Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Азот минеральных соединений и атмосферный азот в организме человека не усваивается и основным поставщиком азота являются аминокислоты. Однако половина из 20 необходимых для синтеза белков и других соединений (пурины, пиримидины, гем, креатин, никотинамид, тироксин, адреналин, меланин, сфингозин и др.) аминокислот у человека не синтезируются (незаменимые аминокислоты) и дефицит этих аминокислот, возникающий из-за недостаточного поступления их с продуктами питания грозит серьезными последствиями. Некоторые злаки относите льно бедны триптофаном и лизином, и в тех райо нах, где основным источником пищевого белка слу жат именно эти растения, а другие источники белка (молоко, рыба или мясо) в пище отсутствуют, у насе ления часто наблюдаются случаи тяжелой недоста точности аминокислот.
Жизнь организмов нашей биосферы зависит от снабжения азотом из атмосферы (если не принимать в расчет искусственные удобрения). Азот составляет по объему 78% атмосферы, так что содержание eго на Земле оценивается в 4 миллиарда тонн.. Каждый год около 30 -60 млн.тонн атмосферного азота связывается различными бактериями.
Растения и животные лишены этой способности. Следует различать понятия фиксация и ассимиляция азота.
В ассимиляции азота принимают участие нитрит и нитрат редуктазные полиферментные комплексы. У высших растений нитрит редуктаза находится в хлоропластах, а нитрат редуктаза в цитозоле.
Животные получают азот главным образом из белков пищи, которые перевариваются до аминокислот при помощи протеаз, секретируемых желудком, поджелудочной железой и эпителием тонкого кишечника. Некоторая часть аминокислот может повторно использоваться при распаде клеточных белков при участии специальных лизосомных ферментов или протеаз цитозоля
Белки в организме, независимо от их функций, находятся в динамическом состоянии.
Это значит, что они постоянно синтезируются и распадаются. Эти процессы названы белковым обменом. Существует необходимость замены белков, которые теряют свою биологическую активность путем окисления, денатурации и другими необратимыми модификациями.
Скорость обмена разных белковых молекул различна. Некоторые белки, подобно иммуноглобулинам, имеют длинную жизнь, измеряемую годами, в то время как другие имеют короткую жизнь (в минутах). Эти процессы протекают в каждой клетке, но клетки некоторых тканей более активны, чем другие. Например, белки печени и кишечника обмениваются быстрее, чем белки скелетной мышцы. Синтез и распад белка необязательно протекает в одной и той же клетке. Некоторые клетки секретируют белки, которые затем работают и распадаются в другом месте (альбумин, антитела, ферменты, катализирующие процессы пищеварения, гормоны). Приблизительное содержание и обмен некоторых белков приводится ниже.
. Содержание белков в организме человека массой 70 кг (в кг) и время полураспада отдельных белков (в сут).
|
Белок или ткань |
Содержание белка (кг) |
Время полураспада (сут) |
|
Коллаген (мышцы, кожа, кость) |
3.3 |
- |
|
Миозин, актин ( мышцы) |
3.0 |
|
|
Альбумины, глобулины (мышцы) |
1.7 |
30 |
|
Гемоглобин |
0.9 |
126 |
|
Белки плазмы |
0.4 |
10 |
|
Печень, почки, легкие |
0.5 |
5 |
Поступившие в клетки аминокислоты формируют подвижный фонд аминокислот, который постоянно пополняется поступающими из внеклеточного пространства аминокислотами а также путем синтеза новых аминокислот из других соединений. Возможности синтеза аминокислот клетками млекопитающих ограничены. Аминокислоты, которые не синтезируются клеткой, получили название незаменимых аминокислот. Абсолютно заменимыми являются 3 аминокислоты, которые синтезируются из промежуточных продуктов метаболизма. Это аланин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, которые образуются из пировиноградной, кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислот соответственно. Относительно незаменимыми являются аспарагин, глутамин, аргинин, глицин, пролин и серин. Потребность в этих аминокислотах может опережать возможности клеток по их синтезу. Например, потребность в аргинине резко увеличивается при приеме больших количеств белка и у детей в период ускоренного роста, потребность в глицине увеличивается при поступлении большого количества ксенобиотиков, а в пролине – после тяжелой обширной травмы. После травмы увеличивается потребность и в глутамине. Некоторые клетки обладают избирательной чувствительностью к недостатку отдельных аминокислот.
|
Незаменимые аминокислоты |
Производные незаменимых аминокислот |
Заменимые аминокислоты |
Относительно незаменимые аминокислоты |
|
Изолейцин |
Аланин |
||
|
Лейцин |
аспарагиновая кислота |
Аспарагин |
|
|
Лизин |
глутаминовая кислота |
Глутамин |
|
|
Метионин |
Аргинин |
||
|
Фенилаланин |
Цистеин |
Глицин |
|
|
Треонин |
Тирозин |
Пролин |
|
|
Триптофан |
Серин |
||
|
Валин |
Гистидин |
Аминокислоты фонда клетки используются для синтеза белков и небелковых органических азот содержащих соединений. Некоторая часть аминокислот распадается до конечных продуктов и служат источниками энергии (белки обеспечивают 10-15% общей потребности в энергии, необходимой человеку в сутки). Серусодержащие аминокислоты служат источником серы в составе органических и неорганических ( «активный» сульфат) соединений.
Белки присутствуют во всех клетках, поэтому и растения, и животные могут быть источником белков
Белки пищевых продуктов (г на 100 г).
|
Растительные |
Животные |
||
|
белок |
Белок |
||
|
мука пш |
13.7 |
говядина нежирная |
20.3 |
|
Рис |
6.7 |
говядина жирная |
8.8 |
|
Бобы |
5.7 |
Свинина |
20.7 |
|
Горох |
6.9 |
свинина жирная |
6.8 |
|
Картофель |
1.6 |
Телятина |
21.1 |
|
Кедровые орехи |
3.9 |
Цыплята |
20.5 |
|
Бананы |
1.1 |
Лосось |
18.8 |
Суточная потребность в белках определяется на основании изучения общих потерь азота за сутки человеком, находящимся на безбелковой диете (коэффициент изнашивания) и ко
Схема определения суточной потребности в белках на основании определения количества белка, необходимого для замещения обязательных потерь азота.
личества белка, необходимого для замещения этих обязательных потерь. Коэффициент изнашивания – это количество азота, которое выделяется у человека, находящегося на безбелковой диете. Он соответствует примерно 20 г белка.
Главные пути обязательных потерь азота у человека представлены на рис..
У взрослых потребность в азоте определяется количеством белка, необходимого для поддержания азотистого баланса. Дополнительные количества белка необходимы женщинам во время беременности и лактации. У новорожденных и детей потребность в белке определяется в большей мере оптимизацией роста, чем азотистым балансом.
. Основные пути обязательных потерь белков у человека
Белковая потребность отдельных людей определяется следующими факторами:
Усвоение белков зависит от:
Биологическая ценность белков зависит, в первую очередь, от содержания в нем незаменимых аминокислот. Эталоном биологической ценности являются белки яиц (обозначается цифрой 100). Белки животных имеют более высокую биологическую ценность, чем белки из растений. Белки, не содержащие хотя бы одной из незаменимых аминокислот, не имеют биологической ценности. В развитых странах белки диеты среднего человека имеют биологическую ценность около 70.
В смешанной пище дефицит одной незаменимой аминокислоты в одном белке может компенсироваться другим белком. Например, пшеница содержит мало лизина, но богата метионином, а бобовые богаты лизином, но содержат мало метионина. Поэтому совместное использование этих белков может иметь высокую биологическую ценность
Потребность в белке выше во время роста, когда белки накапливаются (степень синтеза белков превалирует над их распадом). Для возмещения обязательных потерь у взрослых необходимо примерно 0.47 г/кг/день азота. Это значение увеличивается на 30% для поправки на популяционные вариации и достигает 0.6 г/кг/день. Учитывая значение биологической ценности, равное 70 (см. выше) необходима коррекция еще на 30%, что повышает потребность в азоте до 0.8 г/кг/день.
Избыточное поступление белков оказывает неблагоприятное воздействие на процессы жизнедеятельности. Все белки в клетке и организме выполняют структурные или физиологические функции. Белки в отличие от углеводов и липидов не запасаются в организме и избыточное поступление белка вызывает усиление его распада. Продолжительное поступление большого количества белков у человека способствует
Повышению функциональной нагрузки на почки. Избыточное поступление белков вызывает повышение функциональной активности почек.
Большая часть азота в организме найдена в белках. Азот составляет 16 % от массы белка, поэтому азотистый обмен является синонимом обмена белков. Отсюда содержание азота в диете может быть определено путем умножения значения количества поступающего с пищей белка в граммах на 0,16
Схема обмена белков у человека. (Цифры на схеме показывают общее количество обмениваемого азота в г.)
или делением на 6.25.
Распад белков способствует освобождению аминокислот и азота, которые могут быть использованы вновь в синтезе тех же или других белков, однако эффективность использования не является 100%. Это связано с тем что:
Независимо от своего состояния (метаболического и пищевого) человек постоянно выделяет азот. Азотистый баланс- это общий показатель обмена белка в организме. Азотистый баланс- это разность между количеством поступившего азота (обычно в форме белка) и количеством выведенного азота (обычно в форме неусвоенного белка из кишечника и мочевины - почками).
Положительный азотистый баланс наблюдается при задержке азота в организме. Отрицательный азотистый баланс отражает общую потерю белков, нередко связанную с неполноценным белковым питанием. У нормального взрослого человека отмечается азотистое равновесие, при котором потери азота компенсируются поступлением белков с пищей.
В клетках млекопитающих возможности образования новых аминокислот из небольших молекул предшественников ограничены, поэтому основным источником аминокислот являются белки, которые разрушаются до аминокислот при помощи протеаз
Международный Союз по Биохимии и Молекулярной Биологии (1984) рекомендовал использовать термин пептидаза для подкласса гидролитических ферментов, действующих на пептидную связь (подкласс E.C 3.4.). Широко используемый термин «протеаза» является синонимом термину пептидаза. Пептидазы разделяются на две группы ферментов: эндопептидазы и экзопептидазы. Эндопептидазы расщепляют пептидные связи внутри целой молекулы белка, а экзопептидазы удаляют аминокислоты последовательно от N или C-концов белковой молекулы. Используется также термин «протеиназа», как синоним, для эндопептидаз.
Протеолитические ферменты вовлекаются в большое число разнообразных физиологических процессов. Протеолиз может протекать вне клеток и внутриклеточно. Действие протеолитических ферментов может быть разделено на две различные категории:
Выделяют 4 класса протеаз. Протеазы классифицируются по типу их механизма катализа. Международный Союз по Биохимии и Молекулярной Биологии выделяет четыре класса протеаз:
|
Сериновые протеиназы |
Аспарагиновые протеиназы |
|
Цистеиновые протеиназы |
Металлопротеиназы |
В дополнение к этим четырем классам имеется секция в Номенклатуре Ферментов, которая выделена для протеаз неопознанного каталитического механизма. Это указывает на возможность существования новых типов протеаз.
Сериновые протеиназы представлены двумя разными семействами.
А. Семейство химотрипсина, которое включает ферменты животных -- типа химотрипсина , трипсина, эластазы или калликреина.
Б. Семейство субтилизина, которое включает бактериальные ферменты-- типа субтилизина.
Хотя третичная структура ферментов этих двух семейств различна, они имеют одинаковую геометрию активного центра и поэтому катализируют реакции по одному и тому же механизму. Сериновые протеиназы проявляют разную субстратную специфичность, которая связана с заменами аминокислот в различных субъединицах фермента, взаимодействующих с аминокислотными остатками субстрата. Некоторые ферменты имеют более широкий участок взаимодействия с субстратом, в то время как другие имеют ограниченную специфичность. Три аминокислотных остатка формируют домен - каталитическую триаду, обеспечивающую проведение катализа (например, Гис 57, Асп 102 и Сер195 у химотрипсиногена).
Цистеиновые протеиназы. Это семейство включает протеазы из растений типа папаина, несколько лизосомальных катепсинов, цитозольные калпаины (активизируются кальцием), а также несколько протеаз из паразитов (например, из трипаносом, шистосом). Папаин – наиболее хорошо изученный член этого семейства.. Подобно сериновым протеиназам, катализ при участии цистеиновых протеаз проходит через этап формирования ковалентного промежуточного звена и вовлекает остатки цистеина и гистидина. Важные для катализа Цис25 и Гис159 (счет ведется по папаину) играют ту же роль что и Сер195 и Гис57 соответственно в сериновых протеиназах.
Второе семейство включает вирусные протеиназы типа протеаз вируса СПИДа (HIV) (ретропепсин). Эти ферменты представляют собой структуры, состоящие из двух гомологичных долей с активным центром, расположенным между этими долями. Каждая доля вносит один остаток аспартата в создаваемую каталитически активную диаду радикалов аспарагиновой кислоты Один аспартат находится в ионизированной форме, в то время как второй ионизируется при рН оптимуме в диапазоне 2-3. Ретропепсины являются мономерными. Это значит, они несут только один каталитический аспартат , и поэтому необходима димеризация для формирования активного фермента.
В желудочно-кишечный тракт белки поступают из двух источников:
Основная часть поступивших в желудочно-кишечной тракт белков переваривается до смеси аминокислот, дипептидов и трипептидов и небольшое количество непереваренного белка выделяется с калом.
Протеолитические ферменты. В желудочно-кишечном тракте под действием протеолити
Схема протеолиза пищевых белков в желудочно-кишечном тракте.
ческих ферментов происходит расщепление белков. Они имеют различную специфичность и последовательно гидролизуют белки до аминокислот
Для переваривания белков необходимы:
Секрет клеток слизистой желудка носит название желудочный сок. Это опалесцирующая желтоватая жидкость, содержащая 0.2-0.5% НCl с рН 1.5. В состав желудочного сока входят неорганические соли, ферменты (пепсин, ренин и липаза) и мукопротеины.
Трудно получить продукты секреции париетальных клеток, свободных от загрязнения другими компонентами желудочного сока, но самые чистые образцы, которые были проанализированы представляют изотонические растворы. Их концентрация H + эквивалентна 0.17 N HCl, с pH около 0.87. Поэтому, секрет париетальных клеток можно рассматривать как изотонический раствор практически чистой HCl, которая содержит 150 мэкв Cl- и 150 мэкв Н в литре, хотя pH цитоплазмы париетальных клеток подобно другим клеткам, равен 7.0-7.2, а сопоставимые концентрации Cl- и Н+ на литр плазмы -100 мэкв и 0.00004 мэкв соответственно.
со
ответственно.
Механизм образования HCl.
Такой большой градиент Н+ поддерживается работой специальной Н+,К+ АТФазы, которая является структурным белком апикальной мембраны париетальных клеток. В покое на поверхности клеток имеется небольшое количество этого фермента, однако под влиянием стимуляторов, большие количества тубовезикулярных структур, которыми богаты париетальные клетки перемещаются к апикальной мембране и сливаясь с ней, увеличивают количество фермента на поверхности и обеспечивают быстрое высвобождение Н+ взамен на К+. Такой обмен требует значительных затрат энергии и обеспечивается гидролизом АТФ.
Регуляторы секреции HLl и их вторичные посредники.
Выход Cl- из клеток обеспечивается градиентом электрохимического потенциала через каналы апикальной мембраны, которые активируются цАМФ ; Н+ образуется путем диссоциации угольной кислоты, которая в свою очередь образуется в реакции гидратации СО2, катализируемой карбангидразой, ферментом, активность которого в париетальной клетке очень высокая. Второй компонент реакции диссоциации угольной кислоты HCO3- вытесняется из клетки на базолатеральной мембране париетальных клеток взамен на другой анион, главным образом на ион Cl- концентрация которого во внеклеточной жидкости самая высокая. Кровь во время секреции желудка сильно подщелачивается, что приводит в последующем к подщелачиванию мочи.
Секреция соляной кислоты стимулируется гистамином через H2 рецепторы, ацетилхолином через M3 мускариновые рецепторы, и гастрином, вероятно частично через гастриновые рецепторы в мембранах париетальных клеток. H2 рецепторы увеличивают внутриклеточный цАМФ при участии Gs белков, а мускариновые и гастриновые рецепторы проявляют свои эффекты, увеличивая концентрацию внутриклеточного свободного Ca2+. Действие одного из указанных регуляторов обычно потенцируeт ответ другого на возбуждение. Простагландины, особенно E ряда, ингибируют секрецию кислоты, активируя Gi белки, и это объясняет частично повышение риска язвенной болезни у людей, принимающих антивоспалительные препараты, которые ингибируют синтез простагландинов.
Циклическая АМФ и Ca2+ действуют через протеинкиназы, повышая транспорт H+ в желудочный просвет H+-K+ АТФазой.
Hсl понижает рН химуса, поступающего в желудок; денатурирует пищевые белки, создает оптимальный рН для действия пепсина и инициирует ограниченный протеолиз пепсиногена.
Пепсиноген — профермент пепсина с молекулярной массой 40 кД. Его активирование начинается обычно при участии Н+ и затем продолжается аутокатализом активными молекулами пепсина. В процессе активирования происходит удаление нескольких пептидов от N конца (42 аминокислоты), что снижает изоэлектрическую точку с рН 3.7 (пепсиноген) до
1.0 (пепсин). Пепсин в активном центре содержит остатки АСП, катализирует гидролиз внутренних пептидных связей (эндопептидаза) и обладает широкой специфичностью, преимущественно действуя на пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических и больших алифатических аминокислот с образованием больших пептидных фрагментов.
Внутриполостное переваривание белков завершается ферментами поджелудочной железы
Панкреатический сок содержит ферменты, которые несут основную функцию в переваривании белков. Переваривание в кишечнике иногда называют панкреатическим перевариванием, поскольку основные ферменты образуются и секретируются поджелудочной железой. Сок поджелудочной железы имеет щелочную реакцию благодаря высокому содержанию HCO3- (около113 мэкв/л в сравнении с 24 мэкв/л в плазме). За сутки секретируется около 1500 мл панкреатического сока за сутки. Желчь и кишечные соки также нейтральны или щелочные, и все эти три секрета нейтрализуют соляную кислоту желудка, повышая pH дуоденального содержимого до 6.0-7.0 и еще более высокими становятся значения рН в нижних отделах тонкого кишечника.
Протеазы сока поджелудочной железы секретируются в неактивной форме и подвергаются координированному активированию, инициатором которого является кишечный фермент энтеропептидаза (энтерокиназа), активность которого в свою очередь повышается при попадании панкреатического сока в двенадцатиперстную кишку. Энтеропептидаза содержит 41 % углеводов, что способствует, по-видимому, защите самого фермента от гидролиза. Энтеропептидаза является структурным белком мембраны энтероцитов (щеточной каемки) и катализирует превращение трипсиногена в трипсин, запуская каскад протеолитических превращений и активирование всех панкреатических проферментов.
Трипсиноген представляет одноцепочечную молекулу и под действием энтеропептидазы теряет 6 аминокислот (гексапептид) на N концевом участке молекулы.(Вал-(Асп)4-Лиз) превращаясь в активную форму трипсин. Образующиеся молекулы трипсина могут катализировать активирование трипсиногена (аутокатализ) , участвовать в переваривании белков и активировать другие неактивные протеазы поджелудочной железы и кишечника химотрипсина, эластазы, карбоксипептидаз А и В. Врожденная недостаточность энтеропептидазы приводит к тяжелой белковой недостаточности.
Каждая из протеаз, образующихся в кишечнике обладает специфичностью к определенным пептидным связям в белках. Продукт действия одного фермента может использоваться как субстрат для другого фермента. Специфичность в действии протеиназ обеспечивает взаимодополняющий эффект их действия на белки. Продуктами переваривания белков в желудочно-кишечном тракте является смесь из аминокислот, и олигопептидов (35% — нейтральные и основные аминокислоты, 65% аминокислот остаются в составе олигопептидов)
Специфичность отдельных протеиназ поджелудочной железы и кишечника
|
Эндопептидазы |
|
|
Трипсин |
гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами основных аминокислот - лиз и арг. |
|
Химотрисин |
гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот ( фен, тир, три). |
|
Эластаза |
гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами маленьких алифатичеких аминокислот (гли, ала, сер). |
|
Экзопептидазы |
|
|
Карбоксипептидаза А |
отщепляет нейтральные аминокислоты от С конца пептидов. |
|
Карбоксипептидаза В. |
отщепляет основные аминокислоты от С конца пептидов |
Олигопептиды, образованные в процессе гидролиза белков в просвете кишечника, в дальнейшем гидролизуются специфическими олигопептидазами (экзопептидазы, дипептидазы), локализованными в мембранах щеточной каемки энтероцитов. Эти ферменты являются гликопротеинами, углеводная часть молекулы обеспечивает ориентацию активных центров в просвет кишечника. Конечные продукты пристеночного пищеварения — свободные аминокислоты, ди- и трипептиды.
Потенциальная опасность освобождения в поджелудочную железу малого количества трипсина очевидна: отмеченная выше цепная реакция произвела бы активные ферменты, которые могли переварить поджелудочную железу. Не удивительно, что поджелудочная железа обычно содержит ингибитор трипсина.
Если механизмы переваривания белков в желудочно-кишечном тракте, описанные выше, достаточно подробно изучены и их исследование получило прямой выход в медицинскую практику, то о механизмах внутриклеточного протеолиза, занимающих по объему значительно большее место в обмене белков, известно мало. Наиболее хорошо в этих процессах известна роль лизосом и в последнее время много внимания уделяется АТФ-зависимым процессам протеолиза в цитозоле.
Аутофагия - процесс разрушения отработанных частей самой клетки. На электронных микрофотографиях нормальных клеток можно увидеть лизосомы, содержащие митохондрии и секреторные пузырьки. Отработанные органеллы могут быть утилизированы в лизосомах. Процесс деградации начинается с окружения органеллы мембранами, происходящими из ЭР, в результате чего образуется аутофагосома
В случае эндоцитоза и аутофагии захваченные в мембранные пузырьки белковые молекулы, после слияния с лизосомами, подвергаются протеолизу с участием лизосомальных протеолитических ферментов – катепсинов. Катепсины обозначаются заглавными латинскими буквами и являются протеазами одного из указанных выше классов протеаз.
Подобно фосфорилированию белков, изменяющему свойства белковой молекулы, в цитозоле происходит, зависимое от АТФ, соединение белков, подлежащих протеолизу, со специальным белком – убиквитином.
Убиквитин- небольшой белок, состоящий из 76 аминокислот, формирует плотно упакованную глобулу, с выступающим в окружающую среду С-концевым участком. Убиквитинилирование протекает в несколько этапов:
1. Убиквитин вначале активируется убиквитин активирующим ферментом, E1
2. Убиквитин переносится на остаток цистеина убиквитин коньюгирующего фермента , E2
3. Молекулы убиквитина переносятся на остатки лизина белков, предназначенных для распада. В ряде случаев для соединения с белком-мишенью необходимо участие вспомогательного белка, обеспечивающего узнавание белков, подлежащих гидролизу.
C-концевой остаток убиквитина связывается пептидной связью с аминогруппой боковой цепи лизина в белке-мишени. Это вызывает ковалентную модификацию структуры белка мишени (подобно фосфорилированию), что может изменять функцию этого белка. К одной молекуле может быть присоединено несколько молекул убиквитина с образованием полиубиквитина. Это может служить сигналом для переноса белка-мишени на большую.
Предполагается также, что убиквитинилирование подобно фосфорилированию может быть механизмом универсальной модификации белковых молекул.
В мембране микроворсинок кишечника расположены специфические транспортные системы, участвующие в активном транспорте аминокислот в энтероциты. Различают несколько таких систем для переноса: 1. нейтральных аминокислот, 2. - алифатических гидрофобных аминокислот, 3. - иминокислот, 4. - кислых аминокислот, 5. - основных аминокислот. Работа некоторых их этих переносчиков зависит от ионов натрия, градиент которого (как и при всасывании глюкозы) обеспечивает их перенос через мембрану. Два переносчика также требуют Cl-. У двух систем транспорт независим от Na+. Ди- и трипептиды транспортируются в энтероциты системой, которая требует Н+ вместо Na+. Большие пептиды всасываются в очень небольших количествах. В энтероцитах олигопептиды распадаются до аминокислот внутриклеточным гидролизом и образовавшиеся аминокислоты вместе с аминокислотами, посту
пившим из кишечника покидают клетку через базолатеральную мембрану при помощи по крайней мере пяти транспортных систем. Две из этих систем зависимы и три независимы от Na+. Из межклеточного пространства аминокислоты и небольшие пептиды попадают в систему воротной вены.
Всасывание аминокислот активно происходит в верхних отделах тонкого кишечника. Часть белка не усваивается в тонком кишечнике и поступает в толстый кишечник, где используется микрофлорой.
У новорожденных возможно всасывание умеренных количеств непереваренных белков. Антитела материнского молока - представленные секреторными иммуноглобулинами (IgA), поступают в кровь из кишечника при помощи эндоцитоза с последующим экзоцитозом и обеспечивают пассивный иммунитет против инфекций. Этот процесс снижается с возрастом , но взрослые все еще абсорбируют небольшие количества белка. Чужеродные белки поступающие в кровь, способствуют образованию антител, и реакция на последующее поступление большего количества того же белка может вызвать аллергические симптомы, что объясняет происхождение аллергических реакций после приема некоторых пищевых продуктов.
Поглощение белковых антигенов, например, бактериальных и вирусных белков, про
Поглощение белковых антигенов, например, бактериальных и вирусных белков, происходит в больших М клетках, специализированных кишечных эпителиоцитах, которые передают антигены к лимфоидным клеткам, и активируют лимфобласты, в последующем секретирующие IgA в ответ на поступление того же антигена. Этот секреторный иммунитет - важный механизм защиты в кишечнике.
Определенная, иногда значительная часть белков и аминокислот попадает в толстый кишечник и используется микроорганизмами кишечника в качестве источника аминокислот для синтеза белков и энергетических субстратов. Превращения аминокислот под влиянием микрофлоры кишечника получили название гниения белков. Многие продукты, образуемые бактериями для человека являются токсическими и могут представлять клинический интерес. Основные химические процессы, лежащие в основе гниения связаны с реакциями декарбокислирования, дезаминирования, десульфирования и удаления боковой части ароматических аминокислот.
В результате действия бактериальных декарбоксилаз образуется целый ряд биологически активных аминов. Так, при декарбоксилировании лизина образуется диамин кадаверин (трупный яд), при декарбоксилировании тирозина- тирамин, орнитина – путресцин, гистамин образуется из гистидина. Многие из этих продуктов вазоактивные вещества.
Схема превращения триптофана микрофлорой кишечника и клетками печени.
Толстый кишечник является источником значительных количеств аммиака, образующегося при дезаминировании аминокислот. Обычно этот аммиак после всасывания обезвреживается печенью, но при заболеваниях печени уровень аммиака в периферической крови может достигать токсических значений. Кровотечения в кишечник или прием больших количеств белка у таких больных может приводить к аммиачной интоксикации.
Особое место в образовании токсических продуктов занимает обмен ароматических аминокислот. Под влиянием декарбоксилаз, дезаминаз и других ферментов бактерий происходит постепенное укорочение боковых цепей ароматических аминокислот и остающиеся циклические части этих аминокислот, обладая выраженными гидрофобными свойствами могут оказывать токсическое влияние на клетки печени после их всасывания.
Так, при постепенном удалении боковой цепи триптофана образуются скатол и индол, тирозина –крезол и фенол. После всасывания эти продукты взаимодействуют с активными формами серной (арилсульфотрансфераза) или глюкуроновой (УДФ-глюкуронилтрансфераза) кислот с образованием парных кислот, растворимых в воде и выделяемых почками. Количество этих продуктов в моче может отражать выраженность процессов гниения в кишечнике.
Одним из механизмов переноса аминокислот через клеточные мембраны является процесс, получивший название g-глутамиловый цикл. В основе его лежит реакция катализируемая g- -глутамилтранспептидазой Этот фермент является структурным компонентом мембран и обеспечивает взаимодействие глутатиона с поступающей в клетку аминокислотой. Реакция с аминокислотой высвобождает цистеил-глицин из глутатиона, а образующийся дипептид (g-глутамил-аминокислота) транспортируется в клетку и гидролизуется там с высвобождением переносимой аминокислоты. Глутамат при этом превращается 5-оксопролин, а цистеил-глицин распадается до аминокислот. Последующие реакции включают энергозависимую регенерацию глутатиона, включающую превращение 5-оксопролина в глутаминовую кислоту (1 моль АТФ)и синтез трипептида в две последовательные реакции (2 моля АТФ). Этот процесс, таким образом, требует больших энергетических затрат, но обладает высокой скоростью и емкостью. Наиболее активен этот механизм при реабсрорбции аминокислот эпителием канальцев почек.
Схема участия глутатиона в механизме транспорта аминокислот через мембраны (g –глутаминовый цикл)