Кінцеві продукти розпаду амінокислот

В результаті різних перетворень амінокислот у тканинах організму утворюються аміак, вуглекислий газ і вода.

Після дезамінування а-амінокислот утворюються безазотисті сполуки. Ми вже знаємо, що в основному це а-кетокислоти, які на певних ділянках включаються в цикл трикарбонових ки­слот, де піддаються дегідруванню і декарбоксилюванню, і зреш­тою перетворюються в Н₂О і СО₂.

Деякі кетокислоти, зазнаючи окиснювального декарбоксилю­вання, утворюють кислоти з різною хімічною структурою, зале­жно від якої в одних випадках вони окиснюються шляхом р-окиснення, в інших - шляхом перетворення вуглеводів. Про­те й у цих випадках врешті-решт утворюються СО₂ і Н₂О. Вугле­кислий газ частково виводиться з організму, частина, що зали­шилася, використовується для синтетичних процесів, наприклад, для синтезу вищих жирних кислот, пуринових основ та ін.

Обмін аміаку. Основним джерелом аміаку в організмі є амі­нокислоти. Аміак - дуже токсична речовина. Навіть незначне збільшення його кількості в крові викликає отруєння організму, особливо нервової системи.

Щодоби в організмі людини дезамінується 100-120 г аміно­кислот, що відповідає приблизно 18-23,6 г аміаку. Проте, незва­жаючи на постійне утворення аміаку в тканинах і надходження в його кров, концентрація його в крові незначна. Навіть у капі­лярах нирок, де кількість аміаку найбільша, його концентрація в нормі не перевищує 1 мг%. У ході еволюції в людини вироби­лися спеціальні механізми для його знешкодження. До них на­лежить утворення глутаміну, аспарагіну, амідів білків, відновне амінування, нейтралізація кислот, синтез сечовини.

Одним із найважливіших механізмів знешкодження аміаку є утворення глутаміну й аспарагіну. Синтез цих амідів має для ор­ганізму велике значення, оскільки відбувається в місцях безпосе­реднього утворення аміаку: у печінці, мозку, нирках, сітківці ока, м'язах. Глутамінова й аспарагінова кислоти. які завжди знаходяться в тканинах у вільному стані, зв'язують аміак шляхом ре­акції амідування. У результаті з глутамінової кислоти утворю­ється глутамін, з аспарагінової – аспарагін. Ці реакції відбува­ються за допомогою ферментів глутамін- і аспарагінсинтетаз:

і

Знешкоджений таким шляхом аміак може бути використа­ний організмом як джерело азоту, наприклад, для синтезу пури­нових і піримідинових основ, глікозамінгліканів і т.д.

У тканинах людини існує ще один ферментативний меха­нізм знешкодження аміаку - зв'язування його шляхом аміду­вання карбоксильних груп білків тканин. Амідування білків зумовлене наявністю в їх складі вільних карбоксильних груп глутамінової й аспарагінової кислот.

Частина аміаку знешкоджується шляхом реакцій відновно­го амінування - процесу, протилежного дезамінуванню, що за­безпечує зв'язування аміаку кетокислотами з утворенням відпо­відних амінокислот. Основна роль у цьому належить а-кетоглу-таровій кислоті.

Невелика кількість аміаку використовується для нейтралі­зації неорганічних і органічних кислот, у результаті чого утво­рюються амонійні солі. Цей процес знешкодження аміаку має місце тільки в нирках. Основний же шлях знешкодження аміа­ку пов'язаний з утворенням сечовини.

Синтез сечовини є основним шляхом детоксикації аміаку в ссавців і головною формою виділення білкового азоту з організму. Сечовина, що являє собою нейтральну сполуку, розчинну у воді, виводиться з організму із сечею. На частку азоту сечовини при­падає від 80 до 85% загальної кількості азотистих речовин сечі.

Вперше схему синтезу сечовини запропонував М.В. Ненцький. Він довів, що синтез цієї сполуки відбувається за рахунок двох молекул аміаку й однієї молекули вуглекислого газу.

За допомогою спеціальних дослідів І.В. Залеський і С.С. Салазкін установили, що основним органом, де відбуваються зне­шкодження аміаку і синтез сечовини, є печінка.

Утворення сечовини відбувається за участю ряду ферментів І речовин за певним циклом, існування якого було доведено В.А. Кребсом і К. Хенселайтом, внаслідок чого цей цикл одер­жав назву циклу сечовини, або циклу Кребса-Хенселайта. У циклі сечовини виділяють два основні етапи: перший супрово­джується синтезом аргініну, другий - гідролізом аргініну з утво­ренням сечовини й орнітину.

На цей час установлено, що джерелом однієї з аміногруп молекули сечовини є аміак, який утворюється в процесі окиснювального дезамінування глутамінової кислоти в мітохондріях:

Цей аміак разом Із СО_г утворює сполуку карбамоїлфосфат. Реакція відбувається під дією ферменту карбамоїлфосфатсин-тетази з використанням енергії двох молекул АТФ:

Карбамоїлфосфат далі реагує з орнітином, у результаті чого утворюється цитрулін і фосфатна кислота. Реакція каталізуєть­ся ферментом орнітинтранскарбамілазою:

На наступній стадії в цикл сечовини залучається друга амі­ногрупа, що є аміногрупою аспарагінової кислоти, утвореної з глутамінової під дією ферменту аспартат-глутамат - аміно­трансферази:

Таким чином, джерелом аміаку для синтезу сечовини вреш­ті-решт є глутамінова кислота, в якій зібраний весь фонд аміно­груп у результаті реакцій переамінування між а-амінокислота-ми, які утворились при гідролітичному розщепленні білків у травному каналі, і а-кетоглутаровою кислотою. Цим ще раз під­креслюється важлива біологічна роль глутамінової кислоти в азотистому обміні.

Наступні реакції супроводжуються перетворенням цитрулі­ну в аргінін. Спочатку цитрулін взаємодіє з аспарагіновою кис­лотою за участю аргініносукцинат-синтетази з утворенням ар-гініноянтарної кислоти. У цій реакції використовується енер­гія однієї молекули АТФ:

Потім аргініноянтарна кислота підлягає ферментативному розщепленню з утворенням аргініну і фумарової кислоти:

Реакція каталізується аргініносукцинат-діазою. На цьому закінчується перший етап синтезу сечовини.

Фумарова кислота повертається в цикл трикарбонових кис­лот, де перетворюється в щавлево-оцтову. Остання, вступаючи в реакцію з глутаміновою кислотою, знову утворює аспарагінову, яка на відомій нам уже стадії циклу сечовини передає свою аміногрупу цитруліну.

На другому етапі утворений аргінін під дією аргінази гідро­літично розщеплюється на орнітин і сечовину:

Орнітин може знову вступати в реакцію з карбамоїлфосфатом, і весь цикл почнеться спочатку.

Таким чином, в організмі людини і вищих тварин існують досить сильні механізми знешкодження аміаку і використання його для біосинтезу. Аміак є не тільки кінцевим продуктом білкового обміну, але й будівельним матеріалом для утворення багатьох сполук.

ЯКІСТЬ БІЛКОВОГО ХАРЧУВАННЯ

Білки, як уже відомо, є основним пластичним матеріалом нашого організму, який іншими речовинами замі­нити неможливо.

Білки відрізняються один від одного вмістом окремих амі­нокислот. Тому залежно від амінокислотного складу для по­криття потреб організму в білку необхідна різна кількість окремих білків. Різні білки мають неоднакову біологічну цін­ність. Чим ближчий амінокислотний склад того або іншого білка до складу білків даного організму, тим вища його біоло­гічна цінність.

Найбільш цінними є білки, які в достатній кількості містять всі необхідні організмові незамінні амінокислоти (тобто такі, що в організмі зовсім не синтезуються або синтезуються в дуже малій кількості).

Таким чином, біологічна цінність білка визначається якісним

І кількісним складом амінокислот, що входять до його молекули.

Для людини цінними є білки молока, м'яса і курячого яйця, із рослинних білків - білок картоплі, що за своєю біологічною цінністю перевищує не тільки білок хліба, але й за деякими амі­нокислотами навіть білок коров'ячого молока.

У змішаній дієті, що складається з 110-120 г білків, 40-60 г жирів і 600-700 г вуглеводів, має міститись не менше 50% білків тваринного походження. Така дієта забезпечує потребу організ­му в усіх незамінних амінокислотах.

БІОСИНТЕЗ БІЛКА

Одним з основних шляхів перетворення аміноки­слот, що утворилися в процесі розщеплення харчових білків у порожнині кишечника, є використання їх для біосинтезу специ­фічно видових білків. Цей процес з різною швидкістю відбува­ється у всіх органах і тканинах.

Щодоби в організмі людини утворюється близько 1,3 г білка на 1 кг маси тіла. Якщо врахувати, що середня маса людини складає 70 кг, то за добу в її організмі синтезується приблизно 90 г білків. Загальна ж кількість білків в організмі становить 12-14 кг. Таким чином, усі вони оновлюються за 135-155 діб.

Синтез деяких білків відбувається в організмі з дуже вели­кою швидкістю. Наприклад, за 1 с в крові людини руйнується і знову синтезується близько 3 млн. еритроцитів, кожний з яких містить приблизно 300 молекул гемоглобіну. Загалом же синтез молекули білка в живій клітині закінчується за 2-3 с

Будова рибосоми. Біосинтез білка - складний багатоступінчатий процес, який здійснюється на рибосомах - клітинних мік­роструктурах, розміщених у цитоплазмі. За своєю хімічною при­родою рибосоми є нуклеопротеїдами, що складаються з РНК (50-60%) і білків (35-50%). Рибосоми всіх клітин мають однакову структуру і відрізняються лише розмірами й вмістом РНК. Ко­жна рибосома складається з двох субодиниць (частин) різного розміру, на які вона може дисоціювати, а потім знову асоціюва­ти. Дисоціація й асоціація рибосом на дві субодиниці, як буде показано далі, є характерною рисою цих мікроструктур і безпо­середньо пов'язана з механізмом біосинтезу білка.

У рибосомі є дві ділянки - аміноацильна і пептидильна, або Л-ділянка. Аміноацильна ділянка служить для приєднання амінокислот, що надходять із цитоплазми необхідні для біосинтезу білка й утворення пептидного зв'язку між ними, пептидильна - для утримання синтезованого полінептидного ла­нцюга (рис. 20).

Найбільш вивченими є рибосоми бактеріальних клітин. Вся рибосома бактеріальної клітини позначається як 70 S утворен­ня, яке дисоціює на дві субодиниці - 50 S і 30 S (рис.21) (S -константи седиментації окремих субодиниць і рибосоми в ціло­му). Субодиниці 50 S і 30S мають різний набір білків. Відомо,

що деякі з них виконують каталі­тичні функції.

У клітині рибосоми знаходять­ся звичайно у вигляді скупчень від 3 до 100 одиниць, утворюючи полірибосому, або полісому. У по-лісомі окремі рибосоми сполучені між собою своєрідною ниткою, яку видно під електронним мікроско­пом. Цією ниткою є інформаційна РНК. Кожна рибосома здатна самостійно синтезувати один поліпептидний ланцюг, гру­па рибосом, тобто полісома, - декі­лька таких ланцюгів.

Матричний шлях біосинтезу білка. Як відомо, відмінність од­ного індивідуального білка від ін­шого визначається, насамперед, природою і послідовністю чергу­вання амінокислот, що входять до його складу, тобто первинною структурою. Передача цього по­відомлення є однією з основних рис біосинтезу білка.

Центром керування білкового синтезу є ядро клітини, в яко­му знаходиться носій всієї інформації - молекула ДНК. Інфор­мація закодована в ДНК певною послідовністю азотистих основ, які входять до її молекули. Передача спадкових ознак, інформа­ції про первинну структуру білка здійснюється через інформа­ційну РНК (ІРНК), яка синтезується на певній ділянці (гені) од­ного з ланцюгів ДНК. В основі передачі інформації лежить прин­цип комплементарності.

Нагадаємо, що синтез ІРНК полягає в тому, що молекула ДНК, яка має форму подвійної спіралі, в окремі моменти розкручуєть­ся на певних ділянках (ця ділянка називається геном). На кож­ній розкрученій ділянці двох ниток ДНК будується молекула ІРНК за принципом комплементарності. Відбувається свого роду»списування» порядку чергування азотистих основ розкрученої ділянки однієї з ниток ДНК на молекулу РНК. Цей процес "спи­сування" інформації називається транскрипцією.

У результаті транскрипції порядок чергування азотистих основ у молекулі ІРНК комплементарно повторює послідовність азотистих основ розкрученої ділянки молекули ДНК. Таким чином, молекула ІРНК одержує інформацію про первинну структуру білка.

Потрапляючи в цитоплазму, молекула ІРНК "обростає" рибо­сомами і служить матрицею, на якій будується білок відповідно до вміщеної в ній інформації про порядок амінокислот. Процес передачі інформації від ІРНК, який полягає в суворо визначеній послідовності чергування нуклеотидів у її молекулі, на мову амінокислот молекул білка має назву трансляції.

У зв'язку з тим, що для синтезу білка з певною первинною структурою використовується інформація молекули ІРНК, яка служить матрицею, такий шлях білкового синтезу називають ма­тричним. Сама ДНК безпосередньої участі в біосинтезі білка не бере, вона лише постачає ІРНК усією необхідною інформацією.

Коротко матричний шлях біосинтезу білка можна зобразити так:

Процеси, пов'язані з реплікацією ДНК, транскрипцією і трансляцією, починаються з моменту зародження організму і з різною інтенсивністю відбуваються протягом усього життя.