Материал: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

близьких за будовою пепсинів. З пепсиногену I утворюються пепсин А і пепсин В, а з пепсиногену II — пепсин С (гастриксин). Вони виявляють максимальну активність при різних значеннях рН: пепсини А і В — при рН=1,5–1,8, а гастриксин — при рН=2,0–3,0. Співвідношення гастриксин/пепсин у нормі дорівнює 1 : 5, змінюється при патологічних станах (наприклад, при виразці шлунка становить 1 : 4, при гіперацидному гастриті — 1 : 3). При переважанні рослинного білка в їжі пептидні зв’язки в ньому розщеплюються за допомогою гастриксину.

Перетворення неактивного пепсиногену на активний пепсин відбувається за участю Н+ соляної кислоти і пепсину шляхом обмеженого протеолізу, тобто відщепленням від молекули пепсиногену кількох пептидів, один з яких має властивості інгібітора пепсину. У результаті відщеплення пептидів поліпептидний ланцюг пепсиногену (молекулярна маса 42 000) коротшає, вивільняється активний центр ферменту, і пепсиноген перетворюється на пепсин (молекулярна маса

— близько 32 700). Під дією пепсину розщеплюються пептидні зв’язки в глибині молекули білка, тобто пепсин є ендопептидазою. У шлунку пепсин гідролізує пептидні зв’язки в білках, утворені ароматичними амінокислотами, розщеплює практично всі білки, за винятком кератину, протамінів, гістонів і мукопротеїнів. У шлунку дітей грудного віку виявляє високу активність фермент ренін (сичуговий фермент). За структурою він близький до пепсину, також складається з одного поліпептидного ланцюга з молекулярною масою близько 40 000. Однак за механізмом і специфічністю дії ренін різко відрізняється від пепсину. Головне призначення реніну — відщеплення пептиду від білка молока казеїногену. При цьому казеїноген перетворюється на казеїн, а останній взаємодіє з солями кальцію з утворенням казеїнату кальцію, який погано розчинний у воді, тому випадає в осад на слизову шлунка, що сприяє затримці його в шлунку на більш тривалий час і розщепленню пепсином. У дорослих людей ренін мало активний і перетворення казеїногену на казеїн відбувається під дією пепсину. У шлунку також піддаються розщепленню складні білки, нуклеопротеїни і хромопротеїни. Під дією соляної кислоти і пепсину вони перетворюються на прості білки, нуклеїнові кислоти і гем.

Основним джерелом пепсину в організмі є головні клітини, що синтезують і виділяють пепсиноген I. Обкладкові клітини (у людини) продукують соляну кислоту і внутрішній фактор. Ендокринні клітини хаотично розміщені по всій поверхні кислотопродукуючого епітелію і представлені ентерохромафіноподібними клітинами (секретують гістамін) і D-клітинами (синтезують і виділяють соматостатин). Слизові клітини синтезують і виділяють пепсиноген II. Основні ендокринні клітини: гастринвмісні G-клітини і соматостатинвмісні D-клітини.

Роль обкладкових клітин у секреції HCl

При активації обкладкових клітин гастрином або гістаміном у них утворюються внутрішні секреторні канальці, необхідні для секреції соляної кислоти. Ключовим ферментом, що визначає здатність обкладкових клітин активно транспортувати Н+ проти хімічного градієнта, є Na+, К+- АТФаза. На кожний виділений у порожнину шлунку протон (Н+) у цитоплазмі обкладкової клітини залишається один іон ОН–. Для запобігання розвитку внутрішньоклітинного алкалозу і загибелі клітини фермент карбоангідраза каталізує утворення НСО3– з СО2 і ОН–:

Карбоангідраза

ОН– + СО2 НСО3–

Бікарбонат-іон, який утворюється в даній реакції, переноситься через мембрану в обмін на Сl–. Таким чином, на кожний протон, виділений у порожнину шлунка, надходить одна молекула НСО3–. Здатність активованих обкладкових клітин підвищувати місцеву концентрацію цього буфера (НСО3–/СО2) в своєму безпосередньому мікрооточенні оберігає їх від ушкодження, зумовленого зворотною дифузією іонів Н+ із порожнини шлунка в тканину.

Регулятори секреції шлункового соку

Основні стимулятори секреції шлункового соку — це гастрин, гістамін, ацетилхолін. Відомо, що обкладкові клітини іннервуються як власними нервами, так і парасимпатичною нервовою системою (рис. 16.1).

Ацетилхолін, що виділяється нервовими закінченнями, зв’язується мускариновими рецепторами (М3) і активує фосфатидилінозитолову систему.

Гістамін діє на специфічні Н2-рецептори обкладкових клітин, активуючи аденілатциклазу, у результаті чого підвищується рівень цАМФ у цитоплазмі, активуються протеїнкінази і фосфорилуються білки, що регулюють іонні канали в канальцевих мембранах.

Гастрин — це основний ендокринний стимулятор обкладкових клітин. Він синтезується, зберігається і виділяється G-клітинами антрального епітелію. Активність цих ендокринних клітин регулюється вмістом порожнини шлунково-киш- кового тракту, нервової системи і паракринними факторами.

Основними стимуляторами виділення гормону гастрину є білки, амінокислоти і пептиди, а соляна кислота — його потужний інгібітор. Виділення гастрину пригнічується при рН=2,0–2,5. Секреція гастрину G-клітинами може пригнічуватися соматостатином, який виділяється розташованими поряд D-клітинами. Паракринна регуляція може відігравати роль у пригніченні секреції гастрину кислотою, що стимулює виділення соматостатину D-клітинами.

Gs АЦ Gi

Протеїнкінази

Фосфорилування білків

К+

Н+

Рис. 16.1. Регулювання секреції кислоти парентальними клітинами шлунка (ЕХЛ — ентерохромафіноподібний кислотопродукуючий епітелій; АЦ — аденілатциклаза)

Вплив гастрину на секрецію соляної кислоти

Гастрин стимулює обкладкові клітини прямим і непрямим шляхом. По-перше, він безпосередньо зв’язується з рецептором на обкладкових клітинах і підвищує рівень фосфатидилінозитолової системи й іонів Са2+ в цитозолі, де відбувається фосфорилування ключових білків, які беруть участь у трансформації обкладкової стінки. Подруге, гастрин впливає на ентерохромафіноподібні клітини, спричинюючи викид гістаміну, який паракринно стимулює обкладкові клітини (цАМФ — «вторинний месенджер»).

Блокатори Н2-рецепторів — циметидин (тагамет), ранітидин (зантак), фамотидин (пепсид) — знижують секрецію соляної кислоти і сприяють загоєнню виразок шлунка.

Основні фази шлункової секреції такі. Церебральна фаза забезпечує при їді секрецію

20–30 % соляної кислоти, що починається у момент вживання їжі (до її надходження в шлунок) або навіть викликається виглядом, запахом і смаком апетитної їжі. Ця фаза перебуває під впливом блукаючого нерва, який іннервує обкладкові або G-клітини.

Шлункова фаза забезпечує при їді секрецію 60–70 % соляної кислоти, починається після надходження їжі в шлунок. Вона регулюється нервовими, хімічними і ендокринними впливами на

обкладкові клітини. Як довгі (ваговагальні), так і короткі (внутрішні) нервові шляхи діють на обкладкові клітини або безпосередньо, або змінюючи секрецію гастрину чи соматостатину.

Кишкова фаза забезпечує під час надходження їжі секрецію близько 10 % соляної кислоти, розпочинається, коли їжа потрапляє в тонку кишку. Вона частково зумовлена викидом гастрину з проксимальних відділів дванадцятипалої кишки, оскільки близько 30 % гастрину в організмі виділяється з проксимальних відділів тонкого кишечнику. Кишкова фаза секреції шлункового соку пов’язана також із розтягненням тонкої кишки хімусом.

Перетравлювання білків у тонкому кишечнику

Зі шлунка в тонкий кишечник потрапляють білки і пептиди, де під дією протеолітичних ферментів підшлункової залози і слизової оболонки тонкого кишечнику вони розщеплюються до амінокислот. У підшлунковій залозі виробляються такі ферменти, як трипсин, хімотрипсин, карбоксипептидаза, еластаза, колагеназа; у слизовій тонкого кишечнику — ентерокіназа, амінопептидаза, дипептидаза. Ферменти підшлункової залози виробляються в неактивній формі, у вигляді проферментів, надходять через панкреатичну протоку до тонкої кишки, де відбувається їхнє перетворення на активні форми ферментів. Трипсиноген перетворюється на трипсин під дією спочатку ентерокінази, а потім — автокаталітично. При цьому відбувається відщеплення з N-кінця гексапептиду і відповідно — вкорочення поліпептидного ланцюга. Процес перебігає за участю іонів кальцію. Оптимум дії трипсину проявляється при рН=7,8. Він діє як ендопептидаза, розщеплює близько 1/3 всіх пептидних зв’язків білків і високомолекулярних пептидів. Трипсин має вузьку субстратну специфічність, розриваючи пептидні зв’язки, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи аргініну і лізину (діамінокарбонові амінокислоти).

З підшлункової залози в кишечник надходить також хімотрипсиноген. Розрізняють хімотрипсиноген А і В, які незначно розрізняються за амінокислотним складом. У кишечнику хімотрипсиноген А і В під впливом активного трипсину і хімотрипсину піддаються обмеженому протеолізу. У результаті відщеплення від молекул хімотрипсиногену А і В поліпептидів вони перетворюються з неактивних форм на активні. При цьому утворюється ціла група хімотрипсинів з однаковою протеолітичною специфічністю, але з різною активністю. Хімотрипсин є також ендопептидазою, але має ширшу субстратну специфічність, ніж трипсин. Він гідролізує пептидні зв’язки, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи ароматичних амінокислот — фенілаланіну, тиро-

зину.

Завдяки гідролітичній дії на білки пепсину, трипсину і хімотрипсину утворюються пептиди різної довжини і незначна кількість вільних амінокислот. Подальший гідроліз пептидів до

вільних амінокислот здійснюється під впливом групи ферментів. Ці ферменти відщеплюють по одній амінокислоті від пептидного ланцюга і тому належать до екзопептидаз. Карбоксипептидази синтезуються підшлунковою залозою й активуються трипсином у кишечнику. Розрізняють дві карбоксипептидази — А і В. Карбоксипептидаза А розриває переважно пептидні зв’язки, утворені С-кінцевими ароматичними амінокислотами, а карбоксипептидаза В — зв’язки, в утворенні яких беруть участь С-кінцеві аргінін або лізин, тобто основні амінокислоти.

Фізіологічні функції панкреатичного соку

Панкреатичний сік містить ферменти, необхідні для розщеплення вуглеводів, ліпідів і білків їжі на компоненти, які всмоктуються активним і пасивним шляхом в тонкому кишечнику. Без цих ферментів перетравлення їжі порушується, спостерігається синдром мальабсорбції й настає смерть. Тому хворим із недостатньою функцією підшлункової залози разом з їжею призначають панкреатичні ферменти.

Роль секретину при кишковій фазі секреції панкреатичного соку

Секретин виділяється в кров S-клітинами дванадцятипалої кишки. Головний стимул виділення секретину — підвищення кислотності вмісту дванадцятипалої кишки. Під дією секретину відбувається секреція бікарбонату НСО3–, який нейтралізує кислий вміст, що надходить зі шлунка в проксимальні відділи дванадцятипалої кишка, тому що оптимум дії ферментів підшлункової залози і кишечнику перебуває в межах рН 7,0– 8,0 — для захисту слизової оболонки кишечнику від ушкоджуючої дії соляної кислоти, оскільки слизова оболонка кишечнику, на відміну від шлунка, не має такого могутнього захисного бар’єру.

Механізм секреції НСО3–

В ацинарних клітинах підшлункової залози відбуваються синтез і секреція всіх панкреатичних ферментів і електролітів (NaCl і NaHCO3). Ці клітини мають Na+, K+-АТФазу, яка регулює обмін трьох іонів Na+ з клітини на два іони K+. Цим створюється електрохімічний потенціал, який сприяє зворотній дифузії Na+ в клітину і супроводжується паралельним виведенням із неї протонів (Н+) шляхом вторинного активного транспорту з участю Na+/H+ транспортних систем. Іони ОН–, що залишилися в клітині, взаємодіють із СО2 під дією карбоангідрази; НСО3–, що утворився, активно переноситься в обмін на іон Cl–. Для збереження електронейтральності секрету в порожнину проток надходять іони Na+, де вони зв’язуються з НСО3– з утворенням NaHCO3.

Роль холецистокініну при кишковій фазі панкреатичної секреції

Надходження білків, ліпідів або продуктів їх розщеплення в дванадцятипалу кишку активує викид гормону холецистокініну, який стимулює секрецію панкреатичних ферментів (активує фосфатидилінозитолову систему).

Амінопептидази продукуються в клітинах слизової оболонки тонкого кишечнику і також активуються трипсином. У результаті дії на пептиди карбокси- й амінопептидаз в остаточному підсумку залишаються дипептиди (що складаються з двох амінокислот), на які діють специфічні дипептидази, що розщеплюють дипептиди на окремі амінокислоти. Крім згаданих протеолітичних ферментів, у тонкому кишечнику на білки діють також еластаза і колагеназа, що синтезуються підшлунковою залозою і активуються в кишечнику трипсином. Обидва ферменти належать до ендопептидаз. Еластаза гідролізує еластин сполучної тканини, а колагеназа — колаген кісткової й хрящової тканин.

Складні білки (зокрема, нуклеопротеїни, хромопротеїни й інші) у тонкому кишечнику під впливом трипсину і хімотрипсину розщеплюються до білків і відповідних простетичних груп. Білки піддаються гідролізу до амінокислот за участю перерахованих вище ферментів. Далі під впливом дезоксирибонуклеази і рибонуклеази ДНК і РНК розщеплюються на нуклеотиди, а нуклеотиди під впливом нуклеотидаз — на нуклеозиди. Топографічно основні процеси гідролізу білків, вуглеводів і жирів перебігають на поверхні слизової оболонки кишечнику, що дістало назву пристінкового травлення.

Всмоктування продуктів гідролізу білків

Через мембрани клітин слизової оболонки тонкого кишечнику в кров всмоктуються переважно амінокислоти й у невеликих кількостях — низькомолекулярні пептиди. Всмоктування амінокислот відбувається шляхом пасивного транспорту, полегшеної дифузії, а також переважно шляхом активного транспорту за участю специфічних білків-переносників і АТФ.

Внутрішній фактор (фактор Касла) відіграє істотну роль у зв’язуванні та перенесенні вітаміну В12 через слизову оболонку дистальних відділів тонкого кишечнику.

Розщеплення нуклеопротеїнiв

ушлунково-кишковому тракті

Ворганізмі нуклеїновi кислоти входять до складу клітин і надходять із продуктами харчування в шлунково-кишковий тракт у виглядi нуклеопротеїнiв.

Нуклеопротеїни = протеїни + нуклеїновi кислоти.

Нуклеопротеїн

Нуклеїнові кислоти

У шлунку нуклеопротеїни під дією соляної кислоти і пепсину розщеплюються на прості білки і нуклеїновi кислоти. Під впливом соляної кислоти розриваються переважно сольові зв’язки між нуклеїновими кислотами і білками основного характеру (протамінами і гістонами), а більш стійкі зв’язки при рН шлункового соку (рН=1,5– 2,5) розщеплюються пепсином.