Белки
в организме человека находятся
в динамическом равновесии, т.е. происходит
постоянный обмен белков – одни белки
разрушаются, на их место образуются новые
белки. В разных тканях обмен белков протекает
с разной скоростью. Наиболее быстро белки
обновляются в печени и крови (за 10 дней
белки этих тканей обновляются наполовину).
Наиболее медленно обмен белков протекает
в костной ткани, ткани мозга, в коже. У
здорового взрослого человека обновление
белков, в среднем, в норме составляет
1-2% от общего количества белков тела за
сутки и связано, в основном, с деградацией
мышечных белков до аминокислот. При этом
примерно 75-80% этих аминокислот вновь используются
в синтезе белков. Оставшаяся часть метаболизируется
до конечных продуктов азотистого обмена,
удаляемых из организма, а также превращается
в глюкозу, кетоны и СО2
. В сутки распадается приблизительно
30-40г. белка (учитывая, что азота в белке
содержится 16%, то это составляет 5-7г. суточной
потери азота). Для поддержания нормального
состояния организм нуждается в потреблении
ежедневно 30-40г. белка или аминокислот,
причем важно качество белка (в его составе
должны быть незаменимые аминокислоты).
Независимо от источника аминокислот,
все те аминокислоты, которые не используются
для синтеза белка, быстро распадается,
то есть избыток аминокислоты не запасается.
Следовательно, избыточное потребление
аминокислот (АК) бесполезно, хотя при
их распаде и выделяется энергия, но эту
функцию более эффективно выполняют липиды
и углеводы. Считается, что в норме белки
должны составлять 12% энергетической ценности
потребляемой пищи.
Основные
пути поступления
АК в клетку:
с током
крови АК-ты поступают из кишечника,
где они образуются в результате
переваривания белков пищи. Могут распадаться
белки тканей под действием катепсинов
(катепсины - тканевые ферменты-протеазы,
в основном, локолизованы в лизосомах.
Относятся к эндо- или экзопептидазам,
обозначаются А,В,D,Н,N. Оптимум рН для них
– в кислой среде. В зависимости от строения
АК их делят на тиоловые катепсины, металлокатепсины
и т.д. Различные катепсины действуют по
разному, например, D – подобен пепсину,
Н – активен в печени, N – расщепляет коллаген).
Заменимые АК синтезируются в тканях из
соответствующих альфа-кетокислот.
Пути
расходования АК в
тканях:
Идут
на синтез белков и пептидов. Идут на синтез
небелковых и азотсодержащих веществ
(азотистые основания (АО), биогенные амины
и т.д.). Идут на синтез углеводов (аланин,
глицин, серин, цистеин, треонин – дают
ПВК). АК, дающие при распаде азетил-КоА
(лейцин, изолецин, триптофан) – могут
использоваться на синтез липидов. АК
могут распадаться с образованием определенного
количества энергии. Для описания метаболизма
азота используют термин «азотистый баланс».
То есть в норме у здорового человека
потребление азота уравновешивается его
выделением с калом и мочой. Если азота
поступает больше, чем экскретируется,
то имеет место положительный азотный
баланс (например, период роста ребенка,
беременность, в условиях повышенной физической
активности и т. д.). при отрицательном
азотном балансе количество выделяемого
азота превышает количество потребляемого
азота с пищей (например, при голодании,
при деструктивных формах рака, в постоперационном
периоде и т. д.).
Одной
из характеристик азотного обмена является
коэффициент изнашивания. Он показывает
какое количество азота выводится из организма
при полном белковом голодании и составляет
примерно 50 мг/кг веса. В переводе на белок
это составляет 23-25г ежедневно. Отсюда
вытекает понятие белковый минимум (это
тот минимум белка, который мы должны получать
с пищей, чтобы не распадались белки тканей).
Он составляет 30-40г. белка. Соответственно,
белковый оптимум примерно равен 100-120г.
Вообще он сильно варьируется и зависит
от многих причин (энергозатрат, климата,
возраста и т. д.). Мы уже говорили, что белки
должны быть полноценными (т.е. содержать
все незаменимые АК). Высококачественными
являются белки мяса, молока, яиц. Растительные
белки характеризуются относительным
дефицитом некоторых незаменимых АК (триптофана,
лизина, метеонина). Наиболее предпочтительна
смешанная диета, когда недостаток какой-либо
АК в одном белке компенсируется его избытком
в другом. К незаменимым АК относятся те
АК, которые не могут синтезироваться
в организме, и обязательно должны поступать
в составе пищи. Это лейцин, изолейцин,
валин, треонин, лизин, гистидин, триптофан,
метионин и фенилаланин. Еще две АК – цистеин
и тирозин – могут синтезироваться из
метионина и фенилаланила. При недостатке
метионина и фенилаланила в пище тирозин
и цистеин становятся незаменимыми АК.
Переваривание
белков.
В ротовой
полости белки не перевариваются
(нет ферментов). Переваривание белка
начинается в желудке. Главными клетками
слизистой желудка продуцируется пепсиноген
(неактивная форма фермента). Его активация
происходит под действием HCl, вырабатываемой
обкладочными клетками слизистой (метод
частичного пртеолиза - т.е. отщепляется
фрагмент молекулы пепсиногена, закрывающий
активный центр (АЦ), при этом АЦ обнажается
и становится доступным для субстрата)
или пепсина (аутокатализ). Пепсин
(активная форма) представляет собой эндопептидазу
(т.е. расщепляет пептидные связи внутри
белковой молекулы, а не с N- или С-конца),
специфически действующую на пептидные
связи, образованные с участием ароматических
АК (например, тирозина) или дикарбоновых
АК (например, глютамата). В результате
образуются пептоны - большие полипептидные
производные, которые затем поступают
в тонкий кишечник. Соляная кислота не
только участвует в активации пепсиногена.
Под ее воздействием белковые молекулы
денатурирует, утрачивая третичную структуру
в результате разрушения водородных связей.
Полипептидная цепь раскручивается и
становится более доступной для действия
протеолитических ферментов. Низкое значение
рН (вследствие генерации HCl) также вызывает
разрушение большинства микроорганизмов,
попадающих в ЖКТ. В желудке также вырабатывается
ренин (химозин, сычужный фермент). Он вызывает
створаживание молока (что особенно важно
для детей, т.е. предотвращает быстрый
выход молока из желудка). В присутствии
Са++ ренин переводит казеины молока
в параказеин, на который затем действует
пепсин. У взрослых ренин, внроятно,
отсутствует. В 12-перстную кишку поступает
желчь и секрет поджелудочной железы,
имеющие щелочную реакцию, и сдвигают
рН в щелочную сторону. Этот сдвиг необходим
для проявления активности ферментов,
вырабатываемых поджелудочной железой
и железами слизистой кишечника, но он
ингибирует дальнейшее действие пепсина.
Поджелудочная железа секретизирует следующие
ферменты: трипсиноген, химотрипсиноген,
проэластазу и прокарбоксипентидазу.
Это все неактивные формы ферментов. Активация
трипсиногена осуществляется другим протеолитическим
ферментом - энтерокиназой, вырабатывающийся
железами слизистой кишечника. Активация
идет по типу частичного протеолиза (аналогично
с активацией пепсиногена). Получившийся
активный трипсин специфически действует
на пептидные связи, образованные основными
АК (лизин, рагинин). Химотрипсиноген, проэластаза
и прокарбоксипептидаза активируется
трипсином по типу частичного протеолиза.
Соответственно образовавшиеся химотрипсин
(специфически действует на пептидные
связи между остатками ароматических
АК), эластаза (расщепляет связи между
остатками АК с короткой цепью (глицин,
аланин, серин). Это все эндопептидазы.
После их действия, дальнейшее расщепление
полипептидов осуществляет экзопептидаза
– карбоксипептидаза, которая атакует
С-концевую пептидную связь, высвобождая
одиночные АК. Железы слизистой кишечника
вырабатывают аминопситидазу (экзопептидазу),
которая гидролизует пептидные связи
с N-конца, и дипептидазы (различной
специфичности), они завершают расщепление
депептидов до свободных АК. Таким образом,
мы можем отметить, что переваривание
белков обладает рядом особенностей: Протеолетические
ферменты вырабатываются в неактивном
состоянии – это своего рода защитный
механизм от самопереваривания слизистой
желулочно-кишечного тракта. Активация
сводится к механизму частичного пртеолиза.
Активизируются ферменты (протеазы) непосредственно
в ЖКТ. Протеазы ЖКТ отличаются субстратной
специфичностью. Таким образом, пищеварение
белков завершается образованием свободных
одиночных АК.
Всасывание
аиминокислот.
АК
подвергаются активному переносу через
кишечную стенку (от слизистой поверхности
к серозной). В этом переносе может участвовать
витамин B6 (пиридоксальфосфат). Транспорт
происходит с затратой энергии. АК переносятся
целым рядом переносчиков, из которых
некоторые являются Na+ - зависимыми
(по сути – это сочетанный Ко - транспорт
при работе Na+
, К+ - насоса). Есть предположения,
что могут всасываться и белки и пептиды,
при этом у этих лиц возникает иммунологическая
реакция на изменение белка.
Гниение
в кишечнике.
Большая
часть АК всасывается в тонком
кишечнике. Однако, часть АК попадает
в толстый кишечник, где, под действием
микрофлоры кишечника, подвергается процессам
гниения. У травоядных животных микрофлора
кишечника имеет очень большое значение,
так как участвует в расщеплении полисахаридов,
способствуя их всасыванию, осуществляет
синтез незаменимых АК и витаминов. У человека
кишечная флора не столь важна, однако
с ней связан синтез витаминов К, В12,
а, возможно, и других витаминов группы
В. При попадании в толстый кишечник, АК
под действием гнилостной микрофлоры,
претерпевают различные превращения,
образуя достаточно токсичные продукты
– фенол, индол, скатол, крезол, сероводород,
метилмеркаптан и т.д. и менее токсичные
– спирты, амины, кетокислоты и т.д.. Так,
в процессе распада серусодержащих АК
(цистина, цистеина и метионина) в кишечнике
образуется сероводород (Н2S),
этилмеркаптан (C2H5SH), метилмеркаптан
(CH3SH). Основные АК (орнитин, лизин)
подвергаются процессу декарбокалирования
с образованием аминов, соответственно
путресцина и кадаверина. Из ароматических
АК при карбоксилировании могут образоваться
соответствующие амины (например, триптамин,
тирамин), а при разрушении белковых цепей
образуются токсичные: фенол, крезол, скатол,
индол.
OH
OH
OH
|
|
|
CH2-CH-COOH
|
|
фенол
NH2
CH2-CH2-COOH
CH3
триптофан
крезол
NH2
тирозин
СН3
OH
N
N
N
Скатол
индол
индоксил
В толстом
кишечнике образуется и достаточное
количество NH3, который поступает
в печень и там различными путями обезвреживается,
так как при значительной концентрации
обладает токсическим действием. Поэтому
больным с поражением печени не рекомендована
диета с большим содержанием белков. После
всасывания все эти продукты по воротной
вене попадают в печень, где подвергаются
обезвреживанию путем связывания с серной
или глюкуроновой кислотой с образованием
так называемых «парных» кислот (например,
фенолсерная, индоксилсерная и т. д.), которые
выделяются с мочой. Как правило, в реакции
вступают активные формы серной и глюкуроновой
кислот, соответственно ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат)
и УДФГК (урединфосфатглюкуроновая кислота).
NH2
О
COOH
||
N
N H
O H
HN
O
OH
H
O
||
|
N N
HO OH H
||
O
N
HO-S-O-P-OH2C O
O-P-OH
||
| H H
H H
H OH
|
O OH
O
O
OH
|
||
HO- P-OH2C O
HO-P – O
||
|
O
H H
H
OH
H
ФАВС
OH OH
УДФГК
Индол
(как и скатол) окисляется в индоксил
(скатоксил) которые и взаимодействуют
либо с ФАФС, либо с УДФГК. Так, индол образует
эфир серной кислоты, калиевая соль которой
называется животный индикан (выводится
с мочой), по его количеству можно судить
о скорости гниения белков в кишечнике
и о функциональном состоянии печени.
О детоксикационной функции печени можно
судить по скорости образования и выделения
с мочой гиппуровой кислоты, после
приема бензойной кислоты.