Азотистий баланс азотисту рівновагу.
Інші амінокислоти легко синтезуються в клітинах і називаються замінними. До них відносять гліцин, аспарагінову кислоту, аспарагін, глутамінову кислоту, глутамін, серію, пролін, аланін.
Проте безбілкове харчування закінчується загибеллю організму. Виняток навіть однієї незамінної амінокислоти з раціону веде до неповного засвоєння інших амінокислот і супроводжується розвитком негативного азотистого балансу, виснаженням, зупинкою зростання та порушеннями функцій нервової системи.
При безбілковій дієті на добу виділяється 4гр азоту, що становить 25гр білка (КОЕФ-Т ЗНОШЕННЯ).
Фізіологічний білковий мінімум-мінімальна кількість білків у їжі необхідне підтримки азотистого рівноваги- 30-50 г/сут.
ПЕРЕВАРИВАННЯ БІЛКІВ У ШКТ. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕПТИДАЗ ШЛУНКА, ОСВІТА І РОЛЬ СОЛЯНОЇ КИСЛОТИ.
В харчових продуктахвміст вільних амінокислот дуже мало. Переважна їх кількість входить до складу білків, які гідролізуються у шлунково-кишковому тракті під дією ферментів протеаз). Субстратна специфічність цих ферментів у тому, кожен із найбільшою швидкістю розщеплює пептидні зв'язку, утворені певними амінокислотами. Протеази, що гідролізують пептидні зв'язки всередині білкової молекули, відносять до групи ендопептидаз. Ферменти, що належать до групи екзопептидаз, гідролізують пептидний зв'язок, утворений кінцевими амінокислотами. Під дією всіх протеаз ШКТ білки їжі розпадаються деякі амінокислоти, які потім надходять у клітини тканин.
Утворення та роль соляної кислоти
Основна функція травного шлунка полягає в тому, що в ньому починається перетравлення білка. Істотну роль цьому процесі грає соляна кислота. Білки, що у шлунок, стимулюють виділення гістамінута групи білкових гормонів - гастринів, які, у свою чергу, викликають секрецію НСІ та проферменту – пепсиногену. НСI утворюється в клітинах обкладання шлункових залоз
Джерелом Н + є Н 2 СО 3 , яка утворюється в обкладальних клітинах шлунка із СО 2 , що дифузує з крові, і Н 2 Про під дією ферменту карбоангідрази
Дисоціація Н 2 3 призводить до утворення бікарбонату, який за участю спеціальних білків виділяється в плазму. Іони С1 - надходять у просвіт шлунка через хлоридний канал.
рН знижується до 10-20.
Під дією НСl відбувається денатурація білків їжі, що не зазнали термічної обробки, що збільшує доступність пептидних зв'язків для протеаз. НСl має бактерицидну дію і перешкоджає попаданню патогенних бактерій у кишечник. Крім того, соляна кислота активує пепсиноген та створює оптимум рН для дії пепсину.
Пепсиноген – білок, що складається з одного поліпептидного ланцюга. Під дією НСl він перетворюється на активний пепсин У процесі активації в результаті часткового протеолізу від N-кінця молекули пепсиногену відщеплюються амінокислотні залишки, які містять майже всі позитивно заряджені амінокислоти, що є в пепсиногені. Таким чином, в активному пепсині переважають негативно заряджені амінокислоти, які беруть участь у конформаційних перебудовах молекули і формуванні активного центру. Активні молекули пепсину, що утворилися під дією НСl, швидко активують інші молекули пепсиногену (аутокаталіз). Пепсин в першу чергу гідролізує пептидні зв'язки в білках, утворені ароматичними амінокислотами (фенілаланін, триптофан, тирозин).
У дітей грудного віку у шлунку знаходиться фермент реннін(хімозин), що викликає згортання молока. У шлунку дорослих людей ренніну немає, молоко у них створюється під дією НСl та пепсину.
ще одна протеаза - гастриксин.Всі 3 ферменти (пепсин, ренін та гастриксин) подібні за первинною структурою
КЕТОГЕННІ І ГЛІКОГЕННІ АМІНОКИСЛОТИ. АНАПЛЕРОТИЧНІ РЕАКЦІЇ, СИНТЕЗ ЗАМІННИХ АМІНОКИСЛОТ (ПРИКЛАД).
Катаболізм амінок-т зводиться до освіти піруват, ацетил-КоА, α -кетоглутарат, сукциніл-КоА, фумарат, оксалоацетат глікогенних амінокислот- перетворюються на піруват і проміжні продукти ЦТК і утворюють зрештою оксалоацетат, можуть використовуватися в процесі глюконеогенезу.
кетогенніамінок-ти в процесі катаболізму перетворюються на ацетоацетат (Ліз, Лей) або ацетил-КоА (Лей) і можуть використовуватись у синтезі кетонових тіл.
глікокетогеннимиамінокислоти використовується і для синтезу глюкози, і для синтезу кетонових тіл, так як у процесі їх катаболізму утворюються 2 продукти - певний метаболіт цитратного циклу та ацетоацетат (Три, Фен, Тір) або ацетил-КоА (Іле).
Анаплеротичні реакції - безазотисті залишки амінокислот використовуються для заповнення кількості метаболітів загального шляху катаболізму, яке витрачається на синтез біологічно активних речовин.
Фермент піруваткарбоксилаза (кофермент - біотин), що каталізує цю реакцію, виявлений у печінці та м'язах.
2. Амінокислоти → Глутамат → α-Кетоглутарат
під дією глутаматдегідрогенази або амінотрансфераз.
3. 
Пропіоніл-КоА, а потім сукциніл-КоА можуть утворитися також при розпаді вищих жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю
4. Амінокислоти → Фумарат
5. Амінокислоти → Оксалоацетат
Реакції 2, 3 відбуваються у всіх тканинах (крім печінки та м'язів), де відсутня піруваткарбоксилаза.
VII. Біосинтез замінних амінокислот
У людини можливий синтез восьми замінних амінокислот: Ала, Асп, Асн, Сер, Глі, Глу, Глн, Про. Вуглецевий скелет цих амінокислот утворюється із глюкози. α-аміногрупа вводиться у відповідні α-кетокислоти в результаті реакцій трансамінування. Універсальний донор α -Аміногрупи служить глутамат.
Шляхом трансамінування α-кетокислот, що утворюються з глюкози, синтезуються амінокислоти
Глутаматтакож утворюється при відновлювальному амінуванні α-кетоглутарата глутаматдегідрогенази.
ТРАНСАМІНУВАННЯ: СХЕМА ПРОЦЕСУ, ФЕРМЕНТИ, БІОРОЛЬ. БІОРОЛЬ АЛАТ І АСАТ І КЛІНІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ВИЗНАЧЕННЯ В СИРОТКУ КРОВІ.
Трансамінування - реакція перенесення α-аміногрупи з ак-и на α-кетокислоту, внаслідок чого утворюються нова кетокислота та нова ак. процес трансамінування легко звернемо
Реакції каталізують ферменти амінотрансферази, коферментом яких є піридоксальфосфат (ПФ)
Амінотрансферази виявлені як у цитоплазмі, так і в мітохондріях клітин еукаріотів. У клітинах людини знайдено понад 10 амінотрансфераз, що відрізняються за субстратною специфічністю. Вступати в реакції трансамінування можуть майже всі амінокислоти, за винятком лізину, треоніну та проліну.
- На першій стадії до піридоксальфосфату в активному центрі ферменту за допомогою альдимінного зв'язку приєднується аміногрупа від першого субстрату – ак-и. Утворюються комплекс фермент-піридоксу-мінфосфат та кетокислота – перший продукт реакції. Цей процес включає проміжне утворення 2 шиффових основ.
- На другій стадії комплекс фермент-піридоксамінфосфат з'єднується з кетокислотою і через проміжне утворення 2 шифових основ передає аміногрупу на кетокислоту. В результаті фермент повертається у свою нативну форму, і утворюється нова амінокислота – другий продукт реакції. Якщо альдегідна група піридоксальфосфату не зайнята аміногрупою субстрату, то вона утворює шиффову основу з ε-аміногрупою радикалу лізину в активному центрі ферменту
Найчастіше в реакціях трансамінування беруть участь амінокислоти, вміст яких у тканинах значно вищий від інших - глутамат, аланін, аспартатта відповідні їм кетокислоти - α -кетоглутарат, піруват та оксалоацетат.Основним донором аміногрупи є глутамат.
Найбільш поширеними ферментами в більшості тканин ссавців є: АЛТ (АлАТ) каталізує реакцію трансамінування між аланіном та α-кетоглутаратом. Локалізовано цей фермент у цитозолі клітин багатьох органів, але найбільша його кількість виявлена в клітинах печінки та серцевого м'яза. ACT (АсАТ) каталізує реакцію трансамінування між аепартатом і α-кетоглутаратом. утворюються оксалоацетат та глутамат. Найбільша його кількість виявлена у клітинах серцевого м'яза та печінки. органоспецифічність цих ферментів.
У нормі крові активність цих ферментів становить 5-40 Е/л. При пошкодженні клітин відповідного органу ферменти виходять у кров, де їх активність різко підвищується. Оскільки ACT та АЛТ найбільш активні у клітинах печінки, серця та скелетних м'язів, їх використовують для діагностики хвороб цих органів. У клітинах серцевого м'яза кількість ACT значно перевищує кількість АЛТ, а печінки - навпаки. Тому особливо інформативний одночасний вимір активності обох ферментів у сироватці крові. Співвідношення активностей ACT/АЛТ називають "Коефіцієнт де Рітіса".У нормі цей коефіцієнт дорівнює 1,33±0,42. При інфаркті міокарда активність ACT у крові збільшується у 8-10 разів, а АЛТ – у 2,0 рази.
При гепатитах активність АЛТ у сироватці крові збільшується в ~8-10 разів, а ACT - у 2-4 рази.
Синтез меланінів.
Види меланінів
Реакція активації метіоніну
Активною формою метіоніну є S-аденозилметіонін (SAM) - сульфонієва форма амінокислоти, що утворюється в результаті приєднання метіоніну до молекули аденозину. Аденозин утворюється при гідролізі АТФ.
Цю реакцію каталізує фермент метіонін аденозилтрансфераза, який є присутнім у всіх типах клітин. Структура (-S + -CH 3) в SAM - нестабільне угруповання, що визначає високу активність метильної групи (звідси термін "активний метіонін"). Ця реакція унікальна для біологічних систем, оскільки, мабуть, є єдиною відомою реакцією, в результаті якої звільняються всі три фосфатні залишки АТФ. Відщеплення метильної групи від SAM та перенесення її на сполуку-акцептор каталізують ферменти метилтрансферази. SAM в ході реакції перетворюється на S-аденозилгомоцистеїн (SAT).
Синтез креатину
Креатин необхідний для утворення в м'язах високоенергетичної сполуки – креатинфосфату. Синтез креатину йде в 2 стадії за участю 3 амінокислот: аргініну, гліцину та метіоніну. У ниркахутворюється гуанідинацетат при дії гліцинамідінотрансферази. Потім гуанідінацетат транспортується в печінку,де відбувається реакція його метилювання.
Реакції трансметилювання використовуються також для:
- синтезу адреналіну з норадреналіну;
- синтезу анзерину з карнозину;
- метилювання азотистих основ у нуклеотидах та ін;
- інактивації метаболітів (гормонів, медіаторів та ін.) та знешкодження чужорідних сполук, включаючи і лікувальні препарати.
Інактивація біогенних амінів також відбувається:
метилюванням за участю SAM під дією метилтрансфераз. Таким чином можуть інактивуватися різні біогенні аміни, але найчастіше відбувається інактивація гастаміну та адреналіну. Так, інактивація адреналіну відбувається шляхом метилювання гідроксильної групи в ортоположенні
ТОКСИЧНІСТЬ АММІАКУ. ЙОГО ОСВІТА І ЗНЕШКОДЖЕННЯ.
Катаболізм амінокислот у тканинах відбувається постійно зі швидкістю 100 г/сут. При цьому внаслідок дезамінування амінокислот звільняється велика кількість аміаку. Значно менші кількості його утворюються при дезамінуванні біогенних амінів та нуклеотидів. Частина аміаку утворюється в кишечнику внаслідок дії бактерій на харчові білки (гниття білків у кишечнику) та надходить у кров комірної вени. Концентрація аміаку у крові воротної вени значно більше, ніж у загальному кровотоку. У печінці затримується велика кількість аміаку, що підтримує низький вміст у крові. Концентрація аміаку в крові в нормі рідко перевищує 0,4-0,7 мг/л (або 25-40 мкмоль/л
Аміак – токсична сполука. Навіть невелике підвищення його концентрації несприятливо впливає на організм, і насамперед на ЦНС. Так, підвищення концентрації аміаку у мозку до 0,6 ммоль викликає судоми. До симптомів гіперамоніємії відносять тремор, нерозділене мовлення, нудоту, блювоту, запаморочення, судомні напади, втрату свідомості. У важких випадках розвивається кома з летальним кінцем. Механізм токсичної дії аміаку на мозок та організм у цілому, очевидно, пов'язаний з дією його на кілька функціональних систем.
- Аміак легко проникає через мембрани в клітини і в мітохондріях зсуває реакцію, що каталізується глутаматдегідрогеназою, у бік утворення глугамату:
α-Кетоглутарат + NADH + Н + + NH 3 → Глутамат + NAD +.
Зменшення концентрації α-кетоглутарату спричиняє:
· пригнічення обміну амінокислот (реакції трансамінування) і, отже, синтезу їх нейромедіаторів (ацетилхоліну, дофаміну та інших.);
· гіпоенергетичний стан внаслідок зниження швидкості ЦТК.
Недостатність α-кетоглутарату призводить до зниження концентрації метаболітів ЦТК, що спричинює прискорення реакції синтезу оксалоацетату з пірувату, що супроводжується інтенсивним споживанням СО 2 . Посилене утворення та споживання діоксиду вуглецю при гіперамоніємії особливо характерні для клітин головного мозку. Підвищення концентрації аміаку в крові зсуває рН у лужну сторону (викликає алкалоз). Це, у свою чергу, збільшує спорідненість гемоглобіну до кисню, що призводить до гіпоксії тканин, накопичення СО 2 і гіпоенергетичного стану, від якого головним чином страждає головний мозок. Високі концентрації аміаку стимулюють синтез глутаміну з глутамату в нервовій тканині (за участю глутамінсинтетази):
Глутамат + NH 3 + АТФ → Глутамін + АДФ + Н3 Р0 4 .
· Накопичення глутаміну в клітинах нейроглії призводить до підвищення осмотичного тиску в них, набухання астроцитів і у великих концентраціях може викликати набряк мозку. За нестачі ГАМК та інших медіаторів порушується проведення нервового імпульсу, виникають судоми. Іон NH 4+ практично не проникає через цитоплазматичні та мітохондріальні мембрани. Надлишок іону амонію в крові здатний порушувати трансмембранне перенесення одновалентних катіонів Na + і К + , конкуруючи з ними за іонні канали, що також впливає на проведення нервових імпульсів.
Висока інтенсивність процесів дезамінування амінокислот у тканинах та дуже низький рівень аміаку в крові свідчать про те, що у клітинах активно відбувається зв'язування аміаку з утворенням нетоксичних сполук, що виводяться з організму із сечею. Ці реакції можна вважати реакціями знешкодження аміаку. У різних тканинах та органах виявлено кілька типів таких реакцій. Основною реакцією зв'язування аміаку, що протікає у всіх тканинах організму, є 1.) синтез глутаміну під дією глутамін-синтетази:
Глутамінсинтетаза локалізована в мітохондріях клітин, для роботи ферменту необхідний кофактор - іони Mg 2+ . Глутамінсинтетаза – один з основних регуляторних ферментів обміну амінокислот та аллостерично інгібується АМФ, глюкозо-6-фосфатом, а також Глі, Ала та Гіс.
У клітинах кишечникапід дією ферменту глутамінази відбувається гідролітичне звільнення амідного азоту у вигляді аміаку:
Глутамат, що утворився в реакції, піддається трансамінування з піруватом. ос-Аміногрупа глутамінової кислоти переноситься до складу аланіну:
Глутамін – основний донор азоту в організмі.Амідний азот глутаміну використовується для синтезу пуринових та піримідинових нуклеотидів, аспарагіну, аміносахарів та інших сполук.
МЕТОД КІЛ-В ВИЗНАЧЕННЯ СЕЧЕВИНИ В СИРОТКУ КРОВІ
У біологічних рідинах М. визначають за допомогою газометричних методів, прямих фотометричних методів, що ґрунтуються на реакції М. з різними речовинами з утворенням еквімолекулярних кількостей забарвлених продуктів, а також ферментативних методів з використанням головним чином ферменту уреази. Газометричні методи засновані на окисленні М. гіпобромітом натрію в лужному середовищі NH 2 -СО-NH 2 + 3NaBrO → N 2 + CO 2 + 3NaBr + 2H 2 O. Об'єм газоподібного азоту вимірюють за допомогою спеціального апарату, найчастіше апарату Бородіна. Однак цей метод має низьку специфічність і точність. З фотометричних найбільш поширені методи, що ґрунтуються на реакції М. з діацетилмонооксимом (реакція Ферону).
Для визначення сечовини у сироватці крові та сечі використовують уніфікований метод, заснований на реакції М. з діацетилмонооксимом у присутності тіосемікарбазиду та солей заліза у кислому середовищі. Іншим уніфікованим методом визначення М. є уреазний метод: NH2-СО-NH2 → уреаза NH3+CO2. Аміак, що виділився, утворює з гіпохлоритом натрію і фенолом індофенол, що має синій колір. Інтенсивність забарвлення пропорційна змісту М. в досліджуваній пробі. Уреазна реакція високоспецифічна, для дослідження беруть лише 20 мклсироватки крові, розведеної у співвідношенні 1:9 розчином NaCI (0,154 М). Іноді замість фенолу використовують саліцилат натрію; сироватку крові розводять так: до 10 мклсироватки крові додають 0,1 млводи або NaCI (0,154 М). Ферментативна реакція в обох випадках протікає при 37 ° протягом 15 і 3-3 1/2 хввідповідно.
Похідні М., в молекулі якої атоми водню заміщені кислотними радикалами, мають назву уреїдів. Багато уреїдів і деякі їх галогензаміщені похідні в медицині використовують як лікарські засоби. До уреїдів відносяться, наприклад, солі барбітурової кислоти (малонілсечовини), аллоксан (мезоксалілсечовина); гетероциклічним уреїдом є сечова кислота .
ЗАГАЛЬНА СХЕМА РОЗПАДУ ГЕМУ. «ПРЯМИЙ» І «НЕПРЯМИЙ» БІЛІРУБІН, КЛІНІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ЙОГО ВИЗНАЧЕННЯ.
Гем(гемоксигеназа)-білівердин(білівердинредуктаза)-білірубін(УДФ-глюкуранілтрансфераза)-білірубінмоноглюкуронід(УД-глюкуронілтрансфераза)-білірубіндиглюкуронід
У нормальному стані концентрація загального білірубіну в плазмі становить 0,3-1 мг/дл (1,7-17 мкмоль/л), 75% від загальної кількості білірубіну перебуває у некон'югованій формі (непрямий білірубін). У клініці кон'югований білірубін називають прямим, тому що він водорозчинний і може швидко взаємодіяти з діазореагентом, утворюючи поєднання рожевого кольору, - це пряма реакція Ван дер Берга. Некон'югований білірубін гідрофобен, тому в плазмі крові міститься в комплексі з альбуміном і не реагує з діазореактив до тих пір, поки не доданий органічний розчинник, наприклад етанол, який осаджує альбумін. Некон'югований або рубін, що взаємодіє з азобарвником тільки після осадження білка, називають непрямим білірубіном.
У хворих з печінково-клітинною патологією, що супроводжується тривалим підвищенням концентрації кон'югованого білірубіну, у крові виявляють третю форму плазмового білірубіну, при якому білірубін ковалентно пов'язаний з альбуміном, і тому його неможливо відокремити звичайним способом. У деяких випадках до 90% загального вмісту білірубіну крові може бути у цій формі.
МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ГЕМА ГЕМОГЛОБІНУ: ФІЗИЧНИЙ (СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ГЕМОГЛОБІНУ ТА ЙОГО ВИРОБНИХ); ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ (ОТРИМАННЯ КРИСТАЛІВ СОЛЯНОКИСЛОГО ГЕМІНУ).
Спектральний аналіз гемоглобіну та його похідних. Використання спектрографічних методів при розгляді розчину оксигемоглобіну виявляє в жовто-зеленій частині спектру між фраунгоферівськими лініями D і Е дві системні смуги поглинання, у відновленого гемоглобіну в тій же частині спектра є лише одна широка смуга. Відмінності в поглинанні випромінювання гемоглобіном та оксигемоглобіном послужили основою для методу вивчення ступеня насичення крові киснем. оксигемометрії.
Карбгемоглобін за своїм спектром близький до оксигемоглобіну, проте при додаванні речовини, що відновлює, у карбгемоглобіну з'являються дві смуги поглинання. Спектр метгемоглобіну характеризується однією вузькою смугою поглинання зліва на межі червоної та жовтої частини спектру, другою вузькою смугою на межі жовтої та зеленої зон, нарешті, третьою широкою смугою у зеленій частині спектру.
Кристали геміну або солянокислого гематину. З поверхні плями зіскабливается на предметне скло і подрібнюється кілька крупинок. До них додаються 1-2 крупинки кухонної соліі 2-3 краплі крижаної оцтової к-ти. Усі накривають покривним склом та обережно, не доводячи до кипіння, нагрівають. Присутність крові доводиться появою мікрокристалів буро-жовтого кольору як ромбічних табличок. Якщо кристали погано сформовані, то мають вигляд конопляного насіння. Одержання кристалів геміну, безумовно, доводить присутність у досліджуваному об'єкті крові. Негативний результатпроби немає значення. Домішка жиру, іржа ускладнюють отримання кристалів геміну
АКТИВНІ ФОРМИ КИСНЮ: СУПЕРОКСИД АНІОН, ПЕРОКСИД ВОДОРОДУ, ГІДРОКСИЛЬНИЙ РАДИКАЛ, ПЕРОКСИНІТРИТ. ЇХ ОСВІТА, ПРИЧИНИ ТОКСИЧНОСТІ. ФІЗІОЛОГІЧНА РОЛЬ АФК.
У ЦПЭ поглинається близько 90% вступника клітини Про 2 . Решта О 2 використовується в інших ОВР. Ферменти, що беруть участь ОВР з використанням О2, поділяються на 2 групи: оксидази та оксигенази.
Оксидази використовують молекулярний кисень тільки як акцептор електронів, відновлюючи його до Н 2 Про або Н 2 Про 2 .
Оксигенази включають один (монооксигенази) або два (діоксигенази) атома кисню у продукт реакції, що утворюється.
Хоча ці реакції не супроводжуються синтезом АТФ, вони необхідні для багатьох специфічних реакцій в обміні амінокислот), синтезі жовчних кислот та стероїдів), у реакціях знешкодження чужорідних речовин у печінці
У більшості реакцій за участю молекулярного кисню його відновлення відбувається поетапно з перенесенням одного електрона кожному етапі. При одноелектронному перенесенні відбувається утворення проміжних високореактивних форм кисню.
У незбудженому стані кисень нетоксичний. Утворення токсичних форм кисню пов'язані з особливостями його молекулярної структури. Про 2 містить 2 неспарені електрони, які розташовуються на різних орбіталях. Кожна із цих орбіталей може прийняти ще один електрон.
Повне відновлення Про 2 відбувається в результаті 4 одноелектронних переходів:
Супероксид, пероксид і гідроксильний радикал - активні окисники, що становить серйозну небезпеку для багатьох структурних компонентів клітини.
Активні форми кисню можуть відщеплювати електрони від багатьох сполук, перетворюючи їх на нові вільні радикали, ініціюючи ланцюгові окисні реакції
Пошкоджує дію вільних радикалів на компоненти клітини. 1 – руйнування білків; 2 – пошкодження ЕР; 3 - руйнування ядерної мембрани та пошкодження ДНК; 4 – руйнування мембран мітохондрій; проникнення в клітину води та іонів.
Утворення супероксиду в ЦПЕ."Витік" електронів у ЦПЕ може відбуватися при переносі електронів за участю коензиму Q. При відновленні убихинон перетворюється на аніон-радикал семіхінону. Цей радикал неферментативно взаємодіє з О 2 з утворенням супероксидного радикала. 
Більшість активних форм кисню утворюється при переносі електронів у ЦПЭ, насамперед, при функціонуванні QH 2 -дегідрогеназного комплексу. Це відбувається в результаті неферментативного перенесення ("відпливу") електронів з QH 2 на кисень (
на етапі перенесення електронів за участю цитохромоксидази (комплекс IV) "витік" електронів не відбувається завдяки наявності в ферменті спеціальних активних центрів, що містять Fe і Сu і відновлюють 2 без звільнення проміжних вільних радикалів.
У фагоцитуючих лейкоцитах у процесі фагоцитозу посилюються поглинання кисню та утворення активних радикалів. Активні форми кисню утворюються в результаті активації NADPH-оксидази, переважно локалізованої на зовнішній стороні плазматичної мембрани, ініціюючи так званий "респіраторний вибух" з утворенням активних форм кисню
Захист організму від токсичної дії активних форм кисню пов'язаний з наявністю у всіх клітинах високоспецифічних ферментів: супероксиддисмутази, каталази, глутатіон-пероксидази, а також дією антиоксидантів.
ЗНЕШКОДЖЕННЯ АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЮ. ФЕРМЕНТНА АНТИОКСИДАНТНА СИСТЕМА (КАТАЛАЗА, СУПЕРОКСІДДИСМУТАЗА, ГЛУТАТІОНПЕРОКСІДАЗА, ГЛУТАТІОНРЕДУКТАЗА). СХЕМИ ПРОЦЕСІВ, БІОРОЛЬ, МІСЦЕ ПРОТЕКАННЯ.
Супероксиддисмутаза каталізує реакцію дисмутації супероксидних аніон-радикалів:
О2.- + О2.- = О2 + Н 2О2
У ході реакції утворився пероксид водню, він здатний інактивувати СОД, тому супероксиддисмутазазавжди «працює» в парі скаталазою, яка швидко та ефективно розщеплює пероксид водню на абсолютно нейтральні сполуки.
Каталаза (КФ 1.11.1.6)– гемопротеїн, який каталізує реакцію знешкодження пероксиду водню, що утворюється внаслідок реакції дисмутації супероксидного радикалу:
2H2O2 = 2H2O + O2
Глутатіонпероксидазакаталізує реакції, в яких фермент відновлює пероксид водню до води, а також відновлення органічних гідропероксидів (ROOH) до гідроксипохідних, і в результаті переходить в окислену дисульфідну форму GS-SG:
2GSH + H2O2 = GS-SG + H2O
2GSH + ROOH = GS-SG + ROH + H2O
Глутатіонпероксидазазнешкоджує не тільки H2O2, а й різні органічні ліпідні пероксили, які утворюються в організмі під час активації ПОЛ.
Глутатіонредуктаза (КФ 1.8.1.7)- флавопротеїн з простетичною групою флавінаденіндинуклеотидом, складається з двох ідентичних субодиниць. Глутатіонредуктазакаталізує реакцію відновлення глутатіону з окисленої форми GS-SG, а всі інші ферменти глутатіонсинтетаз використовують його:
2NADPH + GS-SG = 2NADP + 2 GSH
Це класичний цитозольний фермент усіх еукаріотів. Глутатіонтрансфераза каталізує реакцію:
RX + GSH = HX + GS-SG
ФАЗА КОН'ЮГАЦІЇ У СИСТЕМІ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН. ВИДИ КОН'ЮГАЦІЇ (ПРИКЛАДИ РЕАКЦІЙ З ФАФС, УДФГК)
Кон'югація - друга фаза знешкодження речовин, у ході якої відбувається приєднання до функціональних груп, що утворюються на першому етапі, інших молекул або груп ендогенного походження, що збільшують гідрофільність та зменшують токсичність ксенобіотиків.
1. Участь трансфераз у реакціях кон'югації
УДФ-глюкуронілтрансферази.Локалізовані в основному в ЕР уридин-дифосфат (УДФ)-глюкуронілтрансферази приєднують залишок глюкуронової кислоти до молекули речовини, утвореної в ході мікроросомального окислення
Загалом: ROH + УДФ-С6Н9О6 = RO-C6H9O6 + УДФ.
Сульфотрансферази.Цитоплазматичні cульфотрансферази каталізують реакцію кон'югації, під час якої залишок сірчаної кислоти (-SO3H) від 3"-фосфоаденозин-5"-фосфосульфату (ФАФС) приєднується до фенолів, спиртів або амінокислот.
Реакція загалом: ROH + ФАФ-SO3H = RO-SO3H + ФАФ.
Ферменти сульфотрансферази та УДФ-глюкуронілтрансферази беруть участь у знешкодженні ксенобіотиків, інактивації ліків та ендогенних біологічно активних сполук.
Глутатіонтрансферази. Особливе місце серед ферментів, що беруть участь у знешкодженні ксенобіотиків, інактивації нормальних метаболітів, ліків займають глутатіонтрансферази (ГТ). Глутатіонтрансферази функціонують у всіх тканинах і відіграють важливу роль в інактивації власних метаболітів: деяких стероїдних гормонів, білірубіну, жовчних кислот.
Глутатіон - трипептид Глу-Ціс-Глі (залишок глутамінової кислоти приєднаний до цистеіну карбоксильною групою радикала). ГТ мають широку специфічність до субстратів, загальна кількість яких перевищує 3000. ГТ пов'язують дуже багато гідрофобних речовин і інактивують їх, але хімічної модифікації за участю глугатіону піддаються тільки ті, які мають полярну групу. Тобто субстратами є речовини, які, з одного боку, мають електрофільний центр (наприклад, ОН-групу), а з іншого боку - гідрофобні зони. Знешкодження, тобто. хімічна модифікація ксенобіотиків за участю ГТ може здійснюватися трьома різними способами:
шляхом кон'югації субстрату R з глутатіоном (GSH): R + GSH → GSRH,
в результаті нуклеофільного заміщення: RX + GSH → GSR + НХ,
відновлення органічних пероксидів до спиртів: R-HC-O-OH + 2 GSH → R-HC-OH + GSSG + H2O
У реакції: ООН – гідропероксидна група, GSSG – окислений глутатіон.
Сисгема знешкодження за участю ГТ і глутатіону відіграє унікальну роль у формуванні резистентності організму до різних впливів і є найважливішим захисним механізмом клітини. В ході біотрансформації деяких ксенобіотиків під дією ГТ утворюються тіоефіри (кон'югати RSG), які потім перетворюються на меркаптани, серед яких виявлено токсичні продукти. Але кон'югати GSH з більшістю ксенобіотиків менш реакційно-здатні та більш гідрофільні, ніж вихідні речовини, а тому менш токсичні та легше виводяться з організму
ГТ своїми гідрофобними центрами можуть не-ковалентно пов'язувати величезну кількість лі-пофільних сполук (фізичне знешкодження), запобігаючи їх впровадження в ліпідний шар мембран та порушення функцій клітини. Тому ГТ іноді називають внутрішньоклітинним альбуміном.
ГТ можуть ковалентно пов'язувати ксенобіотики, що є сильними електролітами. Приєднання таких речовин – "самовбивство" для ГТ, але додатковий захисний механізм для клітини.
Ацетилтрансферази, метилтрансферази
Ацетилтрансферази каталізують реакції кон'югації - перенесення ацетильного залишку від ацетил-КоА на азот групи -SO2NH2, наприклад, у складі сульфаніламідів. Мембранні та цитоплазматичні метилтрансферази за участю SAM метилюють групи -Р=О, -NH2 та SH-групи ксенобіотиків.
Роль епоксидгідролаз в утворенні діолів
У другій фазі знешкодження (реакції кон'югації) беруть участь деякі інші ферменти. Епоксидгідролаза (епоксидгідратаза) приєднує воду до епоксидів бензолу, бензпірену та інших поліциклічних вуглеводнів, утворених у ході першої фази знешкодження, і перетворює їх на діоли (рис. 12-8). Епоксиди, що утворилися за мікросомального окислення, є канцерогенами. Вони мають високу хімічну активність і можуть брати участь у реакціях неферментативного алкілування ДНК, РНК, білків. Хімічні модифікації цих молекул можуть призвести до переродження нормальної клітини в пухлинну.
РОЛЬ БІЛКІВ У ХАРЧУВАННІ, НОРМИ, АЗОТИСТИЙ БАЛАНС, КОЕФІЦІЄНТ ЗНОШЕННЯ, ФІЗІОЛОГІЧНИЙ БІЛКОВИЙ МІНІМУМ. БІЛКОВА НЕДОСТАТНІСТЬ.
АК містять майже 95% від усього азоту, тому саме вони підтримують азотистий баланс організму. Азотистий баланс- Різниця між кількістю азоту, що надходить з їжею, і кількістю азоту, що виділяється. Якщо кількість азоту, що надходить, дорівнює кількості виділяється, то настає азотисту рівновагу.Такий стан буває у здорової людини за нормального харчування. Азотистий баланс може бути позитивним (азот надходить більше, ніж виводиться) у дітей, у пацієнтів. Негативний баланс азоту (виділення азоту переважає над його надходженням) спостерігають при старінні, голодуванні і під час важких захворювань. При безбілковій дієті азотистий баланс стає негативним. Мінімальна кількість білків у їжі, необхідне підтримки азотистого рівноваги, відповідає 30-50 г/cyt, оптимальна кількість за середньої фізичної навантаженні становить ~100-120 г/сут.
амінокислоти, синтез яких складний та неекономічний для організму, очевидно, вигідніше отримувати з їжею. Такі амінокислоти називають незамінними. До них відносять фенілаланін, метіонін, треонін, триптофан, валін, лізин, лейцин, ізолейцин.
Дві амінокислоти – аргінін та гістидин називають частково замінними. - тирозин і цистеїн - умовно замінні, оскільки їх синтезу необхідні незамінні амінокислоти. Тирозин синтезується з фенілаланіну, а освіти цистеїну необхідний атом сірки метионина.
Інші амінокислоти легко синтезуються в клітинах і називаються замінними. До них відносять гліцин, аспарагінову кислоту, аспарагін, глутамінову кислоту, глутамін, серії,
Білковий мінімум найменша кількість білка в їжі, необхідне для збереження азотистої рівноваги в організмі. Зменшення білка в їжі нижче за Б. м. призводить до розпаду власних білків організму. Б. м. залежить від індивідуальних особливостей організму, віку, вгодованості, а також від якості та кількості інших небілкових компонентів їжі (вуглеводів, жирів, вітамінів та ін.). Кількість білка, необхідне людини чи тварини, змінюється у зв'язку з біологічної цінністю харчових білків, що визначається вмістом у яких різних амінокислот (Див. Амінокислоти). Багато білків і білкових сумішей неповноцінні внаслідок відсутності в них певних амінокислот, які не можуть бути синтезовані в організмі людини і тварин. Для складання харчових раціонів орієнтуються на білковий оптимум, тобто кількість білка, необхідне для забезпечення потреб організму; для дорослої людини воно рівне, в середньому, 80-100 гбілка, при важкому фізичній праці - 150 р.Див Білки, Білковий обмін, Обмін речовин. Г. Н. Кассиль.
Велика Радянська Енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .
Дивитись що таке "Білковий мінімум" в інших словниках:
Білковий мінімум- - мінімальна кількість білка, здатне підтримувати азотисту рівновагу в організмі; визначають на 1 кг живої маси тварини: кінь у спокої 0,7 0,8, кінь під час роботи 1,2 1,42; нелактуюча корова 0,6 0,7; лактуюча корова 1,0; вівці, … Словник термінів з фізіології сільськогосподарських тварин
БІЛКОВИЙ ОБМІН- БІЛКОВИЙ ОБМІН, поняття, що охоплює прихід білкових речовин в організмі, їх зміни в організмі (див. Обмін речовин проміжний) та виділення продуктів згоряння білка у вигляді сечовини, вуглекислоти, води та інших хімічних речовин. з'єднань. Б. обмін…
Стан тваринного організму, у якому кількість виведеного (з сечею і калом) азоту дорівнює кількості азоту, одержуваному з їжею. Дорослий організм у нормі перебуває у стані А. р. Середня потреба дорослої людини в азоті 16…
- (від Ізо... і грец. dýnamis сила, здатність) ізодинамії закон, можливість заміни в раціоні одних харчових речовин іншими в еквівалентних в енергетичному відношенні кількостях. Поняття І. було запроваджено німецьким фізіологом М. Рубнером. Велика Радянська Енциклопедія
Білкові речовини, протеїни, складні органічні сполуки, що є найважливішою частиною протоплазми кожної живої клітини. Б. складаються з вуглецю (50-55%), водню (6,5-7,5%), азоту (15-19%), кисню (20,0-23,5%), сірки (0,3-2,5%) і іноді… … Сільськогосподарський словник-довідник
БУДИНОК ВІДПОЧИНКУ- БУДИНОК ВІДПОЧИНКУ, установа, що має на меті надання робітникам та службовцям можливості відновити свої сили та енергію в найбільш сприятливих та здорових умовах під час одержуваної ними щорічної відпустки. На відміну від санаторію Д. о. не ставить… … Велика медична енциклопедія
ОБЛІТЕРАЦІЯ- (лат. obliteratio знищення), термін, що вживається для позначень закриття, знищення тієї чи іншої порожнини або просвіту за допомогою розростання тканини, що йде з боку стінок цього порожнинного утворення. Вказане розростання частіше. Велика медична енциклопедія
ТУБЕРКУЛЬОЗ- Мед. Туберкульоз інфекційне захворювання, що викликається мікобактеріями туберкульозу і характеризується розвитком клітинної алергії, специфічних гранульом у різних органах та тканинах та поліморфною клінічною картиною. Характерно ураження легень. Довідник із хвороб
ІНФЕКЦІЙНІ ЗАХВОРЮВАННЯ- ІНФЕКЦІЙНІ ЗАХВОРЮВАННЯ. У поданні римлян слово «infectio» полягало в собі поняття про групу гострих хвороб, що супроводжувалися лихоманкою, часто набували повального поширення і залежали від забруднення повітря… Велика медична енциклопедія
ХАРЧУВАННЯ- ХАРЧУВАННЯ. Зміст: I. Харчування як соц. гігієнічна проблема. Про яема П. у світлі історичного розвитку людського суспільства....... . . 38 Проблема П. у капіталістичному суспільстві 42 Виробництво продуктів П. у царській Росії та в СРСР … Велика медична енциклопедія
Роль білків у харчуванні, норми, азотистий баланс, коефіцієнт зношування, фізіологічний білковий мінімум. Білкова недостатність.
Азотистий баланс- Різниця між кількістю азоту, що надходить з їжею, і кількістю азоту, що виділяється (переважно у вигляді сечовини і амонійних солей). Якщо кількість азоту, що надходить, дорівнює кількості виділяється, то настає азотисту рівновагу.Такий стан буває у здорової людини за нормального харчування. Азотистий баланс може бути позитивним (азота надходить більше, ніж виводиться) у дітей, а також у пацієнтів, які одужують після тяжких хвороб. Негативний баланс азоту (виділення азоту переважає над його надходженням) спостерігають при старінні, голодуванні і під час важких захворювань. При безбілковій дієті азотистий баланс стає негативним. Дотримання подібної дієти протягом тижня призводить до того, що кількість азоту, що виділяється, перестає збільшуватися і стабілізується приблизно на величині 4 г/добу. Така кількість азоту міститься у 25 г білка. Отже, при білковому голодуванні на добу в організмі витрачається близько 25 г білків тканин. Мінімальна кількість білків у їжі, необхідне підтримки азотистого рівноваги, відповідає 30-50 г/cyt, оптимальна кількість при середньому фізичному навантаженні становить ~100-120 г/сут.
Норми білка у харчуванні.
Для підтримки азотистої рівноваги достатньо вживати 30-50 г білків на добу. Проте така кількість не забезпечує збереження працездатності та здоров'я людини. Прийняті норми білкового харчування для дорослих та дітей враховують кліматичні умови, професію, умови праці та інші фактори. Дорослий при середньому фізичному навантаженні повинен отримувати 100-120 г білків на добу. При тяжкій фізичної роботі ця норма збільшується до 130-150 г. Дітям до 12 років достатньо 50-70 г білків на добу. При цьому мається на увазі, що в пишу входять різноманітні білки тваринного та рослинного походження.
Білкова недостатність
Відомо, що навіть тривалий виняток із раціону людини жирів або вуглеводів не викликає важких розладів здоров'я. Однак безбілкове харчування (особливо тривале) викликає серйозні порушення обміну та неминуче закінчується загибеллю організму. Виняток навіть однієї незамінної амінокислоти з харчового раціону веде до неповного засвоєння інших амінокислот та супроводжується розвитком негативного азотистого балансу, виснаженням, зупинкою зростання та порушеннями функцій нервової системи. Конкретні прояви недостатності однієї з амінокислот виявлено у щурів, яким згодовували білки, позбавлені певної амінокислоти. Так, за відсутності цистеїну (або цистину) виникав гострий некроз печінки, гістидину – катаракта; відсутність метіоніну призводила до анемії, ожиріння та цирозу печінки, облисіння та геморагії у нирках. Виняток лізину з раціону молодих щурів супроводжувалося анемією та раптовою загибеллю (цей синдром був відсутній у дорослих тварин).
Недостатність білкового харчування призводить до захворювання - "квашіоркор", що в перекладі означає "золотий (або червоний) хлопчик". Захворювання розвивається у дітей, які позбавлені молока та інших тваринних білків, а харчуються виключно рослинною їжею, що включає банани, таро, просо та, найчастіше, кукурудзу. Квашіоркор характеризується затримкою росту, анемією, гіпопротеїнемією (часто супроводжується набряками), жировим переродженням печінки. У осіб негроїдної раси волосся набуває червоно-коричневого відтінку. Часто це захворювання супроводжується атрофією клітин підшлункової залози. В результаті порушується секреція панкреатичних ферментів і не засвоюється навіть невелика кількість білків, яка надходить з їжею. Відбувається ураження нирок, унаслідок чого різко збільшується екскреція вільних амінокислот із сечею. Без лікування смертність дітей становить 50–90%. Навіть якщо діти виживають, тривала недостатність білка призводить до незворотних порушень як фізіологічних функцій, а й розумових здібностей. Захворювання зникає при своєчасному переведенні хворого на багату білком дієту, що включає велику кількість м'ясних та молочних продуктів. Один із шляхів вирішення проблеми – додавання в їжу препаратів лізину.
2. Перетравлення білків у ШКТ. Характеристика пептидаз шлунка, освіта та роль соляної кислоти.
У харчових продуктах вміст вільних амінокислот дуже мале. Переважна їх кількість входить до складу білків, які гідролізуються у шлунково-кишковому тракті під дією ферментів протеаз (пептидщцролаз). Субстратна специфічність цих ферментів у тому, кожен із найбільшою швидкістю розщеплює пептидні зв'язку, утворені певними амінокислотами. Протеази, що гідролізують пептидні зв'язки всередині білкової молекули, відносять до групи ендопептидаз. Ферменти, що належать до групи екзопептидаз, гідролізують пептидний зв'язок, утворений кінцевими амінокислотами. Під дією всіх протеаз ШКТ білки їжі розпадаються деякі амінокислоти, які потім надходять у клітини тканин.
Утворення та роль соляної кислоти
Основна функція травного шлунка полягає в тому, що в ньому починається перетравлення білка. Істотну роль цьому процесі грає соляна кислота. Білки, що у шлунок, стимулюють виділення гістамінута групи білкових гормонів - гастринів, які, у свою чергу, викликають секрецію НСІ та проферменту – пепсиногену. НСI утворюється в клітинах обкладин шлункових залоз під час реакцій.
Джерелом Н + є Н 2 3 , яка утворюється в обкладальних клітинах шлунка з 2 , що дифузує з крові, і Н 2 Про під дією ферменту карбоангідрази (карбонатдегідра-тази):
Н 2 Про + СО 2 → Н 2 СО 3 → НСО 3 - + H +
Дисоціація Н 2 3 призводить до утворення бікарбонату, який за участю спеціальних білків виділяється в плазму в обмін на С1 - , і іонів Н + , які надходять у просвіт шлунка шляхом активного транспорту, що каталізується мембранною Н + / К + -АТФ-азою. При цьому концентрація протонів у просвіті шлунка збільшується у 10 6 разів. Іони С1 - надходять у просвіт шлунка через хлоридний канал.
Концентрація НСl у шлунковому соці може досягати 0,16 М, рахунок чого значення рН знижується до 1,0-2,0. Прийом білкової їжі часто супроводжується виділенням лужної сечі рахунок секреції великої кількості бікарбонату у процесі утворення НСl.
Під дією НСl відбувається денатурація білків їжі, що не зазнали термічної обробки, що збільшує доступність пептидних зв'язків для протеаз. НСl має бактерицидну дію і перешкоджає попаданню патогенних бактерій у кишечник. Крім того, соляна кислота активує пепсиноген та створює оптимум рН для дії пепсину.
· Пов'язана соляна кислота- НСl, пов'язана з білками та продуктами їх перетравлення. Значення пов'язаної НСl у здорових людей – 20-30 ТЕ.
· Вільна НСl- Соляна кислота, не пов'язана з компонентами шлункового соку. Значення вільної НСl у нормі - 20-40 ТЕ. рН шлункового соку в нормі - 1,5-2,0.
Характеристика пептидаз підшлункової залози та тонкого кишечника. Захист клітин від впливу пептидаз.
Рис. 9-23. Шляхи біосинтезу замінних амінокислот.
Аміди глутамін та аспарагінсинтезуються з відповідних дикарбонових амінокислот Глу та АСП (див. схему А).
- Серінутворюється з 3-фосфогліцерату - проміжного продукту гліколізу, який окислюється до 3-фосфопірувату і потім трансамінується з утворенням серину (див. схему Б).
- Існує 2 шляхи синтезу гліцину:
1) із серину за участю похідної фолієвої кислоти в результаті дії серіноксиметилтрансферази:
2) в результаті дії ферменту гліцинсинтази в реакції:
- Пролінсинтезується з глутамату в ланцюзі оборотних реакцій. Ці ж реакції використовуються і при катаболізмі проліта (див. схему на с. 494).
Крім восьми перерахованих замінних амінокислот, в людини можуть синтезуватися ще чотири амінокислоти.
Частково замінні амінокислоти Apr та Гіссинтезуються складним шляхом у невеликих кількостях. Більша їх частина має надходити з їжею.
- Синтез аргініну відбувається у реакціях орнітінового циклу (див. вище підрозділ IV);
- Гістидин синтезується з АТФ та рибози. Частина імідазольного циклу гістидину - N=CH-NH- утворюється з пуринового ядра аденіну, джерелом якого є АТФ, решта молекули - з атомів рибози. При цьому утворюється 5-фосфорибозиламін, який, крім синтезу гістидину, необхідний для синтезу пуринів.
Для синтезу умовно замінних амінокислот тирозину та цистеїнупотрібні незамінні амінокислоти фенілаланін та метіонін відповідно (див. підрозділи VIII та IX).
Рис. 9-22. Включення безазотистого залишку амінокислот до загального шляху катаболізму.
процесі глюконеогенезу. Такі амінокислоти відносять до групи глікогенних амінокислот.
Деякі амінокислоти в процесі катаболізму перетворюються на ацетоацетат (Ліз, Лей) або ацетил-КоА (Лей) і можуть використовуватись у синтезі кетонових тіл. Такі амінокислоти називають кетогенними.
Ряд амінокислот використовується і для синтезу глюкози, і для синтезу кетонових тіл, так як у процесі їх катаболізму утворюються 2 продукти - певний метаболіт цитратного циклу та ацетоацетат (Три, Фен, Тір) або ацетил-КоА (Іле). Такі амінокислоти називають змішаними, або глікокетогенними(Рис. 9-22, табл. 9-5).
Анаплеротичні реакції
Безазотисті залишки амінокислот використовуються для заповнення кількості метаболітів загального шляху катаболізму, яке витрачається на синтез біологічно активних речовин. Такі реакції називають анаплеротичними. На малюнку 9-22 виділено п'ять анаплеротичних реакцій:
Фермент піруваткарбоксилаза (кофермент - біотин), що каталізує цю реакцію, виявлений у печінці та м'язах.
2. Амінокислоти → Глутамат → α-Кетоглутарат
Перетворення відбувається у багатьох тканинах під дією глутаматдегідрогенази або амінотрансфераз.
3. 
Пропіоніл-КоА, а потім сукциніл-КоА можуть утворитися також при розпаді вищих жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю (див. розділ 8).
4. Амінокислоти → Фумарат
5. Амінокислоти → Оксалоацетат
Реакції 2, 3 відбуваються у всіх тканинах (крім печінки та м'язів), де відсутня піруваткарбоксилаза, а реакції 4 та 5 – в основному в печінці. Реакції 1 та 3 (рис. 9-22) - основні анаплеротичні реакції
Оксидаза L-амінокислот
У печінці та нирках виявлено фермент оксидаза L-амінокислот,здатний дезамінувати деякі L-амінокислоти (див. схему наприкінці стор).
Коферментом у цій реакції виступає FMN. Проте внесок оксидази L-амінокислот у дезамінування, очевидно, незначний, оскільки оптимум її дії лежить у лужному середовищі (рН 10,0). У клітинах, де рН середовища близький до нейтрального, активність ферменту дуже низька.
Оксидаза D-амінокислоттакож виявлена в нирках та печінці. Це FAD-залежний фермент. Оптимум рН цієї оксидази лежить у нейтральному середовищі, тому фермент активніший, ніж оксидаза L-амінокислот. Роль оксидази D-амінокислот невелика, тому що кількість D-ізомерів в організмі вкрай мала, тому що в білки їжі та білки тканин людини та тварин входять лише природні L-амінокислоти. Ймовірно, оксидаза D-амінокислот сприяє їх перетворенню на відповідні L-ізомери (рис. 9-8).
10. Трансамінування: схема процесу, ферменти, біороль. Біороль АдАТ та АсАТ та клінічне значення їх визначення у сироватці крові.
Трансамінування
Трансамінування - реакція перенесення α-аміногрупи з амінокислоти на α-кетокислоту, внаслідок чого утворюються нова кетокислота та нова амінокислота. Константа рівноваги більшості таких реакцій близька до одиниці (К р ~1,0), тому процес трансамінування легко оборотний (див. схему А).
Реакції каталізують ферменти амінотрансферази, коферментом яких є піридоксальфосфат (ПФ) - похідне вітаміну В 6 (піридоксину, див. розділ 3) (див. схему Б).
Амінотрансферази виявлені як у цитоплазмі, так і в мітохондріях клітин еукаріотів. Причому мітохондріальні та цитоплазматичні форми ферментів розрізняються за фізико-хімічними властивостями. У клітинах людини знайдено понад 10 амінотрансфераз, що відрізняються за субстратною специфічністю. Вступати в реакції трансамінування можуть майже всі амінокислоти, за винятком лізину, треоніну та проліну.
Схема А
Механізм реакції
Амінотрансферази - класичний приклад ферментів, що каталізують реакції, що протікають механізмом типу "пінг-понг" (див. розділ 2). У таких реакціях перший продукт повинен піти з активного центру ферменту, перш ніж другий субстрат зможе до нього приєднатися.
Активна форма амінотрансфераз утворюється в результаті приєднання піридоксальфосфату до аміногрупи лізину міцним альдимінним зв'язком (рис. 9-6). Лізин у положенні 258 входить до складу активного центру ферменту. Крім того, між ферментом та піридоксальфосфатом утворюються іонні зв'язки за участю заряджених атомів фосфатного залишку та азоту в піридиновому кільці коферменту.
Послідовність реакцій трансамінування представлена нижче.
- На першій стадії до піридоксальфосфату в активному центрі ферменту за допомогою альдимінного зв'язку приєднується аміногрупа від першого субстрату – амінокислоти. Утворюються комплекс фермент-піридоксу-мінфосфат та кетокислота – перший продукт реакції. Цей процес включає проміжне утворення 2 шиффових основ.
- На другій стадії комплекс фермент-піридоксамінфосфат з'єднується з кетокислотою (другим субстратом) і знову через проміжне утворення 2 шиффових основ передає аміногрупу на кетокислоту. В результаті фермент повертається у свою нативну форму, і утворюється нова амінокислота – другий продукт реакції. Якщо альдегідна група піридоксальфосфату не зайнята аміногрупою субстрату, вона утворює шиффову основу (альдимін) з ε-аміногрупою радикала лізину в активному центрі ферменту (див. схему на с. 471).
Орнітіновий цикл
Сечовина - основний кінцевий продукт азотистого обміну,у складі якого з організму виділяється до 90% всього азоту, що виводиться (рис. 9-15). Екскреція сечовини в нормі становить 25 г/сут. При підвищенні кількості білків, що споживаються з їжею, екскреція сечовини збільшується. Сечовина синтезується лише печінці, що було встановлено ще дослідах І.Д. Павлова. Поразка печінки та порушення синтезу сечовини призводять до підвищення вмісту в крові та тканинах аміаку та амінокислот (насамперед, глутаміну та аланіну). У 40-х роках XX століття німецькі біохіміки Г. Кребс і К. Гензелейт встановили, що синтез сечовини є циклічним процесом, що складається з декількох стадій, ключовим з'єднанням якого, що замикає цикл, є орнітин. Тому процес синтезу сечовини отримав назву "орнітиновий цикл",або "Цикл Кребса-Гензелейта".
Реакції синтезу сечовини
Сечовина (карбамід) – повний амід вугільної кислоти – містить 2 атоми азоту. Джерелом одногоз них є аміак,який у печінці зв'язується з діоксидом вуглецю з утворенням карбамоілфосфату під дією карбамоілфосфатсинтетази I (див. схему А нижче).
У наступній реакції аргініносукцинатсинтетаза пов'язує цитрулін з аспартатом і утворює аргініносукцинат (аргінінобурштинову кислоту). Цей фермент потребує іонів Mg 2+ . У реакції витрачається 1 моль АТФ, але використовується енергія двох макроергічних зв'язків. Аспартат – джерело другого атома азоту сечовини(Див. схему А на с. 483).
Аргінін піддається гідролізу під дією аргінази, при цьому утворюються орнітин та сечовина. Кофакторами аргінази є іони Са2+ або Мn2+. Високі концентрації орнітину та лізину, що є структурними аналогами аргініну, пригнічують активність цього ферменту:
Сумарне рівняння синтезу сечовини:
СО 2 + NH 3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н 2 О → Сечовина + фумарат + 2 (АДФ + Н 3 Р0 4) + АМФ + H 4 P 2 O 7 .
Аміак, що використовується карбамоілфосфатсинтетазою I, поставляється в печінку з кров'ю воріт-вени. Роль інших джерел, у тому числі гнучкого дезамінування глутамінової еті в печінці, значно менша.
Аспартат, необхідний для синтезу аргінінокцинату, утворюється в печінці шляхом трансамінування
аланіну з оксалоацетатом. Аланії надходить головним чином з м'язів та клітин кишечника. Джерелом оксалоацетату, необхідного для цієї реакції, можна вважати перетворення фумарату, що утворюється в реакціях орнітінового циклу. Фумарат у результаті двох реакцій цитратного циклу перетворюється на оксалоацетат, з якого шляхом трансамінування утворюється аспартат (рис. 9-17). Таким чином, з орнітиновим циклом пов'язаний цикл регенерації аспартату із фумарату.Піру ват, що утворюється в цьому циклі з аланіну, використовується для глюконеогенезу.
Ще одним джерелом аспартату для орнітінового циклу є трансамінування глутамату з оксалоацетатом.
Альбінізм
Причина метаболічного порушення – вроджений дефект тирозинази. Цей фермент каталізує перетворення тирозину на ДОФА на меланоцитах. Внаслідок дефекту тирозинази порушується синтез пігментів меланінів.
Клінічне прояв альбінізму (від лат. albus -білий) - відсутність пігментації шкіри та волосся. У хворих часто знижена гострота зору, виникає світлобоязнь. Тривале перебування таких хворих під відкритим сонцем призводить до раку шкіри. Частота захворювання 1:20000.
Фенілкетонурія
У печінці здорових людей невелика частина фенілаланіну (~10%) перетворюється на феніл-лактат та фенілацетилглутамін (рис. 9-30).
Цей шлях катаболізму фенілаланіну стає головним у разі порушення основного шляху - перетворення на тирозин, що каталізується феніл-аланінгідроксилазою. Таке порушення супроводжується гіперфенілаланінемією та підвищенням у крові та сечі вмісту метаболітів альтернативного шляху: фенілпірувату, фенілацетату, феніллактату та фенілацетилглу-таміну. Дефект фенілаланінгідроксилази призводить до захворювання на фенілкетонурію (ФКУ). Виділяють 2 форми ФКУ:
· Класична ФКУ- Спадкове захворювання, пов'язане з мутаціями в гені фенілаланінгідроксилази, які призводять до зниження активності ферменту або повної його інактивації. При цьому концентрація фенілаланіну підвищується в крові у 20-30 разів (у нормі – 1,0-2,0 мг/дл), у сечі – у 100-300 разів у порівнянні з нормою (30 мг/дл). Концентрація фенілпірувату та феніллактату в сечі досягає 300-600 мг/дл при повній відсутності в нормі.
· Найбільш тяжкі прояви ФКУ – порушення розумового та фізичного розвитку, судомний синдром, порушення пігментації. За відсутності лікування хворі не доживають до 30 років. Частота захворювання – 1:10 000 новонароджених. Захворювання успадковується за аутосомно-рецесивним типом.
· Тяжкі прояви ФКУ пов'язані з токсичною дією на клітини мозку високих концентрацій фенілаланіну, фенілпірувату, феніллактату. Великі концентрації фенілаланіну обмежують транспорт тирозину і триптофану через гематоенцефалічний бар'єр і гальмують синтез нейро-медіаторів (дофаміну, норадреналіну, серотоніну).
· Варіантна ФКУ(коферментзалежна гіперфенілаланінемія) – наслідок мутацій у генах, що контролюють метаболізм Н 4 БП. Клінічні прояви - близькі, але не збігаються з проявами класичної ФКУ. Частота захворювання – 1-2 випадки на 1 млн новонароджених.
· Н 4 БП необхідний для реакцій гідроксилювання не тільки фенілаланіну, але також тирозину та триптофану, тому при нестачі цього коферменту порушується метаболізм усіх 3 амінокислот, у тому числі і синтез ней-ромедіаторів. Захворювання характеризується тяжкими неврологічними порушеннями та ранньою смертю ("злоякісна" ФКУ).
Прогресуюче порушення розумового та фізичного розвитку у дітей, хворих на ФКУ, можна запобігти дієті з дуже низьким вмістом або повним винятком фенілаланіну. Якщо таке лікування розпочато відразу після народження дитини, пошкодження мозку запобігається. Вважається, що обмеження в харчуванні можуть бути ослаблені після 10-річного віку (закінчення процесів міелінізації мозку), проте в даний час багато педіатри схиляються у бік "довічної дієти".
Для діагностики ФКУ використовують якісні та кількісні методи виявлення патологічних метаболітів у сечі, визначення концентрації фенілаланіну в крові та сечі. Дефектний ген, відповідальний за фенілкетонурію, можна виявити у фенотипно нормальних гетерозиготних носіїв за допомогою тесту толерантності до фенілаланіну. Для цього обстежуваному дають натще 10 г фенілаланіну у вигляді розчину, потім через годинні інтервали беруть проби крові, в яких визначають вміст тирозину. У нормі концентрація тирозину в крові після фенілаланінового навантаження значно вища, ніж у гетерозиготних носіїв гена фежилкетонурії. Цей тест використовується в генетичній консультації для визначення ризику народження хворої дитини. Розроблено схему скринінгу для виявлення новонароджених дітей з ФКУ. Чутливість тесту практично сягає 100%.
Будова гему
Гем складається з іона двовалентного заліза та порфірину (рис. 13-1). В основі структури порфіринів знаходиться порфін. Порфін є чотири піррольних кільця, пов'язаних між собою метеновими містками (рис. 13-1). Залежно від структури замісників у кільцях піролів розрізняють кілька типів порфіринів: протопорфірини, етіопорфірини, мезо-порфірини та копропорфірини. Протопорфірини - попередники решти типів порфіринів.
Геми різних білків можуть містити різні типипорфіринів (див. розділ 6). У темі гемоглобіну знаходиться протопорфірин IX, який має 4 метальні, 2 вінільні радикали і 2 залишки пропіонової кислоти. Залізо в темі знаходиться у відновленому стані (Fe+2) та пов'язане двома ковалентними та двома координаційними зв'язками з атомами азоту піррольних кілець. При окисленні заліза гем перетворюється на гематин (Fe 3+). Найбільша кількість гему містять еритроцити, заповнені гемоглобіном, м'язові клітини, що мають міоглобін, і клітини печінки через високий вміст цитохрому Р 450 в них.
Регуляція біосинтезу гему
Регуляторну реакцію синтезу гему каталізує піридоксальзалежний фермент амінолевулінатсинтазу. Швидкість реакції регулюється алостерично та на рівні трансляції ферменту.
Алостеричним інгібітором та корепресором синтезу амінолевулінатсинтази є гем (рис. 13-5).
У ретикулоцитах синтез цього ферменту на етапі трансляції регулює залізо. На ділянці ініціації мРНК, що кодує фермент, є
Рис. 13-5. Регуляція синтезу гему та гемоглобіну.Гем за принципом негативною зворотнього зв'язкуінгібує амінолевулінатсинтазу та амінолевулінатдегідратазу і є індуктором трансляції α- та β-ланцюгів гемоглобіну.
послідовність нуклеотидів, що утворює шпилькову петлю, яка називається залізочутливим елементом (від англ, iron-responsive element, IRE) (рис. 13-6).
При високих концентраціях заліза у клітинах воно утворює комплекс із залишками цистеїну регуляторного залізозв'язуючого білка. Взаємодія заліза з регуляторним залізозв'язуючим білком викликає зниження спорідненості цього білка до IRE-елементу мРНК, що кодує амінолевулінатсинтазу, та продовження трансляції (рис. 13-6, А). При низьких концентраціях заліза залізозв'язуючий білок приєднується до залізочутливого елемента, що знаходиться на 5"-нетрансльованому кінці мРНК, і трансляція амінолевулінатсинтази гальмується (рис. 13-6, Б).
Амінолевулінатдегідратаза також алостерично інгібується гемом, але так як активність цього ферменту майже в 80 разів перевищує активність амінолевулінатсинтази, це не має великого фізіологічного значення.
Дефіцит піридоксальфосфату та лікарські препарати, які є його структурними аналогами, знижують активність амінолевулінатсинтази.
Синтез білірубіну
У клітинах РЕМ гем у складі гемоглобіну окислюється молекулярним киснем. У реакціях послідовно відбувається розрив метинового містка між 1-м і 2-м пірольними кільцями гема з їх відновленням, відщепленням заліза та білкової частини та утворенням помаранчевого пігменту білірубіну.
Білірубін– токсична, жиророзчинна речовина, здатна порушувати окисне фосфорилювання у клітинах. Особливо чутливі щодо нього клітини нервової тканини.
Виведення білірубіну
З клітин ретикуло-ендотеліальної системи білірубін потрапляє у кров. Тут він знаходиться в комплексі з альбуміномплазми, у набагато меншій кількості – у комплексах із металами, амінокислотами, пептидами та іншими малими молекулами. Утворення таких комплексів не дозволяє виділятися білірубіну із сечею. Білірубін у комплексі з альбуміном називається вільний(некон'югований) або непрямийбілірубін.
Що таке прямий та непрямий білірубін?
Білірубін сироватки крові ділиться на дві фракції (різновиди): прямий та непрямий, залежно від результату лабораторної реакції зі спеціальним реактивом (діазореактив). Непрямий білірубін – це токсичний білірубін, який нещодавно утворився з гемоглобіну та ще не зв'язався у печінці. Прямий білірубін – це білірубін, знешкоджений у печінці та підготовлений для виведення з організму.
28. Жовтяниці
В усіх випадках вміст білірубіну у крові підвищується. При досягненні певної концентрації він дифундує тканини, забарвлюючи в жовтий колір. Пожовтіння тканин через відкладення в них білірубіну називають жовтяниця.Клінічно жовтяниця може виявлятися до того часу, поки концентрація білірубіну в плазмі крові не перевищить верхню межу норми більш ніж 2,5 разу, тобто. не стане вищим за 50 мкмоль/л.
Жовтяниця новонароджених
Частий різновид гемолітичної жовтяниці новонароджених - "фізіологічна жовтяниця", що спостерігається в перші дні життя дитини. Причиною підвищення концентрації непрямого білірубіну в крові служить прискорений гемоліз та недостатність функції білків та ферментів печінки, відповідальних за поглинання, кон'югацію та секрецію прямого білірубіну. У новонароджених не лише знижено активність УДФ-глюкуронілтрансферази, а й, мабуть, недостатньо активно відбувається синтез другого субстрату реакції кон'югації УДФ-глюкуронату.
Відомо, що УДФ-глюкуронілтрансфераза – індукований фермент (див. розділ 12). Новонародженим з фізіологічною жовтяницею вводять лікарський препарат фенобарбітал, що індукує дію якого було описано в розділі 12.
Одне з неприємних ускладнень "фізіологічної жовтяниці" – білірубінова енцефалопатія. Коли концентрація некон'югованого білірубіну перевищує 340 мкмоль/л, він проходить через гематоенцефалічний бар'єр головного мозку та викликає його ураження.
Мікросомальне окиснення
Мікросомальні оксидази - ферменти, локалізовані в мембранах гладкого ЕР, що функціонують у комплексі з двома позамітохондріальними ЦПЕ. Ферменти, що каталізують відновлення одного атома молекули Про 2 з утворенням води та включення іншого атома кисню в окислювану речовину, отримали назву мікросомальних оксидаз зі змішаною функцією або мікросомальних монооксигеназ. Окислення за участю монооксигеназу зазвичай вивчають, використовуючи препарати мікросом.
Функціонування цитохрому Р 450Відомо, що молекулярний кисень у триплетному стані інертний і не здатний взаємодіяти з органічними сполуками. Щоб зробити кисень реакційно-здатним, необхідно його перетворити на синглетний, використовуючи ферментні системи відновлення. До таких належить моноксигеназна сисгема, що містить цитохром Р 450 . Зв'язування в активному центрі цитохрому Р 450 ліпофільного речовини RH та молекули кисню підвищує окисну активність ферменту.
Один атом кисню приймає 2 е і перетворюється на форму Про 2- . Донором електронів служить NADPH, що окислюється NADPH-цитохром Р 450 редуктазою. Про 2- взаємодіє з протонами: Про 2- + 2Н + → Н 2 О, і утворюється вода. Другий атом молекули кисню включається до субстрату RH, утворюючи гідроксильну групу речовини R-OH (рис. 12-3).
Сумарне рівняння реакції гідроксилювання речовини RH ферментами мікросомального окиснення:
RH + О 2 + NADPH + Н + → ROH + Н 2 О + NADP +.
Субстратами Р 450 можуть бути багато гідрофобних речовин як екзогенного (лікарські препарати, ксенобіотики), так і ендогенного (стероїди, жирні кислоти та ін) походження.
Таким чином, в результаті першої фази знешкодження за участю цитохрому Р 450 відбувається модифікація речовин з утворенням функціональних груп, що підвищують розчинність гідрофобної сполуки. В результаті модифікації можлива втрата молекулою її біологічної активності або навіть формування активнішої сполуки, ніж речовина, з якої вона утворилася.
Утворення та знешкодження n-крезолу та фенолу
Під дією ферментів бактерій з амінокислоти тирозину можуть утворюватися фенол та крезол шляхом руйнування бічних ланцюгів амінокислот мікробами (рис. 12-9).
Продукти, що всмокталися, по ворітній вені надходять у печіНb, де знешкодження фенолу і крезолу може відбуватися шляхом кон'югації з сірчанокислотним залишком (ФАФС) або з глюкуроновою кислотою у складі УДФ-глюкуронату. Реакції кон'югації фенолу і крезолу з ФАФС каталізує фермент сульфотрансфераза (рис. 12-10).
Кон'югація глюкуронових кислот з фенолом та крезолом відбувається за участю ферменту УДФ-глюкуронілтрансферази (рис. 12-11). Продукти кон'югації добре розчиняються у воді і виводяться із сечею через нирки. Підвищення кількості кон'югатів глюкуронової кислоти з фенолом і крезолом виявляють у сечі зі збільшенням продуктів гниття білків у кишечнику.
Рис. 12-8. Знешкодження бензантрацену.Е 1 – фермент мікросомальної системи; Е 2 - епоксидгідрата.
Утворення та знешкодження індолу та скатолу
У кишечнику з амінокислоти триптофану мікроорганізми утворюють індол та скатол. Бактерії руйнують бічне коло триптофану, залишаючи недоторканою кільцеву структуру.
Індол утворюється в результаті відщеплення бактеріями бічного ланцюга, можливо у вигляді серину або аланіну (рис. 12-12).
Скатол та індол знешкоджуються у печінці у 2 етапи. Спочатку в результаті мікросомального окиснення вони набувають гідроксильної групи. Так, індол переходить в індоксил, а потім вступає в реакцію кон'югації з ФАФС, утворюючи індоксилсерну кислоту, калієва сіль якої отримала назву тваринного індикану (рис. 12-13).
Д. Індукція захисних систем
Багато ферментів, що беруть участь у першій і другій фазі знешкодження, - білки, що індукуються. Ще в давнину цар Мітрідат знав, що якщо сисгематически приймати невеликі дози отрути, можна уникнути гострого отруєння. "Ефект Мітрідата" ґрунтується на індукції певних захисних систем (табл. 12-3).
У мембранах ЕР печінки цитохрому Р 450 міститься більше (20%), ніж інших мембранозв'язаних ферментів. Лікарська речовина фенобарбітал активує синтез цитохрому Р 450 , УДФ-глюкуронілтрансферази та епоксид гідролази. Наприклад, у тварин, яким вводили індуктор фенобарбітал, збільшується площа мембран ЕР, яка досягає 90% всіх мембранних структур клітини, і, як наслідок, збільшення кількості ферментів, що беруть участь у знешкодженні ксенобіотиків або токсичних речовин ендогенного походження.
При хіміотерапії злоякісних процесів початкова ефективність ліків часто поступово падає. Понад те, розвивається множинна лікарська стійкість, тобто. стійкість не тільки до цього лікувального препарату, а й до цілої низки інших ліків. Це відбувається тому, що протипухлинні ліки індукують синтез Р-глікопротеїну, глутатіонтрансферази та глутатіону. Використання речовин, що інгібують або активують синтез Р-глікопротеїну, а також ферменти синтезу глутатіону, підвищує ефективність хіміотерапії.
Метали є індукторами синтезу глутатіону та низькомолекулярного білка металотіонеїну, що мають SH-групи, здатні пов'язувати їх. В результаті зростає стійкість клітин організму до отрути та ліків.
Підвищення кількості глутатіонтрансфераз збільшує здатність організму пристосовуватися до зростання забруднення зовнішнього середовища. Індукцією ферменту пояснюють відсутність антиканцерогенного ефекту під час застосування низки лікарських речовин. Крім того, індуктори синтезу глутатіонтрансферази – нормальні метаболіти – статеві гормони, йодтироніни та кортизол. Катехоламіни через аденілатциклазну систему фосфорилують глутатіонтрансферазу і підвищують її активність.
Ряд речовин, у тому числі ліків (наприклад, важкі метали, поліфеноли, S-алкіли глутатіону, деякі гербіциди), інгібують глутатіонтрансферазу.
37. Кон'югація – друга фаза знешкодження речовин
Друга фаза знешкодження речовин - реакції кон'югації, в ході яких відбувається приєднання до функціональних груп, що утворюються на першому етапі, інших молекул або груп ендогенного походження, що збільшують гідрофільність і зменшують токсичність ксенобіотиків (табл. 12-2).
УДФ-глюкуронілтрансферази
Локалізовані в основному в ЕР урідін-дифосфат (УДФ)-глюкуронілтрансферази приєднують залишок глюкуронової кислоти до молекули речовини, утвореної в ході мікроросомального окислення (рис. 12-4).
У загальному вигляді реакція за участю УДФ-глюкуронілтрансферази записується так:
ROH + УДФ-С6Н9О6 = RO-C6H9O6 + УДФ.
Сульфотрансферази
Зміст теми "Обмін речовин та енергії. Харчування. Основний обмін.":1. Обмін речовин та енергії. Харчування. анаболізм. Катаболізм.
2. Білки та його роль організмі. Коефіцієнт зношування за Рубнером. Позитивний азотистий баланс. Негативний азотистий баланс.
3. Ліпіди та його роль організмі. Жири. Клітинні ліпіди. Фосфоліпіди. холестерин.
4. Бурий жир. Бура жирова тканина. Ліпіди плазми. Ліпопротеїни. ЛПНГ. ЛПВЩ. ЛПДНЩ.
5. Вуглеводи та його роль організмі. Глюкоза. Глікоген.
8. Роль обміну речовин у забезпеченні енергетичних потреб організму. Коефіцієнт фосфорилювання. Калорійний еквівалент кисню.
9. Методи оцінки енергетичних витрат організму. Пряма калориметрія. Непряма калориметрія.
10. Основний обмін. Рівняння до розрахунку величини основного обміну. Закон поверхні тіла.
Білки та його роль організмі. Коефіцієнт зношування за Рубнером. Позитивний азотистий баланс. Негативний азотистий баланс.
Роль білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин та вітамінів у метаболізмі
Потреба організму у пластичних речовинахможе бути задоволена тим мінімальним рівнем їх надходження з їжею, що врівноважує втрати структурних білків, ліпідів та вуглеводів. Ці потреби індивідуальні та залежать від таких факторів, як вік людини, стан здоров'я, інтенсивність та вид праці.
Людина отримує у складі харчових продуктів ув'язнені у них пластичні речовини, мінеральні речовини та вітаміни.
Білки та їх роль в організмі
Білки в організміперебувають у стані безперервного обміну та оновлення. У здорової дорослої людини кількість білка, що розпалася за добу, дорівнює кількості знову синтезованого. Тварини істоти можуть засвоювати азот лише у складі амінокислот, що у організм з білками їжі. Десять амінокислот з 20 (валін, лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, триптофан, треонін, фенілаланін, аргінін та гістидин) у разі їх недостатнього надходження з їжею не можуть бути синтезовані в організмі. Ці амінокислоти називають незамінними. Інші десять амінокислот (замінні) не менш важливі для життєдіяльності, ніж незамінні, але у разі недостатнього надходження з їжею замінних амінокислот вони можуть синтезуватися в організмі. Важливим чинником обміну білків організму є повторне використання (реутилізація) амінокислот, що утворилися при розпаді одних білкових молекул для синтезу інших.
Швидкість розпаду та оновлення білківорганізму різна. Напівперіод розпаду гормонів пептидної природи становить хвилини або години, білків плазми крові та печінки – близько 10 діб, білків м'язів – близько 180 діб. У середньому всі білки організму людини оновлюються за 80 діб. Про сумарну кількість білка, що зазнав розпаду за добу, судять за кількістю азоту, що виводиться з організму людини. У білку міститься близько 16% азоту (тобто в 100 г білка-16 г азоту). Таким чином, виділення організмом 1 г азоту відповідає розпаду 625 г білка. За добу з організму дорослої людини виділяється близько 3,7 г азоту. З цих даних випливає, що маса білка, що зазнав за добу повної руйнації, становить 3,7 х 6,25 = 23 г, або 0,028-0,075 г азоту на 1 кг маси тіла на добу ( коефіцієнт зношування за Рубнером).
Якщо кількість азоту, що надходить в організм з їжею, дорівнює кількості азоту, що виводиться з організму, прийнято вважати, що організм перебуває в стані азотистої рівноваги. У випадках, коли в організм надходить азоту більше, ніж його виділяється, говорять про позитивному азотистому балансі(Затримка, ретенція азоту). Такі стани бувають у людини при збільшенні маси м'язової тканини, у період росту організму, вагітності, одужання після важкого захворювання, що виснажує.
Стан, при якому кількість азоту, що виводиться з організму, перевищує його надходження в організм, називають негативним азотистим балансом. Воно має місце при харчуванні неповноцінними білками, коли в організм не надходять якісь з незамінних амінокислотпри білковому голодуванні або при повному голодуванні.
Білки, що використовуються в організмі в першу чергу як пластичні речовини, в процесі їх руйнування звільняють енергію для синтезу в клітинах АТФ та утворення тепла.
МЕТАБОЛІЗМ БІЛКІВ
Білки є незамінним компонентом їжі. На відміну від білків – вуглеводи та жири не є незамінними компонентами їжі. Щодобово споживається близько 100 г білків дорослою здоровою людиною. Харчові білки - це основне джерело азоту для організму. У сенсі економічному білки є найдорожчим харчовим компонентом. Тому дуже важливим в історії біохімії та медицини було встановлення норм білка у харчуванні.
У дослідах Карла Фойта вперше було встановлено норми споживання харчового білка – 118г/добу, вуглеводів – 500г/добу, жирів 56г/добу. М.Рубнер першим визначив, що 75% азоту в організмі у складі білків. Він склав азотистий баланс (визначив, скільки азоту людина втрачає за добу і скільки азоту додається).
У дорослої здорової людини спостерігається азотна рівновага – «нульовий азотистий баланс»(Добова кількість виведеного з організму азоту відповідає кількості засвоєного).
Позитивний азотистий баланс(добова кількість виведеного з організму азоту менша, ніж кількість засвоєного). Спостерігається тільки в організмі, що росте, або при відновленні білкових структур (наприклад, у періоді одужання при тяжких захворюваннях або при нарощуванні м'язової маси).
Негативний азотистий баланс(добова кількість виведеного з організму азоту вища, ніж кількість засвоєного). Спостерігається за білкової недостатності в організмі. Причини: недостатня кількість білків у їжі; захворювання, що супроводжуються підвищеним руйнуванням білків.
В історії біохімії проводилися експерименти, коли людину годували лише вуглеводами та жирами («безбілкова дієта»). У умовах вимірювали азотистий баланс. Через кілька днів виведення азоту з організму зменшувалося до певного значення, і після цього підтримувалося тривалий час на постійному рівні: людина втрачала щодобово 53 мг азоту на кг ваги на добу (приблизно 4 г азоту на добу). Ця кількість азоту відповідає приблизно 23-25г білка на добу. Цю величину назвали "КОЕФІЦІЄНТ ЗНОШЕННЯ".Потім щодня додавали до раціону 10г білка, і виведення азоту при цьому підвищувалося. Але все одно спостерігався негативний баланс азоту. Тоді в їжу стали додавати 40-45-50 г білка на добу. При такому вмісті білка в їжі спостерігався нульовий азотистий баланс (азотиста рівновага). Цю величину (40-50 г білка на добу) назвали ФІЗІОЛОГІЧНИЙ МІНІМУМ БІЛКУ.
У 1951 році було запропоновано норми білка в харчуванні: 110-120 г білка на добу.
В даний час встановлено, що 8 амінокислот є незамінними. Добова потреба у кожній незамінній амінокислоті – 1-1.5 гр., а всього організму необхідно 6-9 грамів незамінних амінокислот на добу. Зміст незамінних амінокислот у різних харчових продуктах відрізняється. Тому фізіологічний мінімум білка може бути різним для різних продуктів.
Скільки потрібно з'їдати білка для підтримки азотистої рівноваги? 20 гр. яєчного білка, або 26-27 грн. білків м'яса чи молока, або 30 гр. білків картоплі, або 67 грн. білків пшеничного борошна. У яєчному білку міститься повний набір амінокислот. При харчуванні рослинними білками потрібно набагато більше білка для заповнення фізіологічного мінімуму. Потреби у білку в жінок (58 грамів на добу) менші, ніж у чоловіків (70 г білка на добу) – дані нормативів США.
ПЕРЕВАРИВАННЯ ТА ВСмоктування БІЛКІВ У шлунково-кишковому тракті
Перетравлення не відноситься до процесів метаболізму, оскільки відбувається поза організмом (по відношенню до тканин просвіт шлунково-кишкового трактує довкіллям). Завдання перетравлення - роздробити (розщепити) великі молекули харчових речовин до маленьких стандартних мономерів, які всмоктуються у кров. Ці речовини, які у результаті перетравлення, вже позбавлені видової специфічності. Але енергетичні запаси, що у харчових речовинах, зберігаються, і надалі використовуються організмом.
Усі травні процеси є гідролітичними, тобто не призводять до великої втрати енергії – вони не окисні. Кожної доби в організм людини всмоктується приблизно 100 г амінокислот, які надходять у кров. Ще 400 г амінокислот надходить щодобово в кров внаслідок розпаду своїх білків тіла. Всі ці 500 г амінокислот є метаболічним пулом амінокислот. З цієї кількості 400 грамів використовується для синтезу білків тіла людини, а решта 100 г щодня розпадаються до кінцевих продуктів: сечовина, CO 2 . У процесі розпаду утворюються також необхідні організму метаболіти, які здатні виконувати функції гормонів, медіаторів різних процесів та інші речовини (наприклад: меланіни, гормони адреналін та тироксин).
Для білків печінки період напіврозпаду становить 10 днів. Для м'язових білків цей період становить 80 днів. Для білків плазми крові – 14 днів, печінки – 10 днів. Але є білки, які швидко розпадаються (для a 2 -макроглобуліну та інсуліну період напіврозпаду - 5 хв).
Щоденно ресинтезується близько 400 г білків.
Розпад білків до амінокислот відбувається шляхом гідролізу – приєднується H 2 O за місцем розщеплення пептидних зв'язків під дією протеолітичних ферментів. Протеолітичні ферменти називаються ПРОТЕІНАЗами або ПРОТЕАЗАМИ. Існує багато різних протеїназ. Але за структурою каталітичного центру всі протеїнази ділять на 4 класи:
1. СЕРИНОВІ ПРОТЕІНАЗИ – у них у каталітичному центрі містяться амінокислоти серин та гістидин.
2. ЦИСТЕЇНОВІ ПРОТЕІНАЗИ – у каталітичному центрі цистеїн та гістидин.
3. КАРБОКСИЛЬНІ ПРОТЕІНАЗИ (АСПАРТИЛЬНІ) у каталітичному центрі містять 2 радикали аспарагінової кислоти. До них відноситься пепсин.
4. МЕТАЛОПРОТЕІНАЗИ. У каталітичному центрі цих ферментів знаходяться гістидин, глутамінова кислота та іон металу (карбоксипептидаза ”А”, колагеназа містять Zn 2+).
Всі протеїнази розрізняються за механізмом каталізу та за умовами середовища, в якому вони працюють. У кожній молекулі білка є десятки, сотні та навіть тисячі пептидних зв'язків. Протеїнази руйнують не будь-який пептидний зв'язок, а суворо визначений.
Як відбувається впізнання "свого" зв'язку? Це визначається структурою адсорбційного центру протеїназ. Пептидні зв'язки відрізняються лише тим, які амінокислоти беруть участь у їх освіті.
Структура адсорбційного центру така, що дозволяє розпізнати радикал тієї амінокислоти, СООН-група якої утворює цей зв'язок. У деяких випадках для субстратної специфічності має значення амінокислота, аміногрупа якої утворює зв'язок, що гідролізується. А іноді обидві амінокислоти мають значення визначення субстратної специфічності ферменту.
З практичної точки зору всі протеїнази за їхньою субстратною специфічністю можуть бути розділені на 2 групи:
1. МАЛОСПЕЦИФІЧНІ ПРОТЕІНАЗИ
2. ВИСОКОСПЕЦИФІЧНІ ПРОТЕІНАЗИ
МАЛОСПЕЦИФІЧНІ ПРОТЕІНАЗИ:
У них адсорбційний центр має просту будову, їхня дія залежить тільки від тих амінокислот, які формують пептидний зв'язок, що гідролізується цим ферментом.
Пепсін
Це фермент шлункового соку. Синтезується у клітинах слизової оболонки шлунка у формі неактивного попередника – пепсиногену. Перетворення неактивного пепсиногену на активний пепсин відбувається у порожнині шлунка. При активації відщеплюється пептид, що закриває активний центр ферменту. Активація пепсину відбувається під дією двох факторів:
а) соляної кислоти (HCl)
б) активного пепсину, що вже утворився, - це називається аутокаталізом.
Пепсин є карбоксильною протеїназою та каталізує гідроліз зв'язків, утворених амінокислотами фенілаланіном (Фен) або тирозином (Тир) в R 2 -положенні (дивіться попередній малюнок), а також зв'язок Лей-Глу. pH-оптимум пепсину дорівнює 1.0-2.0 рН, що відповідає рН шлункового соку.
Реннін
У шлунковому соку немовлят перетравлення білків здійснює фермент РЕННІН, який розщеплює білок молока казеїн. Реннін схожий будовою на пепсин, та його рН-оптимум відповідає рН середовища шлунка немовляти (рН=4.5). Реннін відрізняється від пепсину також механізмом та специфічністю дії.
Хімотрипсин.
Синтезується у підшлунковій залозі у формі неактивного попередника – хімотрипсиногену. Активується хімотрипсин активним трипсином та шляхом аутокаталізу. Руйнує зв'язки, утворені карбоксильною групою тирозину (Тір), фенілаланіну (Фен) або триптофану (Три) - у положенні R 1 або великими гідрофобними радикалами лейцину (лей), ізолейцину (мулі) і валіну (вал) в тому ж положенні R 1 (дивіться малюнок).
В активному центрі хімотрипсину є гідрофобна кишеня, в яку містяться ці амінокислоти.
Трипсин
Синтезується у підшлунковій залозі у формі неактивного попередника – трипсиногену. Активується в порожнині кишечника ферментом ентеропептидазою за участю іонів кальцію, а також здатний до аутокаталізу. Гідролізує зв'язки, утворені позитивно зарядженими амінокислотами аргініном (Арг) та лізином (Ліз) у R 1 -положенні. Його адсорбційний центр схожий на адсорбційний центр хімотрипсину, але у глибині гідрофобної кишені є негативно заряджена карбоксильна група.
Еластаза.
Синтезується у підшлунковій залозі у вигляді неактивного попередника – проеластази. Активується у порожнині кишечника трипсином. Гідролізує пептидні зв'язки в R 1 -положенні, утворені гліцином, аланіном та серином.
Всі перелічені малоспецифічні протеїнази відносяться до ендопептидаз, тому що гідролізують зв'язок всередині молекули білка, а не на кінцях поліпептидного ланцюга. Під дією цих протеїназ поліпептидний ланцюг білка розщеплюється на великі фрагменти. Потім на ці великі фрагменти діють екзопептидаз, кожна з яких відщеплює одну амінокислоту від кінців поліпептидного ланцюга.
ЕКЗОПЕПТИДАЗИ.
Карбоксипептидаз.
Синтезуються у підшлунковій залозі. Активуються трипсином у кишечнику. Є металопротеїнами. Гідролізують пептидні зв'язки на "С"-кінці молекули білка. Бувають 2-х видів: карбоксипептидазу “А” та карбоксипептидазу “В”.
Карбоксипептидаза “А” відщеплює амінокислоти з ароматичними (циклічними) радикалами, а карбоксипептидаза “В” відщеплює лізин та аргінін.
Амінопептидази.
Синтезуються у слизовій оболонці кишечника, активуються трипсином у кишечнику. Гідролізують пептидні зв'язки на “N”-кінці молекули білка. Існують 2 таких ферменти: аланінамінопептидаза та лейцинамінопептидаза.
Аланінамінопептидаза відщеплює тільки аланін, а лейцинамінопептидаза - будь-які “N”-кінцеві амінокислоти.
ДИПЕПТИДАЗИ
Розщеплюють пептидні зв'язки лише у дипептидах.
Всі описані ферменти відносяться до МАЛОСПЕЦИФІЧНИХ ПРОТЕІНАЗІВ. Вони характерні для шлунково-кишкового тракту.
Діючи разом вони викликають тотальний протеоліз білкової молекули до окремих амінокислот, які потім всмоктуються в кров з кишечника.
Всмоктування амінокислот відбувається шляхом вторинно-активного транспорту разом з Na+ (подібно до глюкози).
Частина амінокислот не всмоктується та піддається процесам гниття за участю мікрофлори у товстому кишечнику. Продукти гниття амінокислот можуть всмоктуватися і потрапляють у печінку, де зазнають реакцій знешкодження. Докладніше про це - дивіться підручник Коровкіна, с. 333-335.
Малоспецифічні протеїнази зустрічаються і в лізосомах.
ФУНКЦІЇ ЛІЗОМОМальних МАЛОСПЕЦИФІЧНИХ ПРОТЕІНАЗ:
1. Забезпечують розщеплення чужорідних білків, які у клітину.
2. Забезпечують тотальний протеоліз своїх білків клітини (особливо при загибелі клітини).
Таким чином, тотальний протеоліз - один із загальних біологічних процесів, необхідний не тільки для внутрішньоклітинного травлення, але і для відновлення білків клітини, що старіють, і організму в цілому. Але цей процес перебуває під строгим контролем, який забезпечують спеціальні механізми, що захищають білки від надмірної дії протеазу.
МЕХАНІЗМИ, ЩО ЗАХИЩАЮТЬ БІЛКИ ВІД ДІЇ ПРОТЕІНАЗ:
1. Захист типу "клітини"- Просторова ізоляція протеїназ від тих білків, на які вони можуть вплинути. Внутрішньоклітинні протеїнази зосереджені всередині лізосом та відокремлені від білків, які вони можуть гідролізувати.
2. Захист типу "намордника". Полягає в тому, що протеїнази виробляються у вигляді неактивних попередників (проферментів): наприклад, пепсиноген (у шлунку) трипсиноген та хімотрипсиноген (у pancreas) У всіх цих попередниках активний центр ферменту прикритий фрагментом поліпептидного ланцюга. Після гідролізу певного зв'язку цей ланцюжок відривається і фермент стає активним.
3. Захист типу “кольчуги“. Захист білка-субстрату шляхом включення до його молекули будь-яких хімічних структур (захисні групи, що прикривають пептидні зв'язки). Протікає трьома способами:
а) Глікозилювання білка. Включення до білок вуглеводних компонентів. Утворюються глікопротеїни. Ці вуглеводні компоненти виконують деякі функції (наприклад, рецепторну функцію). У всіх глікопротеїнах за допомогою вуглеводної частини забезпечується захист від дії протеїназ.
б) Ацетилювання аміногруп. Приєднання залишків оцтової кислоти до вільних аміногруп у молекулі білка.
Якщо протеїназа дізнається про місце своєї дії за наявності аміногрупи, то поява ацетильного залишку перешкоджає дії протеїнази на білок.
В) Амідування карбоксильної групи.Захисний ефект аналогічний.
Г) Фосфорилювання радикалів серину або тирозину
4. Захист типу сторожа.Це захист білків за допомогою ендогенних інгібіторів протеїназ.
Ендогенні інгібітори протеїназ- це особливі білки або пептиди, які спеціально виробляються у клітині і можуть взаємодіяти з протеїназою та блокують її. Хоча у зв'язуванні беруть участь слабкі типи зв'язків, зв'язування протеїнази з ендогенним інгібітором міцне. Субстрати з високою спорідненістю до цієї потеїнази можуть витісняти інгібітор з його комплексу з протеїназою, і вона починає діяти. У плазмі багато таких інгібіторів і якщо з'являється протеїнази, то інгібітори їх знешкоджують.
Зазвичай такі інгібітори протеїназ є специфічними по відношенню до певного класу протеїназ.
