Нарушение биосинтеза и распада белков в органах и тканях

Белки органов и тканей нуждаются в постоянном обновлении. Нарушение динамического равновесия катаболизма и анаболизма могут приводить к развитию патологических процессов. Синтез белка происходит в цитоплазме клеток на рибосомах (рис.).

Начальным этапом синтеза белков является активация аминокислот под воздействием фермента и АТФ с образованием аминоациладенилатов. Активированная аминокислота вступает во взаимодействие с транспортной РНК. Данный комплекс подтягивается к рибосоме. Рибосомы, в свою очередь, вступают в контакт с информационной РНК и, подвигаясь вдоль линейной структуры и РНК, включают аминокислоты в определенной последовательности. После завершения синтеза полипептидная цепь снимается с рибосомы в окружающую среду, окончательно принимая пространственную конфигурацию, типичную для данного специфического белка. В регуляции синтеза белка принимает участие ген-оператор и регулирующий ген. Регулирующий ген ведает синтезом репрессора, который является ферментом и тормозит деятельность структурных генов.

Репрессор взаимодействует с геном-оператором, который составляет единое целое со структурными генами. Репрессор может быть в активном и неактивном состоянии. Активный репрессор подавляет ген-оператор и синтез белка на структурных генах прекращается. Активатором репрессора может быть определенная концентрация белка в клетке. При недостатке белка репрессор заторможен и синтез белка в структурных генах увеличивается. Анаболические гормоны, канцерогенные вещества тормозят репрессор.

Гормоны, регулирующие белковый обмен, делятся на анаболические и катаболические. К анаболическим гормонам относятся соматотропный и гонадотропные гормоны передней доли гипофиза, гормоны половых желез, инсулин. Гормоны щитовидной железы в физиологических дозах в растущем организме стимулируют синтез белка, морфологическую и функциональную дифференцировку тканей. Нормальные дозы в условиях взрослого организма при достаточном и усиленном белковом питании проявляют катаболический эффект, который не приводит к нарушению азотистого равновесия и способствует выведению избытка белка. Гиперпродукция тиреоидных гормонов и глюкокортикоидов оказывает катаболическое действие.

Причинами нарушения синтеза белка в клетке являются:

· недостаточное содержание белков и незаменимых аминокислот в пище (например, при недостатке триптофана - развивается гипопротеинемия, аргинина - снижается сперматогенез, метионина - развивается жировая инфильтрация печени, валина - возникают мышечная слабость, задержка роста, похудение и развитие кератозов);

· недостаток анаболических гормонов;

· дефицит кислорода и недостаток выработки АТФ;

· мутации структурных и регулирующих синтез белка генов (при включении вместо глутаминовой кислоты валина в молекулу гемоглобина развивается серповидноклеточная анемия); повреждение гена-репрессора (например, при блокировании его канцерогенными веществами возникает беспрерывный синтез белка);

· нарушения отдельных этапов биосинтеза белков: транскрипции и трансляции (антибиотики, стрептомицин);

· нарушение нейроэндокринной регуляции (перерезка нервов, недостаток анаболических гормонов: CТГ, половые, инсулин, избыток тироксина, глюкокортикоидов).

· патология ферментов cинтеза белка (наследственные заболевания, авитаминоз, действие повреждающих факторов, ацидоз).

· болезни печени.

Кроме приобретенных существуют наследственные дефекты биосинтеза белка (нарушения образования факторов свертывания крови, гемоглобина, структурных белков в организме).

 

Усилению распада белка в организме способствуют:

· избыточное поступление катаболических гормонов, активирующих внутриклеточные протеиназы, локализованные в лизосомах;

· повышение проницаемости лизосом под воздействием бактериальных токсинов, продуктов распада тканей, апидоза, гипоксии и других факторов, что способствует выведению катепсинов и усилению катаболических процессов;

· углеводный голод;

· сахарный диабет (недостаток инсулина);

· повышение уровня катаболических гормонов: тиреотоксикоз, болезнь Иценко-Кушинга;

· повышение активности симпатической нервной системы;

· лихорадка;

· операционная или другая травма (за 4 дня после операции потеря белка составляет 28 г, что равноценно распаду 1кг мышечной ткани)

Избыточной потере белка способствуют:

· кровотечение (1л крови соответствует потере 30-40 г плазменных белков и 70г гемоглобина). Восстановление белков происходит: фибриногена – за 1сутки, глобулинов – за 1-2 суток, альбуминов – за 3-8 суток;

· ожоги (через кожу);

· болезни почек (протеинурия);

· непроходимость кишечника, перитониты;

· дренажи, нагноения, язвы, пролежни.

 

Обмен аминокислот и его нарушение

Аминокислоты в организме используются для образования белков и других соединений (рис.).

 

Табл. Содержание аминокислот в плазме крови человека

 

аминокислота	содержание мг/дл	аминокислота	содержание мг/дл
Аланин	2,5-7,5	Лизин	1,4-5,8
Аргинин	1,2-3,0	Метионин	0,2-1,0
Аспарагин	0,5-4,4	фенилалалин	0,7-4,0
Аспарагиновая кислота	0,01-0,3	Пролин	1,5-5,7
Глутаминовая кислота	0,4-4,4	Серин	0,3-2,0
Глутамин	4,5-10	Треонин	0,9-3,6
Глицин	0,8-5,4	Триптофан	0,4-3,0
Гистидин	0,8-3,8	Тирозин	0,8-2,5
Изолецин	0,7-4,2	Валин	1,9-4,2
Лейцин	1,0-5,2	Цистин	0,8-5,0

 

Табл. Функции аминокислот и их применение в клинике

 

Аминокислота	Функции	Применение в клинике
Аргинин	Источник оксида азота, стимулятор выработки инсулина, соматотропного гормона, антиагрегант	Улучшение обезвреживающей ф-ции печени, повышение иммунитета, улучшение реологических свойств крови, стимуляция роста, ишемические процессы
Аспаргиновая кислота	Нейромодулятор возбудимого типа. связывание NH3 синтез пиримидинов и нуклеопротеидов	повышение возбудимости нервной системы, повышение устойчивости к кислородному голоданию, интоксикации наркотиками.
Валин	нормализующее влияние на обмен веществ.   при недостатке остановка роста	поражение печени, печеночная энцефалопатия.
Глутаминовая кислота	нейромедиатор возбудимого типа, связывание NH3, источник ГАМК	при заболеваниях ЦНС (психозы, реактивные состояния, эпилепсия)
Глутамин	перенос NH3 в печень, глюконеогенез, синтез пуринов и науклеопротеидов	нарушение обмена глутаминовой Ат, пролина и др.)
Гамма- аминомасляная кислота (ГАМК)	медиатор торможения в ЦНС, повышение устойчивости к гипоксии	при повышенной возбудимости ЦНС (эпилепсия, ишемический инсульт, гипертоническая болезнь)
Гистидин	источник гистамина	гепатиты, атеросклероз, язвенная болезнь
Глицин	нейромодулятор тормозного типа в основном в спинном мозге, синтез порфиринового кольца гемопротеинов (Нb и др. цитохромов)	противоболевой эффект, седативное действие, улучшение обмена веществ в головном мозге
Изолейцин	участие в глюконеогенезе, в составе окситоцина	регуляция обмена аминокислот
Лейцин	иммуномодулятор	онкологические заболевания
Лизин	незаменимая аминокислота, с-з Нв, в кроветворении, входит в состав фибриногена, участвует в отложении кальция в костях, активация ИС	онкологические заболевания
Метионин	образование холина (АцХ), таурина, липокаина, катехоламинов, источник SH групп белков и др., антиоксиданта глутатиона, таурина (компонента желчных кислот), цистеина (фосфолипиды, лецитин)	при поражениях печени, алкоголизме, сахарном диабете и др.
Пролин	В состав коллагена	при нарушении синтеза коллагена
Серин	нейромодулятор тормозного типа, источник цистеина, таурина, глутатиона, фисфолипидов	улучшение обменных процессов в головном мозге
Таурин)	(продукт серусодержащих аминокислот нейромодулятор антиоксидант, радиопротектор, стабилизатор клеточных мембран	поражение печени, заболевния с активацией окислительных процессов (лучевая болезнь, реперфузионный синдром и др.)
Тирозин	источник тироксина, трийодтиронина, меланина, катехоламинов	недостаточность щитовидной железы, нарушение функции нервной системы
Треонин	в составе инсулина, гликопротеидов и других биологически активных веществ	по действию близок к изолейцину
Триптофан	образование серотонина, никотиновой кислоты, гемоглобина, сывороточных белков	снотворное, антинаркотическое противоопухолевое средство
Цистеин	антиоксидант	профилактика лучевых поражений, лечение катаракты
Фенилаланин	источник тирозина, в состав вазопрессина	Как источник тирозина

 

При избыточном поступлении либо дефиците углеводов они подвергаются окислительному расщеплению.