Особенности переваривания белков. Пути преобразований аминокислот: дезаминирование,

трансаминирование и декарбоксилирование. Инактивация биогенных аминов

Биологическая химия. Лекция 13Зав.кафедрой, к.мед.н., доц. Шатова Ольга Петровна

Донецк, 2015

Белки

Мономер белка – аминокислота (20 протеиногенных)

Условно заменимыеФенилаланин → Тирозин

Метионин → Цистеин

Частично заменимыев детском возрасте потребность выше

это органические, высокомолекулярные, азотсодержащие вещества (16 % N)

ВЗРОСЛЫЙ ЗДОРОВЫЙ ЧЕЛОВЕК

АЗОТИСТОЕ РАВНОВЕСИЕ

КОЛИЧЕСТВО ВЫВОДИМЫХИЗ ОРГАНИЗМА

АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ = КОЛИЧЕСТВО АЗОТИСТЫХВЕЩЕСТВ

ПОСТУПИВШИХ С ПИЩЕЙ

АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС = 0

Положительный азотистый баланс

• преобладание процессов анаболизма над катаболизмом • в случае, когда поступление азота преобладает над его

выведением• происходит: при росте, интенсивной регенерации тканей,

после голодания, при беременности, полицитемии, доброкачественных опухолях, гиперпродукции: гормона роста, инсулина, андрогенов

у детей, преобладает анаболизм

Отрицательный азотистый баланс- это

• преобладание процессов распада белков (катаболизма)• когда азотистых соединений выводится больше, чем поступает• происходит: при голодании, ИЗСахарномДиабете,

гиперкортицизме, стрессе под влиянием ГК, адреналина, глюкагона, тиреоидных гормонов, системных воспалительных процессах, инфекциях, злокачественных новообразованиях

при старении, преобладает катаболизм

Питательная ценность белков – определяется аминокислотным составом (незаменимые аминокислоты) и способностью

усваиваться организмом

Максимальную ценность имеют следующие белки:

Название продукта Содержание белка, %Мясо 18-22Рыба 17-20Сыр 20-36Молоко 3,5Рис 8,0Горох 26Соя 35Картофель 1,5-2,0Капуста 1,1-1,6Морковь 0,8-1,0Яблоки 0,3-0,4

Если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых пропорциях и легко подвергается действию протеаз, то биологическая ценность такого белка условно принимается за 100, и он считается полноценным.

К таким относят белки яиц и молока. Белки мяса говядины имеют биологическую ценность 98.

Белковое голодание – квашиоркор«золотой (или красный) мальчик»

Заболевание развивается у детей, которые лишены молока и других животных белков, а питаются исключительно растительной пищей, включающей бананы, просо, кукурузу

• задержка роста• анемия (↓Hb)• гипопротеинемия, часто сопровождается отёками

(↓альбуминов)• жировое перерождением печени (↓ЛПОНП)• у лиц негроидной расы волосы приобретают красно-

коричневый оттенок• атрофия клеток поджелудочной железы (↓ продукции

пищеварительных ферментов)• без лечения смертность детей составляет 50-90%

Переваривание белков начинается в желудке

•Пепсин (пепсиноген, оптимум рН 1,5-2)

•Реннин (химозин, действует на белок молока – казеин)

•Гастриксин (пепсин С, его оптимум рН 3,2-3,5. Наибольшее значение этот фермент имеет при питании молочно-растительной пищей, слабо стимулирующей выделение соляной кислоты и одновременно нейтрализующей ее в просвете желудка. Гастриксин является эндопептидазойи гидролизует связи, образованные карбоксильными группами дикарбоновых аминокислот)

•Желатиназа (пепсин В)

Ферменты

пепсин, реннин и гастриксин (пепсин С) сходны по первичной структуре, что указывает на их происхождение от общего гена-предшественника

Переваривание белков в желудке

Что еще переваривается в желудке?У детей липиды (присутствует липаза)

Особенности переваривания белков у детей наличие фермента реннинаказеин → параказеин →

Все ферменты, которые участвуют в переваривании белковгидролизуют пептидные связи – пептидазы (протеазы или

протеолитические ферменты)

белки успевают расщепиться под действием пепсина

гликопептид

нерастворимый сгусток (предотвращает быстрый выход молока из желудка)

Переваривание белков

Пептидазы

Эндопептидазы(разрывает внутренние

связи)

Экзопептидазы(разрывает внешние связи, дает

свободные аминокислоты)

• Пепсин• Трипсин• Химотрипсин• Эластаза

• Карбоксипептидаза• Аминопептидаза• Трипептидаза• Дипептидаза

С-конецN-конец

Переваривание белков в желудке

Пепсиноген Пепсинмедленно-HCl - Париетальные

быстро-аутокатализОбкладочные (париетальные) клетки

четвертичнаятретичная структура

белка

денатурация белка

первичная структура

белка

пептиды

Главные клетки

Гастрин-гормон (G-клетки пилорического отдела)

+

Переваривание белков в желудке

Механизм активации пептидаз – частичный протеолиз

Гастрин

При синдроме Золлингера — Эллисона секреция гастрина резкоповышается вследствие опухоли клеток, продуцирующих гастрин

 (гастриномы)

↑Пепсина ↑ HCl ↑ ПГ-Е ↑ Бикарбонатов и слизи

гипертрофия слизистой желудкаусиление её складчатости

функциональная гиперплазию желёз желудка, главных и париетальных клеток

гиперсекреция соляной кислоты и пепсина

Язвы

Образование HCl

Одним из компонентов желудочного сока является соляная кислота (HCl).

В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клетки желудка, образующие ионы Н+.

Источником ионов Н+ является угольная кислота, образуемая ферментом карбоангидразой.

При ее диссоциациии, кроме ионов водорода, образуются карбонат-ионы НСО3

–. Они по градиенту концентрации движутся в кровь в обмен на ионы Сl–. В полость желудка ионы Н+ попадают энергозависимым антипортом с ионами К+ (Н+,К+-АТФаза), хлорид-ионы перекачиваются в просвет желудка также с затратой энергии.

Функции соляной кислоты•денатурация белков пищи,•бактерицидное действие,•активация пепсиногена•создание оптимума рН для работы пепсина•в 12-перст.кишке стимуляция секреции панкреатического сока

Виды кислотности

• Общая кислотность желудочного сока - совокупность всех кислотореагирующих веществ желудочного сока, представляет собой секрет желудка, собираемый в течение 1 ч

• Связанная соляная кислота - НСl, связанная с белками и продуктами их переваривания. Значения связанной НСl у здоровых людей - 20-30 ТЕ

• Свободная НСl - соляная кислота, не связанная с компонентами желудочного сока. Значения свободной НСl в норме - 20-40 ТЕ

• рН желудочного сока в норме - 1,5-2,0

Повышенная кислотность (гиперацидность) Пониженная кислотность (гипоацидность)Полное отсутствие НСl и пепсина - ахилия (атрофический гастрит) часто

сопровождается пернициозной анемией вследствие недостаточности выработки фактора Касла и нарушения всасывания-витамина В12 

Анацидность (рН желудочного сока >6,0) свидетельствует о значительной потере слизистой оболочкой желудка обкладочных клеток, секретирующих соляную кислоту, что часто вызывает рак желудка.

Переваривание белков в кишечнике

Кислое содержимое стимулирует секрецию секретина в кровь

НСО3-, что приводит к

нейтрализации НСl желудочного сока и ингибированию пепсина

секрецию холецистокинина

Пептиды стимулируют

кровь стимул для секреции панкреатических

пептидаз

Переваривание белков в кишечнике

Трипсиноген Трипсин

Энтеропептидаза (ДПК)

Экзокринная часть поджелудочной железы

Пептидазы кишечника:

аминопептидазатрипептидазадипептидаза

химотрипсиноген химотрипсин

проэластаза эластаза

прокарбоксипептидаза карбоксипептидаза

Пептидазы поджелудочной железы:

аминокислоты

Всасывание аминокислот в кишечнике

Конечные продукты переваривание белковАМИНОКИСЛОТЫ

Почему?Лишена видовой специфичности

Механизм всасывания аминокислот в кишечникеL-аминокислота поступает в энтероцит путём симпорта с ионом Na+.

Далее специфическая транслоказа переносит аминокислоту через мембрану в кровь.

Обмен ионов натрия между клетками осуществляется путём первично-активного транспорта с помощью Nа+- К+-АТФ-азы

Нарушения переваривания белков – гниение в толстой кишке

Под действием гнилостной флоры кишечника

С образованием токсических веществ: крезола, фенола, скатола, индола, сероводорода, аммиака

Разрушение аминокислот при гниении может идти 2 путями: 1) окисление боковой цепи аминокислот2) декарбоксилирование аминокислот

1. Окисление боковой цепи

Дезаминирование аминокислот

аминокислота

Существует несколько способов дезаминирования аминокислот:•окислительное•непрямое (трансдезаминирование)•неокислительное•внутримолекулярное

Дезаминирование аминокислот

Окислительное дезаминирование глутамата - обратимая реакция и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, как восстановительное аминирование α-кетоглутарата

Глутаматдегидрогеназа (олигомер, 6 субъединиц) очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц

Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена

Аллостерические ингибиторы глутаматдегидрогеназы (АТФ, ГТФ, NADH) вызывают диссоциацию фермента и потерю активности

Высокие концентрации АДФ активируют фермент, индуцируется стероидными гормонами (кортизолом)

Окислительное дезаминирование аминокислот

Оксидазы

• Оксидаза L-аминокислот• В печени и почках обнаружен фермент оксидаза L-аминокислот, способный

дезаминировать некоторые L-аминокислоты Коферментом в данной реакции выступает ФМН. Однако вклад оксидазы L-аминокислот в

дезаминирование, очевидно, незначителен, так как оптимум её действия лежит в щелочной среде (рН 10,0). В клетках, где рН среды близок к нейтральному, активность фермента очень низка.

• Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это ФАД-зависимый фермент. Оптимум рН этой оксидазы лежит в нейтральной среде, поэтому фермент более активен, чем оксидаза L-аминокислот. Роль оксидазы D-аминокислот невелика, так как количество D-изомеров в организме крайне мало, потому что в белки пищи и белки тканей человека и животных входят только природные L-аминокислоты. Вероятно, оксидаза D-аминокислот способствует их превращению в соответствующие L-изомеры .

Неокислительное дезаминирование• В печени человека присутствуют специфические ферментыНеокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза (ПФ)Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент

треониндегидратаза (ПФ)Неокислительное дезаминирование гистидина под действием фермента гистидазы

(гистидин-аммиаклиазы) является внутримолекулярным, так как образование молекулы аммиака происходит из атомов самой аминокислоты без участия молекулы воды. Эта реакция происходит только в печени и коже

Трансаминирование аминокислотНепрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии

2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и

глутаматдегидрогеназы (кофермент НАД+)

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое

дезаминирование - основной способ дезаминирования большинства

аминокислот.

• Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) - производное витамина В6 (пиридоксина)

• Аминотрансферазы обнаружены как в цитоплазме, так и в митохондриях клеток эукариот. Причём митохондриальные и цитоплазматические формы ферментов различаются по физико-химическим свойствам. В клетках человека найдено более 10 аминотрансфераз, отличающихся по субстратной специфичности. Вступать в реакции трансаминирования могут почти все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина.

Трансаминирование аминокислот

Присоединение пиридоксальфосфата к активному центру аминотрансферазы

Аланинаминотрансфераза – печень!

Аспартатаминотрансфераза – миокард!

• Реакции катализируют ферменты декарбоксилазы аминокислот, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) - производное витамина В6 (пиридоксина)

• Продуктами реакции является СО2 и биогенный амин

Декарбоксилирование аминокислот

Декарбоксилирование аминокислот

ак

биоген.амин

•Серотонин - нейромедиатор проводящих путей•Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции•биологически активное вещество широкого спектра действия: стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием

Декарбоксилирование аминокислот

ак биоген.амин

•стимулирует секрецию желудочного сока, слюны•повышает проницаемость капилляров, вызывает отёки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль)•сокращает гладкую мускулатуру лёгких, вызывает удушье•участвует в формировании воспалительной реакции - вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отёчность ткани•вызывает аллергическую реакцию•выполняет роль нейромедиатора•является медиатором боли

Декарбоксилирование аминокислот

Аминокислоты Серии Триптофан Тирозин Глутамат Гистидин

Биогенные амины

Ацетилхолин Серотонин ДофаминНорадренали

Адреналин

ГАМК Гистамин

Физиологи-ческая роль

Возбуждаю-щий медиатор вегетативной нервной системы

Возбуждающий медиатор средних отделов мозга

Медиатор среднего отдела мозга

Тормозной медиатор высших отделов мозга

Медиатор воспаления, аллергических реакции

• инактивация дофамина, норадреналина, серотонина, ГАМК - окислительное дезаминирование биогенных аминов с образованием альдегидов, а затем соответствующих кислот, которые выводятся почкам

• фермент – моноаминооксидаза (МАО), кофермент (FAD = ФАД, активная форма витамина В2 - рибофлавина)

Инактивация биогенных аминов

биоген.амин аммиак и альдегид

• метилированием с участием SAM (активная форма аминокислоты метионин. Которая является донором метильной группы) под действием метилтрансфераз (инактивация гистамина и адреналина)

Инактивация биогенных аминов

Благодарю за внимание!