Скачай Загальні шляхи катаболізму амінокислот и еще Схемы в формате PDF Биохимия только на Docsity!
- Біологічна цінність білків їжі та особливості їх перетравлення у шлунку дорослої людини та у дітей. Характеристика ферментів шлунково-кишкового тракту, які забезпечують перетравлення білків: пепсину, трипсину, хімотрипсину, еластази, карбоксипетидаз А і В, амінопетидаз, т.і. Транспортні системи, які забезпечують всмоктування амінокислот у тонкому кишечнику. Формування токсичних продуктів з амінокислот у товстому кишечнику при порушенні перетравлення білків. Біологічна цінність білків їжі. Біологічна цінність білків характеризує здатність їх забезпечити пластичні процеси та синтез метаболічно-активних субстанцій. Біологічна цінність білків характеризує якість білка і обумовлена наявністю у них незамінних амінокислот , їх співвідношенням із замінними та засвоюваністю у шлунково-кишковому тракті. Засвоєння білків їжі, повнота використання амінокислот може бути досягнута тільки при збалансованості незамінних амінокислот. Якщо якої-небудь із незамінних амінокислот у білках їжі буде менше, ніж у стандартному білку, то й інші амінокислоти не можуть бути цілком використані організмом. Функції їжі та фактори їх забезпечення: Енергетична –постачання організму енергетичними речовинами (вуглеводи, жири, білки) Міст.: хліб, цукор, жири, кондитерські вироби, макарони, крупи та інші. Пластична – постачання організму пластичними речовинами для побудови клітин, тканин і органів. (Білки, мінеральні речовини, ліпіди, вуглеводи та ін) В мясі, рибі, молочні продукти, яйця, бобові та ін. Біорегуляторна – постачання речовинами для утворення ферментів та гормонів (Вітаміни, бімікроелементи, білки, ПНЖК) В овочах, фруктах, ягодах, яйцях, олії, м'ясо, риба, молочні продукти. Імуннорегуляторна - постачання речовинами, з яких утворюються в організмі імунозахисні речовини (білки, вітаміни,ПНЖК, біомікроелементи (Fe,Zn,I) мясо, риба, яйця, овочі, фрукти.
Пристосувально-регуляторна – постачання організму нутрієнтами, які відігріють специфічну роль у регуляції функцій організму(вітаміни, амінокислоти, харчові волокна, мінеральні речовини) овочі, фрукти, ягоди, хліб з висівками, крупи. Реабілітаційна – постачання організму нутрієнтами з лікувальними властивостями( продукти спец призначення) певний вміст нутрієнтів та певна кулінарна обробка( продукти спец призначення) Мотиваційно–сигнальна – постачання організму смаковими, екстрактивними речовинами та регуляція харчової мотивації(апетиту) смакові, екстрактивні та ароматичні речовини (антиоксиданти, ефірні олії, фітонциди, органічні кислоти тощо) Особливості перетравлення білків у шлунку дорослої людини та у дітей В шлунку їжа довго затримується і зазнає дальшої механічної і хімічної обробки:
- Механічна обробка - полягає в розтиранні і перемішуванні їжі завдяки скороченню гладеньких м’язів стінок шлунка.
- Хімічна — в дії шлункового соку, який виробляється залозами, розміщеними в слизовій оболонці шлунка. Шлунковий сік - являє собою прозору рідину кислої реакції, має в своєму складі ферменти, соляну кислоту, слиз та інші органічні і неорганічні речовини. Ферментами шлункового соку є пепсин, сичужний фермент і ліпаза. Пепсин розщеплює білки на проміжні речовини — пептони і альбумози. Соляна кислота , концентрація якої 0,3—0,5%, активує пепсин, викликає набухання білків, що полегшує їх перетравлювання. Крім того, вона має бактерицидні властивості, тобто здатність убивати бактерії.
унаслідок відщеплення від нього інгібітора перетворюється у пепсин. Оптимальні умови для дії пепсину (рН 1,5–2,0) створює соляна кислота. Продуктами гідролізу пепсину є поліпептиди, які побудовані із 4–8 або менше амінокислотних залишків, та невелика кількість вільних амінокислот.
- Трипсин та хімотрипсин: Подальший гідроліз пептидів і нерозщеплених білків відбувається в тонкому кишечнику під впливом ферментів трипсину і хімотрипсину , які виробляються підшлунковою залозою. Вони виділяються у вигляді неактивних проферментів – трипсиногену і хімо-трипсиногену :
- Перетворення трипсиногену в трипсин відбувається під впливом ентеропептидази – ферменту кишкового соку. Активний трипсин каталізує утворення нових порцій трипсину із трипсиногену, тобто в подальшому реакція має аутокаталітичний характер.
- Хімотрипсиноген перетворюється в активний фермент хімотрипсин під впливом трипсину. Завдяки взаємодії трипсину і хімотрипсину утворюються поліпептиди, низькомолекулярні пептиди та окремі амінокислоти. Подальший розпад поліпептидів у кишечнику здійснюється під впливом пептидгідролаз (ентеропептидаз). 3) Еластази: Еластаза панкреатична - протеолітичний фермент, що розщеплює пептиди та білки, ендопептидазу. Еластаза синтезується у підшлунковій залозі у вигляді неактивної форми — проферменту проеластази , яка у складі панкреатичного соку потрапляє у дванадцятипалу кишку, де, під впливом трипсину , перетворюється на еластазу. Еластаза, трипсин та хімотрипсин представляють групу серинових протеаз завдяки присутності в їхньому активному центрі серину. Еластаза здатна розщеплювати білок еластин , який ні трипсину, ні хімотрипсину не гідролізується.
- Карбоксипетидази А і В Карбоксипептидази А та В - синтезуються у підшлунковій залозі у вигляді неактивних попередників — прокарбоксипептидаз А та В, які, потрапляючи у дванадцятипалу кишку, активуються під дією трипсину. У процесі активації відбувається гідроліз декількох пептидних зв'язків у молекулах прокарбоксипептидаз А і В і дисоціація цих проферментів на субодиниці, одна з яких перетворюється на відповідну К. При цьому в результаті гідролітичного розщеплення двох-трьох пептидних зв'язків у N- кінцевій ділянці цієї субодиниці може утворитися декілька форм К. (Аα, Аβ, Аγ ). Панкреатичні карбоксипентидази людини та тварин беруть участь у травленні, розщеплюючи до амінокислот продукти первинного перетравлення білків. 5) Амінопептидази: Амінопептидази - секретируются в клітинах слизової оболонки кишечника і також активуються трипсином. В кишковому соку відкриті два ферменти - аланін-амінопептідазу , що каталізує переважно гідролізпептідной зв'язку, в утворенні якої бере участь N-кінцевий аланін, і лейцин-амінопептідазу , яка не володіє суворої субстратнойспеціфічностью і гідролізу пептидні зв'язки, утворені будь N- кінцевий амінокислотою. Обидва ферменти здійснюють ступеневу відщеплення амінокислот від N-кінця поліпептидного ланцюга. Транспортні системи, які забезпечують всмоктування амінокислот у тонкому кишечнику. Всмоктування амінокислот відбувається, головним чином, у тонкому кишечнику. Механізм всмоктування амінокислот являє собою складний біологічний процес, в якому поєднуються фільтрація, осмос, дифузія і активна всмоктувальна дія ворсинок. Однак головним є трансмембранний транспорт за допомогою спеціальних білків-переносників , котрий потребує витрат енергії.
З тирозину утворюється крезол, а якщо процес йде далі, то і фенол, з триптофану – скатол і індол. Індол і скатол також знешкоджуються в печінці при участі сірчаної і глюкуронової кислот. Однак вони попередньо окислюються: скатол у скатоксил, індол у індоксил і у виді парних кислот виводяться з організму із сечею При глибокому руйнуванні кишковими мікроорганізмами сірковмісних амінокислот – цистіну, цистеїну і метіоніну – утворюється сірководень (H2S), меркаптан (CH3SH) і інші сірковмісні сполуки. Продукти гниття білків всмоктуються у венозну кров, потім попадають у печінку, де і знешкоджуються за допомогою сірчаної або глюкуронової кислоти. Деякі отруйні речовини, наприклад бензойна кислота, що утворилася з фенілаланина, знешкоджуються в печінці за допомогою гліцину. При цьому утворюється гіпурова кислота – нешкідлива сполука, що виділяється із сечею. Можливості печінки в знешкодженні утворених в товстій кишці отрутних речовин, що всмокталися в кров, не безмежні. При зниженні її функціональної здатності (наприклад, у зв'язку з перенесеними раніше захворюваннями) надходження значної кількості отруйних речовин може виявитися надмірним навантаженням, тоді частина незнешкоджених отруйних речовин розноситься (великим колом кровообігу) по всьому організму, викликаючи його отруєння. Відбувається передчасне старіння клітин і їхня загибель. При цьому відзначається погіршення самопочуття людини, її мучать головні болі.
2. Загальне уявлення про шляхи формування пулу вільних
амінокислот в плазмі крові людини.
Потік амінокислот, що входить до амінокислотного пулу, складається з таких джерел:
1)амінокислот, які всмоктуються еритроцитами кишечника внаслідок гідролізу харчових білків у травному каналі. Кількісне значення цієї складової становить залежно від характеру харчування 60-100г на добу. Додаткову компоненту в цей потік (35-200г) вносить протеоліз ендрогенних білків з епітелію еритроцитів, що злущується. 2)Амінокислот, які вивільняються в результаті розщеплення власних клітинний і позаклітинних білків. Розщеплення тканинних білків каталізується протеазами лізосом і значно збільшується за умов білкового та повного голодування або під час виснажливих хвороб. 3)Аміокислот що синтезуються в організмі. Організм здатний синтезувати лише 8 замінних L-амінокислот. До них належать:аланін, аспаргінова кислота, аспарагін, глютамінова кислота, глютамін, пролін, гліцин, серин. Умовно замінні – цистеїн, тирозин(синтезуються з незамінних метіоніну та фенілаланіну), частково замінні – гістидин, аргінін(синтезуються в недостатні кількості). Потік амінокислот, що виходить з амінокислотного пулу: 1)Вкористання амінокислот для синтезу білків організму. 2)Використання амінокислот, які не включені в анаболічні процеси, в катаболічних реакціях. При цьому молекули амінокислот розщеплюються з утворенням діоксину вуглецю, води, та кінцевих продуктів азотистого обміну(сечовина).
- Трансамінування амінокислот: вітамінна забезпеченість та механізм дії амінотрансфераз, біологічне значення реакції. Використання АлАТ та АсАТ сироватці крові у діагностиці захворювань людини. Трансамінування – це процес перенесення аміногрупи з амінокислоти на α-кетокислоту без проміжного утворення аміаку, в результаті чого утворюється нова кетокислота і нова амінокислота. У реакції трансамінування можуть вступати всі амінокислоти, за винятком лізину, треоніну та проліну.
вихідному стані альдегідна група піридоксальфосфату утворює шифову основу (альдімін) з ε-аміногрупою лізинового залишку апофермента з утворенням комплексу ПАЛФ-амінокислота. Біологічне значення трансамінування. Трансамінування відіграє надзвичайно важливу роль при синтезі в тканинах одних амінокислот з інших, що дає можливість організму створювати потрібний для нього набір амінокислот. Особливе значення це має для рослинних організмів, де саме так відбувається синтез майже всіх амінокислот. Оскільки цей процес зворотній, то ферменти амінотрансферази функціонують як у процесах катаболізму, так і в біосинтезі амінокислот. Трансамінування – заключний етап синтезу замінних амінокислоті з відповідних кетокислот, якщо вони потрібні клітині у даний момент. У результаті цього відбувається перерозподіл амінного азоту в організмі. Утворені при трансамінуванні кетокислоти окиснюються в циклі трикарбонових кислот або використовуються для синтезу глюкози і кетонових тіл. У печінці роль трансамінування полягає в його колекторній функції, тобто збиранні аміногруп від різних амінокислот у вигляді глутамінової кислоти, оскільки глутамат є основним субстратом реакцій дезамінування, тобто постачальником аміногруп для синтезу сечовини – кінцевого продукту азотистого катаболізму. У м'язах трансамінування призводить до утворення значної кількості аланіну (переамінування амінокислот з піруватом), що виділяється у кров'яне русло і поглинається гепатоцитами, де знову перетворюється на піруват, який використовується в глюконеогенезі (глюкозо-аланіновий цикл).
У клітинах людини виявлено понад 10 амінотрансфераз, які відрізняються за субстратною специфічністю. Вони локалізуються як в цитозолі, так і в мітохондріях клітин еукаріот. Найпоширенішим ферментом у більшості тканин організму є аланінамінотрансфераза (АлАТ), за зворотною реакцією глутамат- піруватамінотрансфераза (ГПТ) і аспартатамінотрансфераза (АсАТ). АлАТ каталізує реакцію реакцію трансамінування між аланіном та α- кетоглутаратом. Локалізований цей фермент у цитозолі клітин багатьох органів, але найбільше його виявлено у клітинах печінки і серця. АсАт каталізує реакцію трансамінування між аспартатом і α-кетоглутаратом, знаходиться як в цитоплазмі, так і мітохондріях. Найвища активність цього ферменту в серці та печінці. Клініко-діагностичне значення визначення трансаміназ. У нормі активність трансаміназ у крові низька. При пошкодженні клітин відповідних органів ферменти виходять у кров, де їх активність різко зростає. Оскільки активність АсАТ і АлАТ найвища у клітинах печінки, серця та скелетних м'язах, то визначення їх активності використовують для діагностики захворювань цих органів. У клітинах серцевого м'язу активність АсАТ значно перевищує АлАт, а а печінці – навпаки. Тому інформативним є визначення співідношення активностей цих ферментів АсАт/АлАт
- коефіцієнт де Рітіса. У нормі він становить 1,33 ± 0,42. Вже через 3 – 5 годин після виникнення інфарктуміокарда рівень АсАТ в крові різко зростає (у 20 – 30 разів), АлАТ – у 1,5-2,0 рази. Максимум активності обох трансаміназ крові припадає на кінець першої доби, а вже
У печінці та нирках виявлено ферменти - оксидази L-і Dамінокислот, які каталізують окислювальне дезамінування. Оксидази L-амінокислот у якості простетичної групи містять ФМН, а оксидази D-амінокислот - ФАД. Оксидази L-амінокислот малоактивні при фізіологічних значеннях pH, (оптимум рН їх дії дорівнює 10), а в тканинах тварин і людини середовище з такими параметрами відсутнє. Більшу активність мають оксидази D- амінокислот. Проте білки організму людини і тварин містять L-амінокислоти. Dамінокислоти знайдено у складі клітин рослин та мікроорганізмів, тому вони регулярно надходять до організму людини з продуктами харчування. Під дією оксидаз D-амінокислот ці амінокислоти перетворюються у відповідні α-кетокислоти. Отримані таким чином α-кетокислоти можуть перетворюватися завдяки трансамінуванню у відповідні L-амінокислоти, або окислюватися з вивільненням енергії. Найбільш активним ферментом окислювального дезамінування в тканинах людини є глутаматдегідрогеназа, яка проявляє особливо високу активність в головному мозку і печінці. Глутаматдегідрогеназа представлена двома ізоферментами в клітині:
- НАД-залежним мітохондріальним (у матриксі мітохондрій)
- НАДФ-залежним цитоплазматичним. Реакція дезамінування L-глутамінової кислоти протікає в дві стадії і є оборотною: У нервовій тканині зворотна реакція (відновне амінування αкетоглутарата в L-глутамат) має виняткове значення, так як це основний шлях утилізації токсичного аміаку в головному мозку. Реакція проходить в цитозолі за участю цитоплазматичної НАДФзалежною глутаматдегідрогенази. Глутаматдегідрогеназа є алостеричним ферментом.
Активність її стимулюється високими концентраціями АДФ та ГДФ, а інгібується при накопиченні в клітині АТФ, ГТФ та НАДН. Для цистеїну, треоніну та серину можливе неокислювальне дезамінування. Ферменти, які каталізують ці реакції, у якості коферменту містять піридоксальфосфат: Реакції дезамінування дозволяють утворити з амінокислот кетокислоти, які включаються до загальних шляхів катаболізму, або можуть бути використані в глюконеогенезі. Непряме дезамінування (трансдезамінування). Більшість амінокислот не здатні дезамінуватись в одну стадію, подібно до Глу. Аміногрупи таких амінокислот у результаті трансамінування переносяться на α-кетоглутарат з утворенням глутамінової кислоти, яка потім зазнає прямого окисного дезамінування. Такий механізм дезамінування амінокислот у дві стадії називається трансдезамінуванням, або непрямим дезамінуванням: Непряме дезамінування амінокислот відбувається з участю двох ферментів: амінотрасферази (кофермент ПФ) і глутаматдегідрогенази (кофермент НАД+). Значення цих реакцій в обміні амінокислот дуже велике, оскільки непряме дезамінування є основним способом дезамінування більшості амінокислот. Обидві стадії непрямого дезамінування оборотні (рис. 6.9), що забезпечує як катаболізм амінокислот (рис. 6.9, А), так і можливість утворення практично будь-якої амінокислоти з відповідної α-кетокислоти
- Альфа-декарбоксилювання L-амінокислот в організмі людини: вітамінне забезпечення реакції та біологічна роль продуктів - біогенних амінів (гістаміну, серотоніну, дофаміну, гама-аміномасляної кислоти). Знешкодження біогенних амінів за допомогою моноамінооксидази (МАО). Загальне уявлення про ГАМК- шунт.
Окислення біогенних амінів Накопичення біогенних амінів в організмі спричиняє несприятливі патофізіологічні зміни з боку серцево-судинної системи, кишечника, інших гладком’язових органів. Знешкодження (детоксикація) фізіологічно активних амінів відбувається в клітинах печінки за участі моноамінооксидази мітохондрій - ФАД-залежного ферменту, що спричиняє окислювальне дезамінування амінів до альдегідів: Альдегіди - продукти дезамінування біогенних амінів - окислюються до відповідних кислот і підлягають подальшій окислювальній деградації або екскретуються з організму із сечею. Аміак надходить у систему синтезу сечовини. Біологічна роль та попередники деяких біогенних амінів Гістамін утворюється шляхом декарбоксилювання гістидину в огрядних клітках сполучної тканини.
Гістамін утворює комплекс з білками і зберігається в секреторних гранулах тучних клітин. Секретується в кров при пошкодженні тканини (удар, опік, вплив ендо- та екзогенних речовин), розвитку імунних і алергічних реакцій. Гістамін виконує в організмі людини такі функції: стимулює секрецію шлункового соку, слини (тобто грає роль травного гормону); підвищує проникність капілярів, викликає набряки, знижує артеріальний тиск (але збільшує внутрішньочерепний тиск, викликає головний біль); скорочує гладку мускулатуру легких, викликає задуху; Серотоні́н (5-гідрокситриптамін) — нейромедіатор. Його часто описують як «гормон радості та щастя», втім його реальна біологічна функція складніша: він модулює пізнання, нагороду, навчання, пам'ять та численні фізіологічні процеси, такі як блювання та звуження судин. Біогенний амін, попередником якого є гідроксильований триптофан (5 — гідрокситріптофан), що підлягає декарбоксилюванню за участю ПАЛФ — залежної декарбоксилази з утворенням біологічного активного аміну. Дофамі́н або допамі́н (4-(2-аміноетил)бензол-1,2-діол) — нейромедіат ор, біологічно активна хімічна речовина, яка в мозку людини передає емоційну реакцію і дозволяє відчувати задоволення і не відчувати біль, також нейромедіатор, відповідальний за рух, тому виробляється у певних клітинах мозку, що контролюють м'язову активність. Процес синтезу дофаміну відбувається в цитоплазмі нейрона. При гідроксилюванні L-тирозину (який синтезується з фенілаланіну) за допомогою тирозин-гідроксилази утворюється L-ДОФА
Знешкодження біогенних амінів відбувається шляхом окислювального дезамінування за участю ферментів амінооксидаз, які бувають двох типів - моноамінооксидази (МАО) і диамінооксидази (ДАО). Коферментом МАО служить ФАД, а ДАО - піридоксальфосфат (для реакцій необхідні іони Си2+). МАО зв'язаний з мітохондріями клітин, а ДАО знаходиться у цитоплазмі. Невелика кількість цих ферментів є у крові. МАО інактивує первинні, вторинні і третинні аміни, а ДАО - переважно гістамін і деякі інші аміни - похідні диаміномоно-карбонових амінокислот - орнітину (путресцин) та лізину (кадаверин). Продукти дезамінування біогенних амінів - альдегіди - окислюються за допомогою альдегіддегідрогеназ до органічних кислот. Загальне уявлення про ГАМК- шунт. Гамма-аміномасляна кислота (ГАМК) - амінокислота, служить основним гальмівним медіатором вищих відділів мозку. Утворюється декарбоксилюванням глутамату (відщіплення α- карбоксильної групи) у нервових клітинах. Більше всього ГАМК виявлено у сірій речовині головного мозку, в той час як біла речовина та периферична нервова система її майже не містять.
Цикл перетворення ГАМК у мозку включає три сполучені реакції, які отримали назву ГАМК-шунта.
- Першу реакцію каталізує глутаматдекарбоксилаза, яка є піридоксальзалежним ферментом. Ця реакція є регуляторною та обумовлює швидкість утворення ГАМК у клітинах мозку.
- Наступні дві реакції можна вважати реакціями катаболізму ГАМК. ГАМК-амінотрансфераза, також піридоксальзалежна, утворює бурштиновий напівальдегід, який згодом піддається дегідруванню та перетворюється у бурштинову кислоту. Введення ГАМК у організм викликає гальмівний процес у корі (центральне гальмування) та у тварин призводить до втрати умовних рефлексів. Існують багаточисленні дані, які свідчать про виражений пригнічувальний вплив на процеси запам'ятовування та навчання з боку ГАМК. ГАМК у вигляді препаратів гаммалон чи аміналон використовують при судинних захворюваннях головного мозку (атеросклероз, гіпертонія), порушення мозкового кровопостачання, розумової відсталості, ендогенних депресіях та травмах головного мозку, а також збудженням кори мозку (наприклад, епілепсії).
6. Шляхи метаболізму безнітрогенних залишків амінокислот в
