксопролиназы. При этом с мочой выделяется оксопролин. У этих больных нарушены транспорт аминокислот в ткани и их метаболизм в клетках.

4. «Гниение» белков в кишечнике. Роль УДФ-глюкуроновой кислоты и ФАФС в процессах обезвреживания и выведения продуктов «гниения» (фенол, индол, скатол, индоксил и др.).

ГНИЕНИЕ

Гниение - (putrefacio) процесс расщепления азотсодержащих, главным образом белковых веществ, в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

В аэробных условиях белковые молекулы подвергаются более глубокому распаду с образованием множества промежуточных продуктов, распад идет вплоть до воды и газов.

В анаэробных условиях образуется меньше продуктов распада, но они являются более токсичными. В процессе гниения образуются так называемые трупные яды или птомаины.

При распаде цистеина, цистина и метионина образуются таурин (C₂H₇NO₃S), этилсульфид (C₄H₁₀S), метилмеркаптан (CH₃-SH), сероводород, аммиак, метиламин (CH₃-NH₂), диметиламин ((CH₃)₂ NH), триметиламин ((CH₃)₃ NH), углекислота, водород, метан.

Из гистидина образуются гистамин, имидазолилпировиноградная и уроканиновая кислоты.

Из фенилаланина и тирозина образуются фенилпировиноградная, параоксифенилпировиноградная, фенилмолочная и оксифенилмолочная кислоты. Оксифенилмолочная кислота превращается в кумаровую кислоту, крезол (HO-C₆H₄-CH₃), оксибензойную кислоту (HO-C₆H₄-COOH) и фенол (HO-C₆H₅).

При декарбоксилировании фенилаланина, тирозина и 5-окситриптофана образуются фенилэтиламин, тирамин и серотонин, обладающие сильными фармакодинамическими свойствами.

Из триптофана образуются окси и кетокислоты (индолилпропионовая и скатоуксусная кислоты), а также скатол и индол, имеющие токсические свойства.

В кишечнике под действием микрофлоры триптафан подвергается процессу гниения с образованием токсичных соединений: скатола, индола и триптамина.

Триптамин - галлюциноген и возбудитель; вызывает сонное оцепенение без вялости и утомления. Присутствие скатола в кале и придает фекалиям характерный запах.

Из лизина бактериями при декарбоксилировании образуется кадаверин NH₂(CH₂)₅NH₂. Ядовитость кадаверина относительно невелика. Обнаружен у растений.

Из орнитина NH₂CH₂CH₂CH₂CH(NH₂)СООН бактериями при декарбоксилировании образуется путресцин H₂N(CH₂)₄NH₂. В тканях организма путресцин -- исходное соединение для синтеза двух физиологически активных полиаминов -- спермидина и спермина. Эти вещества наряду с путресцином, кадаверином и другими диаминами входят в состав рибосом, участвуя в поддержании их структуры.

Пуриновые основания при гниении превращаются в гипоксантин и ксантин, а при участии ксантиноксидазы переходят в мочевину и углекислый аммиак.

Гем в процессе гниения переходит в гематин или стеркобилиноген.

Холестерин (C₂₇H₄₆O) превращается в копростерин (C₂₇H₄₈O).

Тема Белки II. Общие пути обмена аминокислот. Биосинтез мочевины.

Аминокислоты (АК) - органические соединения, содержащие -СООН и -NH₂ в б-положении. Почти все АК имеют хиральный атом и обладают оптической изомерией. У человека присутствуют L-аминокислоты.

Всего известно около 300 видов АК, у человека в организме - 70, а в составе белков - 20.

Физико-химические свойства аминокислот

АК белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Имеют высокую температуру плавления, в твердом состоянии находятся в виде внутренней соли. Многие сладкие на вкус (гли).

АК амфотерные вещества - проявляют свойства кислот и оснований.

К наиболее важным общим реакциям АК относятся реакции:

1. декарбоксилирования,

2. переаминирования,

3. дезаминирования,

4. образование пептидных связей

5. образование оснований Шиффа (при гликозилировании белков).

Специфические реакции АК связаны с наличием функциональных групп в радикале (окислительно-восстановительные реакции цис).

Существует несколько классификаций аминокислот.

Классификация АК по природе радикала: 1). алифатические (гли, ала, вал, лей, иле и.т.д.); 2). ароматические (фен, тир, три, гис); 3). гетероциклические (про, оксипро).

Классификация АК по количеству карбоксильных и аминогрупп: 1). нейтральные; 2). кислые (глу, асп); 3) основные (арг, лиз).

Классификация АК по функциональным группам в радикале: 1). содержащие -ОН (сер, тре); 2). содержащие -SH (цис, мет); 3). содержащие -СОNH₂ (глн, асн);

Классификация АК по способности к синтезу:

1. АК, которые синтезируются в организме, называют заменимыми (глицин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, серии, пролин, аланин).

2. АК, которые не синтезируются в организме, но для него необходимы, называются незаменимыми (фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин).

3. Аргинин и гистидин - частично заменимые АК, у взрослых они образуются в достаточных количествах, а у детей - нет. Поэтому, необходимо дополнительное поступление этих АК с пищей.

4. Тирозин и цистеин -- условно заменимые, так как для их синтеза необходимы незаменимые АК (фенилаланин и метионин).

Функции аминокислот

· Используются для синтеза белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, биогенных аминов (гормонов, нейромедиаторов), других аминокислот

· Служат источником азота при синтезе всех азотсодержащих небелковых соединений (нуклеотиды, гем, креатин, холин и др);

· Выполняют регуляторную функцию (гли, глу - нейромедиаторы);

· служат источником энергии для синтеза АТФ.

ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ ПУЛА АМИНОКИСЛОТ В КРОВИ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОРГАНИЗМЕ

Большая часть аминокислот организма человека, примерно 15кг, входит в состав белков. Фонд свободных АК организма составляет примерно 35г.

Источниками АК в организме являются белки пищи, белки тканей и синтез АК из углеводов. В сутки у человека распадается на АК около 400г белков, примерно такое же количество синтезируется. Специальной формы депонирования АК, подобно глюкозе (в виде гликогена) или жирных кислот (в виде ТГ), не существует (исключение - казеин молока). Поэтому резервом АК служат все белки тканей, но преимущественно белки мышц (т.к. их много).

ОБЩИЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТ

АК, появившиеся в организме, включаются в общие и специфические реакции обмена.

К общим реакциям обмена АК относят реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования, биосинтеза белков и рацемизации (L переходы D).

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ (ПЕРЕАМИНИРОВАНИЕ) АМИНОКИСЛОТ

Трансаминирование -- реакция переноса б-аминогруппы с АК на б-кетокислоту, в результате чего образуются новая б-кетокислота и новая АК. Процесс трансаминирования легко обратим, при нем общее количество АК в клетке не меняется.

Реакции катализируют аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) -- производное витамина В₆

...