денатурирует белки пищи, и они становятся более доступными для действия пептидаз;
способствует эвакуации желудочного содержимого.
Пепсин - эндопептидаза (т.е. разрывает внутренние пептидные связи), действующая на пептидные связи, образованные СООН-группой ароматических АК (ГИС, ТРИ, ТИР, ФЕН).
2) Гастриксин (рНоптим.=3,5) - эндопептидаза, рвет связи, образованные дикарбоновыми АК (ГЛУ, АСП).
В желудке образуются достаточно крупные пептиды - пептоны, или альбумозы.
> Кишечник. Действуют ферменты: трипсин, химотрипсин, эластаза, карбоксипептидаза, аминопептидаза, дипептидазы, энтеропептидаза. Процесс начинается с превращения трипсиногена в трипсин под действием энтеропептидазы. Затем трипсин катализирует активацию:
химотрипсиноген > химотрипсин,
прокарбоксипептидазы > карбоксипептидазы,
проэластаза > эластаза.
В результате действия указанных ферментов происходит полный гидролиз белков пищи.
1) химотрипсин вырабатывается в ПЖЖ (поджелудочной железе), активируется частичным протеолизом трипсином. Действует в кишечнике (рН=7,5-8,5) как эндопептидаза; рвет связи, образованные СООН-группой ароматических АК.
2) трипсин вырабатывается в ПЖЖ, активируется частичным протеолизом (отщепление 6 АК-фрагмента с N-конца. Действует в тонкой кишке как эндопептидаза, рвет связи, образованные СООН-группами диаминомонокарбоновыми кислотами (ЛИЗ, АРГ).
3) эластаза вырабатывается в ПЖЖ, активируется частичным протеолизом трипсином. Действует в кишечнике как эндопептидаза; рвет связи, образованные АК пролином (ПРО).
4) карбоксипептидазы А и В вырабатываются в ПЖЖ, активируются частичным протеолизом трипсином. Действуют в кишечнике как экзопептидазы; рвут связи, образованные СООН-группами: А- ароматических и алифатических АК, В- ЛИЗ и АРГ.
5) аминопептидаза вырабатывается слизистой кишечника, активируется ионами Zn2+ и Mn2+. Действует в кишечнике как экзопептидаза; отщепляет по одной АК с N-конца.
6) дипептидазы вырабатываются слизистой кишечника, активируются ионами Co2+ и Mn2+. Действуют в кишечнике как экзопептидазы; расщепляют дипептиды.
7) эндопептидаза вырабатывается в кишечнике, активирует трипсиноген.
В кишечнике происходит полный гидролиз белков.
Переваривание сложных белков и их катаболизм
1. Гликопротеины гидролизуются с помощью гликозидаз (амилолитических ферментов).
2. Липопротеины - с помощью липолитических ферментов.
3. Гемсодержащие хромопротеины: порфириновое кольцо не расщепляется, а выводится из организма с калом.
4. Нуклеопротеины. В кишечнике полинуклеотиды гидролизуются с помощью специфических нуклеаз до мононуклеотидов, которые под действием нуклеотидаз разрушаются до нуклеозидов и Фн. Затем под действием нуклеозидаз они распадаются до азотистых оснований и пентоз (рибоза или дезоксирибоза). Пуриновые азотистые основания разрушаются до мочевой к-ты, а пиримидиновые - до бета-аланина, аммиака NH3, углекислоты CO2.
Транспорт АК через цитолемму является активным и требует градиента Na+. Такой градиент создается ферментом Na+,K+-АТФ-азой, расположенным в цитолемме эпителиоцитов. Существует более пяти переносчиков АК:
для нейтральных алифатических АК (ЛЕЙ, ИЛЕ),
для ароматических АК,
для основных АК,
для кислых АК,
для АК пролина (ПРО).
А также имеется гамма-глутаминовый цикл (шунт), содержащий гамма-глутамилтранспептидазу (ГТТП, иначе гамма-глутамилтрансфераза - ГТТФ). Он имеет большое значение в определении функции печени, характеризуя степень усвоения АК гепатоцитами.
Гниение белков и обезвреживание его продуктов
Гниение белков - это бактериальный распад белковых веществ и АК под действием микрофлоры кишечника. Идет в толстой кишке, однако может наблюдаться и в желудке - при снижении кислотности в нем.
Образуются такие продукты:
а) токсичные: сероводород H2S, углекислота CO2, аммиак NH3, метан CH4, меркаптаны (CH3SH и его гомологи), бензол C6H6, крезол, индол, скатол и др.
б) нетоксичные: спирты (в т.ч. этиловый), амины, жирные к-ты, кетокислоты, витамины (напр., витамин B6).
Основные процессы гниения:
1. Декарбоксилирование (-СО2) обычно характерно для диаминомонокрбоновых кислот.
Напр., орнитин COOH-CH(NH2)-CH2-CH2-CH2-NH2 превращается в путресцин (то же, но без СООН-группы). Или лизин (ЛИЗ) - в кадаверин (это вроде первой реакции, но в цепи на одну CH2-группу больше).
Путресцин, кадаверин входят в состав трупных ядов. Они всасываются и частично выводятся с мочой и обезвреживаются в печени диаминооксидазой.
2. Дезаминирование. При гниении главным образом протекает восстановительное дезаминирование. Напр., аланин (АЛА) NH2-CH(CH3)-COOH + 2Н > СН3-СН2-СООН (пропионовая к-та) +NH3.
3. Десульфирование (тоже восстановительное).
Напр., цистеин (ЦИС) NH2-CH(CH2SH)-COOH + 2Н > АЛА + H2S.
Напр., метионин (МЕТ) NH2-CH(CH2-СН2-S-CH3)-COOH + 2Н > NH2-CH(CH2-CH3)-COOH (альфа-аминомасляная к-та) + НS-CH3 (метил-меркаптан).
4. Разрушение боковой цепи АК (ТИР, ТРИ).
Напр., тирозин (ТИР) + 4Н > крезол (пара-метилфенол) + NH3 + CO2 + CH4; крезол + 2Н > фенол + СН4.
Напр., триптофан (ТРИ) + 4Н > скатол (метилиндол) + NH2 + CO2 + CH4. Скатол +2Н> индол + СН4.
Т.о., в процессе гниения АК образуются различные токсичные вещества, которые должны быть обезврежены в печени. В обезвреживании участвуют две системы:
1) УДФГК - уридиндифосфоглюкуроновая к-та (активная форма глюкуроновой к-ты)
2) ФАФС - 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (активная форма серной к-ты) [рис. этого соединения].
Механизм обезвреживания - конъюгация (связывание) токсина с активной формой серной или глюкуроновой к-ты. Продукты конъюгации - нетоксичные вещества, которые могут выделяться с мочой.
Напр., обезвреживание фенола под действием УДФ-глюкуронил-трансферазы: фенол + УДФГК > (ТФ) фенилглюкуронид (фенил присоединяется по первому положению) + R-OH.
Напр., обезвреживание индола: Индол окисляется кислородом по 7-му положению, получается индоксил (это типа 7-оксииндол). Индоксил взаимодействует с ФАФС под действием арилссульфо-трансферазы с образованием индоксилсерной к-ты, которая с ионами калия дает индикан (калиевая соль индоксилсульфата).
Определение индола и индикана в моче имеет диагностическое значение. Так, если отсутствует индол, то обезвреживающая функция печени в норме, а если при этом обнаруживается индикан, то в кишечнике активное гниение. Если же есть индол в моче, то имеется нарушение обезвреживающей функции печени.
Метаболизм аминокислот
Фонд АК организма пополняется за счет процессов:
1) гидролиза белков пищи,
2) гидролиза тканевых белков (под действием катепсинов лизосом).
Расходуется АК-фонд на процессы:
синтез заменимых АК,
синтез собственных белков,
синтез азотсодержащих веществ (урины, пиримидины, холин, креатин и т.д.),
синтез углеводов (глюконеогенез),
синтез липидов из кетогенных АК,
распад до NH3, NH2-CO-NH2, мочевой к-ты и др.
Условно метаболизм АК в тканях можно распределить на общие пути и индивидуальные пути обмена АК.
Общие пути обмена веществ
1. Переаминирование (открыто в 1937 г. Браунштейном и Крицмом).
Роль: синтез заменимых АК, участие в непрямом дезаминировании АК. Определение АлАТ и АсАТ в крови имеет большое диагностическое значение. Так, через 5 часов после инфаркта миокарда АсАТ увеличивается в 20-30 раз, через 48 часов - АлАТ и АсАТ снижаются до нормы, еще через 24 часа повышается АлАТ. Также АлАТ повышается при патологии печени.
2. Дезаминирование (ДА) АК:
восстановительное ДА - под действием микрофлоры кишечника,
гидролитическое ДА - с участием воды,
внутримолекулярное ДА - с образованием непредельной к-ты,
окислительное ДА - характерно для тканей организма. Оно бывает прямым и непрямым.
Прямое ДА идет с участием дезаминаз (оксидаз). NH2-CHR-COOH > NH=CR-COOH (иминокислота), при этом ФМН>ФМН·Н2, который затем восстанавливает кислород до пероксида водорода; последний расщепляется каталазой. А иминокислота гидролизуется до альфа-кетокислоты и аммиака.
Непрямое ДА (или транс-ДА) идет в два этапа: 1) переаминирование (см. выше); 2) дезаминирование ГЛУ б-КГ + NH3, над стрелочкой глутамат-ДГ, под стрелочкой - НАД>НАД·Н2.
3. Декарбоксилирование АК - процессы образования биогенных аминов, обладающих биологической активностью:
ГИС > (гистидил-ДК, ПФ) гистамин,
ТИР > (оксигеназа, +1/2О2) ДОФА (диоксифенилаланин) > (ДК, ПФ, -СО2)дофамин,
ТРИ > (оксигеназа, +1/2О2) 5-окситриптофан > (ДК, ПФ, -СО2) серотонин,
ГЛУ > гамма-аминомасляная к-та (ГАМК).
Дофамин и ГАМК - тормозные нейромедиаторы, гистамин - тканевой гормон. Серотонин является местным регулятором в функции периферических органов.
Образование конечных азотистых продуктов
В сутки распадается около 1-2% всех белков организма, что составляет в среднем 500 г. Из них 80% (400 г) идут на ресинтез организм-специфичных белков, а 20% (100 г) подвергаются непрямому дезаминированию с образованием конечных продуктов - кетокислот и аммиака (они содержат 10-16 г азота).
Временное обезвреживание аммиака
Аммиак токсичен (50 мг аммиака убивает кролика, при этом [NH3]=0,4-0,7 мг/л). Поэтому в тканях аммиак обезвреживается временными путями:
1) в основном - образованием амидов дикарбоновых кислот. Напр., ГЛУ + NH3 > ГЛН (над стрелочкой "глутаминсинтетаза", под стрелочкой - АТФ > АДФ + Фн). Аналогично АСП > АСН.
> >
2) восстановительное аминирование кетокислот. Этот путь и дает токсичность аммиака (из-за уменьшения кол-ва кетокислот).
Такой азот (в виде конъюгатов аммиака) посупает в печень, где происходит окончательное обезвреживание аммиака - образование мочевины. Небольшое количество аминов отдают аммиак в почках, где он сразу синтезируется в мочу, где соединяется с протонами, образуя ионы аммония, которые выводятся с мочой. (В крови NH4+ нет!)
Орнитиновый цикл мочевинообразования
Мочевина содержит 80-90% всего азота мочи. В сутки образуется 25-30 г мочевины NH2-CO-NH2.
1. NH3 + CO2 + 2АТФ + Н2О > H2N-CO-OPO3H2 + 2АДФ + Н3РО4 (над стрелочкой карбамоилфосфатсинтетаза). Образуется карамоилфосфат.
2. NH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это орнитин) + H2N-CO-OPO3H2 (это карбамоилфосфат) (орнитинкарбамоил-ТФ, - Н3РО4) NH2-CO-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это цитруллин)
Далее: NH2-CO-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это цитруллин) +COOH-CH(NH2)-CH2-COOH (это АСП) аргининосукцинатсинтетаза, АТФ>АМФ+ФФн) СООН-СН2-СН(СООН)-NH-C(=NH)-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это аргининосукцинат) (аргининосукцинатлиаза) СООН-СН=СН-СООН (это фумарат, который идете в ЦТК)) +NH2-C(=NH)-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это аргинин).
Затем: NH2-C(=NH)-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это аргинин) (аргиназа, +Н2О) NH2-C(=O)-NH2 (это мочевина) + NH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH (это орнитин)
Т.о., для синтеза мочевины необходимо два азота - один из АСП и один из ГЛУ, ГЛН, АЛА; а также 3 АТФ и 1 СО2.
Синтез и распад нуклеотидов
Особенности обмена нуклеотидов:
1. Ни сами нуклеотиды, ни азотистые основания, поступающие с пищей, не включаются в синтез нуклеиновых кислот и нуклеотидов организма. Т.е., нуклеотиды пищи всегда распадаются до конечных продуктов.
2. Нуклеотиды синтезируются клетками организма заново, при этом не используются нуклеотиды пищи.
Биосинтез пуриновых оснований - из аминокислот: ГЛИ, АСП, ГЛН, два атома углерода - из производного фолиевой к-ты, один - из углекислоты.
Пиримидиновые основания также образуются из АК.
Распад нуклеотидов аналогичен в тканях и в ЖКТ:
нуклеопротеины нуклеиновые к-ты + АК (над стрелкой - протеазы); ДНК / РНК (ДНК-аза / РНК-аза, +вода) полинуклеотиды (полинуклеотидазы) мононуклеотиды (нуклеотидазы, -Фн) нуклеозиды
Распад нуклеозидов сходен в тканях и в ЖКТ, но имеются различия в окислении пуриновых и пиримидиновых нуклеозидов.
А. Окисление пуриновых нуклеозидов
Аденозин (аденозиндезаминаза, +Н2О, -NH4+) инозин (пуриннуклеозидфосфорилаза, +Фн -рибозил-1-Ф) гипоксантин (6-оксопурин) (ксантиноксидаза, +О2, +Н2О > Н2О2) ксантин (или 2,6-диоксопурин) (ксантиноксидаза, +О2, +Н2О > Н2О2) мочевая к-та (или 2,6,8-триоксопурин)
Мочевая к-та - конечный продукт распада пуриновых оснований.
Б. Распад пиримидиновых нуклеозидов
Они распадаются до бета-аланина, который окисляется до СО2 и NH3. А также до бета-амилоизобутирата. Аммиак, образующийся при распаде, обезвреживается с образованием мочевины.
Повышение содержания мочевой к-ты в крови (гиперурикемия) наблюдается при повышенном распаде пуриновых нуклеотидов (как поступающих с пищей, так, возможно, и собственных).
Однако, мочевая к-та плохо растворима в кислой среде, поэтому может кристаллизоваться и осаждаться в суставах (подагра), в мочевыводящих путях (мочекаменная болезнь). Лечение - растворение с помощью содового питья (образуются хорошо растворимые ураты).
Образование креатинина
Креатинин образуется из креатина - азотистого соединения мышечной ткани. Креатин синтезируется в печени из АК: АРГ, МЕТ, ГЛИ. Затем креатин поступает в мышцу, где связывает фосфат с образованием креатинфосфата.