Катаболизм: 1. гидролиз белка до аминокислот (внешний этап в полости ЖКТ), в лизосомах, протеасомах клеток. 2. дезаминирование, декарбоксилирование, окисление углеродного скелета и специфические превращения аминокислот по радикалу. Анаболизм: 1.биосинтез аминокислот 2. биосинтез белков
Белки – незаменимый компонент пищи, практически единственный источник азота для синтеза аминокислот и азотистых оснований. В норме у здоровых взрослых людей количество потребляемого азота и выводимого азота примерно одинаково ( N 2 – баланс равен нулю ( азотистое равновесие ). Отрицательный азотистый баланс характерен для пожилого возраста, голодания, раковой кахексии, ожоговой болезни, длительной инфекции. Положительный – для беременных женщин и младенцев, при выздоровлении.
Коэффициент Рубнера (коэффициент изнашивания) = 53 мг N 2 /кг массы тела. 23 г белка распадается ежесуточно. Т 50 для белков всего тела = 80 суткам. Медленнее всего обновляются белки соединительной и мышечной ткани (до полугода), Быстрее всего – белки крови (10-14 дней), ферменты, гормоны, рецепторы
Физиологический минимум = 35 -50 г в сутки. Оптимум – 85 -100 г в сутки Качество поступающего белка (биологическая ценность) определяется его аминокислотным составом и биологической доступностью (животный или растительный белок) и растворимостью (способностью гидролизоваться). Наибольшей биологической ценностью обладают яичный альбумин и казеиноген молока. 400 – 500 г белка ежесуточно синтезируется в организме ( до 300 г экзогенных и эндогенных аминокислот подвергается реутилизации ). Аминоацидурия ограничена в норме (реабсорбция!) и касается в основном заменимых аминокислот.
Поэтапный протеолиз белков до аминокислот, лишение их видоспецифичности и антигенности. Главными компонентами желудочного сока являются : НС L ( выделяется обкладочными клетками). Муцин – гликопротеин образующий защитную слизь (выделяется добавочными клетками). Пепсиноген – предшественник пепсина (выделяется главными клетками слизистой оболочки желудка). Химозин (реннин) у грудных детей.
1. Создает кислую среду в полости желудка (рН 1,5 -2), условия для самоактивации (автокатализа) пепсина. 2. Денатурирует пищевые белки, улучшая их протеолиз. Оказывает бактерицидное действие. Регулирует поступление пищи из желудка в 12 –перстную кишку.
Гистидин гистамин – активация аденилатциклазы – активация фосфопротеинкиназы с участием цАМФ – фосфорилирование карбангидразы (активация) ключевого фермента в синтезе соляной кислоты в эпителиальных клетках желудка.
Пепсин – простой одноцепочечный белок, карбоксильная (в активном центре асп-асп) эндопротеиназа.. Активируется при отщеплении N -концевого пептида из 40 аминокислот (в основном катионных), блокирующего активный центр фермента: 1) в кислой среде (кислотный гидролиз с участием НС l, медленно), 2) автокатализ (очень быстро). Сайт-специфичность в отношении гидролиза пептидной связи, образованной: 1) - NH 2 группой лей, фен,тир или 2) - СООН группой глу или глн.
Сериновые эндогенные сайтспецифичные протеиназы. Оптимум рН: в слабощелочной среде обеспечивают бикарбонаты сока поджелудочной железы. Синтез: в виде проферментов Активация: в просвете 12 – перстной кишки путём лимитированного протеолиза. Инициирует активацию энтерокиназа, фиксированная на поверхности энтероцитов. Она отщепляет от трипсиногена N -концевой пептид, при этом формируется активный центр фермента трипсина. Далее – автокатализ.
Трипсин обеспечивает активацию химотрипсиногена, проэластазы, прокарбоксипептидазы, отщепляя N –концевые пептиды. Каскад протеолитических эндо- и экзо- протеиназ, дипептидаз ЖКТ обеспечивает гидролиз белков пищи до свободных аминокислот.
Карбоксипептидазы – со стороны свободной карбоксигруппы 1) карбоксипептидаза А специфичность – незаряженные АК 2) карбоксипептидаза В специфичность – лиз и арг Аминопептидазы –, делают то же самое со стороны свободной аминогруппы. ПРОДУКТЫ: три- и дипептиды, Три- и дипептидазы с разной субстратной специфичностью ПРОДУКТЫ: свободные аминокислоты
Пепсин и HCl желудка: от белков отделяют простетические группы, далее эти группы превращаются в соответствии с их химической природой. Гем хромопротеинов окисляется в гематин, он почти не всасывается, выход с калом. Нуклеиновые кислоты под действием рибонуклеаз и дезоксирибонуклеаз панкреатического сока расщепляются до мононуклеотидов. Стенка кишечника выделяет полинуклеотидазы, фосфодиэстеразы и фосфатазы. Они расщепляют нуклеиновые кислоты до мононуклеотидов и далее. Механизм действия: эндо- и экзонуклеазы, нуклеотидазы, фосфатазы. 1) эндонуклеазы : нуклеиновые кислоты → олигонуклеотиды. 2) э кзонуклеазы: от нуклеиновых кислот, олигонуклеотидов → концевые мононуклеотиды, 3) нуклеотидазы, фосфатазы: мононуклеотиды → фосфорная кислота и нуклеозиды → до свободных азотистых оснований и пентоз. Всасывание. Мононуклеотиды в стенку кишечника почти не поступают. В кровь → нуклеозиды, продукты полного расщепления нуклеотидов и пуриновых оснований. Микрофлора кишечника : часть пуриновых нуклеотидов → в гипоксантин, ксантин, мочевую кислоту, которые всасываются. Человек большую часть поступивших в кровь нуклеозидов, пуринов и пиримидинов не использует, всё деградирует до конечных продуктов обмена и выводится. Экзогенные нуклеиновые кислоты практически не бывают предшественниками нуклеотидов. Потребности в нуклеотидах полностью покрываются за счет эндогенного синтеза “ de novo “ при необходимом количестве исходных веществ.
в кровь (95%) и в лимфу 1) В мембранах энтероцитов кишечных ворсинок – несколько систем активного транспорта ( Na + -зависимый симпорт), для аминокислот с различными радикалами. 2) g - глютамилтранспептидаза – фермент, способный осуществлять трансмембранный перенос аминокислот и пептидов.
5 групп транспортёров для разных аминокислот: нейтральных (глицин, аланин); нейтральных с длинной разветвлённой цепью (лейцин, изолейцин); с катионным радикалом (лизин); с анионным радикалом (аспарагиновая, глутаминовая кислоты); иминокислот (аргинин).
наследственное прогрессирующее заболевание, приводящее к изменениям в тощей кишке: воспалению и сглаживанию слизистой оболочки, исчезновению ворсинок, атрофии щеточной каемки и появлению кубовидных энтероцитов. ПричинА: врожденная непереносимость глютена белка клейковины злаков (растворимой фракции – глиадина). Проявляется после введения в рацион младенца глиадинсодержащих продуктов (манной каши…) Патогенез до конца не выяснен. Гипотезы: 1) прямое токсическое воздействие белка на стенку кишечника и 2) иммунный ответ на белок в стенке кишки
Реакции дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот с участием бактериальных ферментов. В кишечнике накапливаются токсичные, биологически активные вещества: Путресцин и кадаверин (трупные яды), крезол, фенол, индол, скатол, аммиак, сероводород.
МЕТ, ЦИС → H 2 S, метилмеркаптан (иначе метантиол), гомосерин, аммиак, СО 2. метантиол → метан + сероводород 3 ) Ароматические АК
Биотрансформация: 1) стадия - химическая модификация + 2) стадия - конъюгация Во 2-й стадии участвуют неспецифические, индуцибельные ферменты микросом печени: ФАФС-трансфераза, УДФ-трансфераза; они образуют парные, нетоксичные, растворимые соединения с различными субстратами (эндогенными и экзогенными) – глюкурониды или сульфаты. Глутатионтрансфераза – фермент образует конъюгаты с глутатионом ( GSH )
Олиго- и дипептиды могут быть гидролизованы в цитоплазме пептидазами. Лизосомы. Кислые гидролазы: тиоловые и аспартатные протеиназы (катепсины В, L, H, D ), гидролизующие белки. Высокоизбирательные протеасомные гидролитические комплексы в цитоплазме для удаления дефектных, поврежденных или регуляторных, короткоживущих белков. Для этого существует регуляторный, распознающий комплекс, «помечающий» белки, подлежащие деградации ( убиквитин ).
Как в клетках, так и во внеклеточном пространстве, в крови работают и системы протеолиза и антипротеолитической защиты. Механизмы защиты : Пространственные ограничения (мембрана лизосом, регуляторные комплексы протеасом ) Существование протеиназ в виде неактивных предшественников. Гликозилирование белков Эндогенные ингибиторы протеиназ: a 1 –антитрипсин, a 2- макроглобулин плазмы, тканевые кислотостабильные ингибиторы.
Общие пути катаболизма аминокислот (дезаминирование, трансаминирование, декарбоксилирование) Частные реакции превращений аминокислот. Пути синтеза заменимых аминокислот.
Кроме участия в синтезе пептидов и белков, участия в получении энергии (окисление до СО2, Н2О даёт ≈ 15% энергии), у большинства аминокислот активная метаболическая «судьба»: 18 аминокислот являются гликогенным и (кроме лей и лиз) Мет, сер – б/с фосфолипидов Мет – б/с всех белков, стартовая АК Гли – б/с порфиринов, гли - нейромедиатор Асп, гли, глн, мет – б/с азотистых оснований Тир – б/с катехоламинов и тиреоидов, меланина Глу, три – б/с нейромедиаторов Глу, гли, цис, арг – б /c глутатиона, креатина
Источник углеродных скелетов – глюкоза, источник азота – NH 2 -группы АК, NH 3. Реакции трансаминирования Восстановительного аминирования Арг – в реакциях синтеза мочевины Тир – из фен Цис – из мет
Механизмы: восстановительный; гидролитический; внутримолекулярный, окислительный. Все они используются микрофлорой полости рта В клетках млекопитающих: Гис подвергается внутримолекулярному дезаминированию, Сер и тре – гидролитическому. Глу – прямому окислительному дезаминированию. Важно в обмене веществ! На основе этого: все другие АК – непрямому дезаминированию (через переаминирование с a - кетоглутаратом) все другие АК подвержены окислительному дезаминированию весьма условно: почему? → см. далее
Для каждой аминокислоты есть специфическая оксидаза (печень, почки): FMN - зависимые оксидазы L- аминокислот имеют оптимум рН в щелочной среде рН=10 (активность очень и очень низка и реакции протекают слишком медленно). FAD - зависимые оксидазы D- аминокислот (эти АК не характерны для живого организма!) высокоактивны в нейтральной среде, окисле-ние идёт до кетокислот, которые становятся субстратами для ресинтеза L- аминокислот (в реакциях переаминирования)
Наиболее активной дезаминазой является глутаматдегидрогеназа ( NAD- зависимая) Реакция идет в две стадии: ферментативное окисление и спонтанное освобождение аммиака с участием воды. Реакция обратима во всех тканях, кроме мышечной. Фермент олигомерный, аллостерический, отрицательные эффекторы: ATF, NADH, положительные: ADF, NAD. Синтез фермента индуцируется кортикостероидами.
Обратимая реакция между кетокислотами и аминокислотами (аминогруппу переносит кофактор – пиридоксальфосфат ). На основе кетокислот возникают новые аминокислоты. Не освобождается аммиак! Путь к непрямому дезаминированию аминокислот, когда при переаминировании АК с кетоглутаратом образуется глутамат. ГЛУ – это единственная аминокислота, подвергающаяся уже прямому окислительному дезаминированию
Схематично непрямое дезаминирование аминокислот : при переаминировании с α -КГ образуется глутамат и под- вергается прямому окислительному дезаминированию
Локализованы внутриклеточно, но при нарушениях, сопровождающихся деструкцией тканей (острые и хронические заболевания), ферменты из разрушенных клеток выходят в кровь (индикаторные ферменты). АсАТ – сердце (МХ), АлАТ – печень (цитопл.) В норме какое-то количество клеток в орга-низме всегда разрушается, фон отношения активности АсАТ к активности АлАТ (коэффициент де Ритиса) равен 1,33 (≈20/15)
В клинике ↑ АСТ наблюдают даже при таких формах инфаркта миокарда, что не выявляются на ЭКГ. Рост активности АСТ в 2‑20 раз отмечается в 95% случаев инфаркта миокарда. О пределение активности АСТ/АЛТ используют для дифференциальной энзимодиагностики болезней миокарда и печени и контроля эффективности лечения
При участии пиридоксальзависимых декарбоксилаз образуются биогенные амины. Глу g - аминомасляная кислота Гис гистамин Три серотонин Тир дофамин Амины быстро утилизируются оксидазами микросом.
В центральной нервной системе ГАМК является тормозным медиатором (ГЛУ – участие в возбуждении). На ранних этапах развития мозга ГАМК опосредует преимущественно синаптическое возбуждение. Во взрослом мозге эта функция ГАМК уступает место синаптическому торможению
1. Расширение артериол и капилляров → покраснение кожи, снижение артериального давления (АД) 2. Повышение проницаемости капилляров → выход жидкости в межклеточное пространство → отечность, снижение АД. Если это в головном мозге → рост внутричерепного давления 4. Увеличение тонуса гладких мышц бронхов → спазм и удушье 5. Слабый рост тонуса мышц желудочно-кишечного тракта. 6. Стимуляция секреции слюны и желудочного сока.
1. Стимулирует сокращение гладких мышц ЖКТ → повышение перистальтики ЖКТ 2. Стимулирует сокращение гладких мышц сосудов, кроме сосудов миокарда и скелетных мышц → повышение артериального давления 3. Слабо увеличивает тонус гладких мышц бронхов 4. В ЦНС является тормозным медиатором 5. В периферических нервных окончаниях ведёт к возникновению боли и зуда (например, при укусе насекомых).
Медиатор дофаминовых рецепторов в подкорковых образованиях ЦНС В больших дозах: расширяет сосуды сердца, стимулирует частоту и силу сердечных сокращений расширяет сосуды почек, увеличивая диурез
дезаминирование наиболее активна МАО в печени, желудке, почках, кишечнике, нервной ткани 2) метилирование
Метилирование биогенного амина происходит при наличии у него гидрокси- группы. В реакции участвует активная форма метионина – S-аденозилметионин ( SAM ). Образуется метилированная форма амина и S-аденозилгомоцистеин ( S АГ).
Аммиак образуется как результат: дезаминирования аминокислот окисления биогенных аминов утилизации азотистых оснований Локализация образования аммиака : - как в клетках организма, - так и в кишечнике с участием бактериальных ферментов.
В сутки в норме образуется до 20 г аммиака (это 4 г/л ), тем не менее концентрация его в крови всего 0,2-1,32 мг/л (12-78 мкмоль/л); в моче 30-60 ммоль/сут. Несколько мощных систем обезвреживания в 1000 раз снижают концентрацию аммиака! Увеличение в крови концентрации аммиака до 0,6 ммоль/л – судороги и далее коматозное состояние.
NH3 проникает через мембраны (клеточную и митохондриальные). Увеличение скорости восстановительного аминирования a –кетоглутарата снижает его участие в переаминировании и синтезе ацетилхолина, дофамина; снижает образование ГАМК, снижает скорость ЦТК, угнетает цитохромоксидазу ( IV комплекс ДЦ МХ) → гипоэнергетическое состояние Аминирование глу до глн повышает осмотическое давление глии и вызывает отёк мозга. Увеличение содержания N Н 3 в крови вызывает алкалоз, повышает сродство Hb к О 2………. NH 4 + нарушает трансмембранный перенос Na + и K + как конкурент.
1) На выведение (печень и почки): Синтез мочевины Аммониогенез 2) Для транспорта и использования организмом Образование амидов Восстановительное аминирование Синтез азотистых оснований (пиримидинов) «Косвенные» пути, реакции утилизации аминокислот без освобождения аммиака (реакции переаминирования, синтез креатина, глютатиона и др.)
Глутамин- и аспарагин-синтетазы включают аммиак в состав амидов, образуя его временную, транспортную нетоксичную форму, более проницаемую для мембран клеток. Амиды вновь гидролизуются с освобождением аммиака в почках и печени, где происходит его окончательное обезвреживание Или поставляют аммиак для синтезов (например, для пиримидинов).
Синтез амидов идёт в МХ Синтез ГЛН (0,5-0,7 ммоль/л) – главный способ уборки и транспорта NH 3 Синтез АСН – дополнител ь ный способ уборки NH 3, т.к. энергетически невыгоден
Осуществляется при участии ферментов (1) почек и (2) печени из глицина, аргинина и метионина. Креатин фосфорилируется до креатин ~ фосфата (макроэрг!) в (3) мышцах и мозге Креатинфосфат гидролизуется и креатинин выводится с мочой.
ПОЧКИ: глицин + аргинин ПЕЧЕНЬ: метилирование c помощью активированного метионина ( SAM)
АКТИВАЦИЯ МЕТИОНИНА путём нуклеотидирования : связь через S +, не через атом О (фосфат уходит полностью!)
в покоящихся мышцах и мозге КРЕАТИН фосфорилируется КРЕАТИНКИНАЗой до креатин ~ Р Мышцы : креатинфосфат обеспечивает ресинтез АТФ первые 5‑10 сек работы, когда анаэробный гликолиз, аэробное окисление глюкозы и жирных кислот еще не активированы, кровоснабжение не увеличено. Нервная ткань: креатинфосфат поддерживает клетки в отсутствие О 2
~ 3% креатинфосфата неферментативно превращается в креатинин Количество креатинина, выделяемое здоровым человеком в сутки, почти одинаково и зависит только от объема мышечной массы. У взрослых креатина в моче нет, у детей есть оба метаболита.
NADF Н-зависимая редуктаза восстанавливает кетокислоты (напри-мер, ОА и α -КГ из ЦТК) до аминокислот. Это путь образования заменимых АК и реакция обезвреживания аммиака Это и механизм токсичности высоких концентраций аммиака, т.к. из ЦТК на его детоксикацию уходят ОА и α -КГ, и образование энергии в МХ снижается
Синтез пиримидинов начинается с карбамоилсинтетазной реакции: NH 3 + CO 2 + ATP NH 2 COPO 3 2-. Аммиак поставляется глутамином Синтез пуринов идёт с участием глутамина
У организмов разных видов с мочой выделяются разные продукты: Аммонийтелический тип ( NH 3 ) – рыбы; Урикотелический тип (мочевая кислота) – птицы, рептилии; Уротелический тип (мочевина) – млекопитающие, амфибии.
Глутамин в почках вновь освобождает аммиак ( гидролиз глутаминазой) Образовавшася с помощью карбангидразы Н 2 СО 3 диссоциирует на Н + и НСО 3 -, который идёт в кровь и с Na + образует компонент буферной системы крови NH 3 захватывая Н +, выводится в мочу в виде аммонийной соли (чаще хлорида), так почки участвуют в поддержании кислотно-основного состояния крови.
Синтез солей аммония в почках Так выводится ~ 10% всего аммиака
Гепатоциты: митохондрии, аэробные условия. АТР, аммиак, СО 2, орнитин, цитруллин, аспартат, аргинин. Орнитиновый цикл сопряжён с реакциями переаминирования аминокислот и циклом трикарбоновых кислот.
Впервые орнитиновый цикл описан Г.Кребсом в 1932 г. Начинает процесс реакция синтеза карбамоил ~ Р из СО 2 и аммиака (в печень его доставляет ГЛН) с расходом обеих макроэргических связей АТФ
Источники атомов в молекуле мочевины: N и Н – аммиак и аспартат; С и О – углекислый газ
Цикл синтеза мочевины сопряжён с 1) переаминированием аминокислот 2) циклом трикарбоновых кислот. Оба цикла описаны Г.Кребсом
ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ идёт: 1) частично в митохондриях, 2) частично в цитозоле. За счёт синтеза мочевины организм убирает ~ 90% азота.
Фракции «остаточного» азота в крови : Мочевина 50% Аминокислоты 25% Креатинин, креатин 7,5% Пептиды, нуклеотиды, азотистые основания 5% Мочевая кислота 4% Аммиак и индикан 0,5% и другие (билирубин, холин …). Совокупность низкомолекулярных N- содержащих веществ, оставшихся в сыворотке крови после осаждения белков
