Биомедицинское значение белков и аминокислот

Биомедицинское значение белков и аминокислот

Пищевая ценность белков.

Молекулярный механизм переваривания и всасывания.

Пути формирования пула свободных аминокислот

ЛИТЕРАТУРА

1.

2.

3.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1.Мультимедийная презентация

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№п/п	Перечень учебных вопросов	Количество выделяемого времени, мин.
1.	Биомедицинское значение белков и аминокислот	10 мин
2.	Пищевая ценность белков	10 мин
3.	Молекулярный механизм переваривания и всасывания.	35 мин
4.	Пути формирования пула свободных аминокислот	35 мин

Всего: 90 минут

 

ОБМЕН ПРОСТЫХ БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ.

Азот минеральных соединений и атмосферный азот в организме человека не усваивается и основным поставщиком азота являются аминокислоты. Однако половина из 20 необходимых для синтеза белков и других соединений (пурины, пиримидины, гем, креатин, никотинамид, тироксин, адреналин, меланин, сфингозин и др.) аминокислот у человека не синтезируются (незаменимые аминокислоты) и дефицит этих аминокислот, возникающий из-за недостаточного поступления их с продуктами питания грозит серьезными последствиями. Некоторые злаки относите­льно бедны триптофаном и лизином, и в тех райо­нах, где основным источником пищевого белка слу­жат именно эти растения, а другие источники белка (молоко, рыба или мясо) в пище отсутствуют, у насе­ления часто наблюдаются случаи тяжелой недоста­точности аминокислот.

Жизнь организмов нашей биосферы зависит от снабжения азотом из атмосферы (если не принимать в расчет искусственные удобрения). Азот составляет по объему 78% атмосферы, так что содержание eго на Земле оценивается в 4 миллиарда тонн.. Каждый год около 30 -60 млн.тонн атмосферного азота связывается различными бактериями.

Растения и животные лишены этой способности. Следует различать понятия фиксация и ассимиляция азота.

В ассимиляции азота принимают участие нитрит и нитрат редуктазные полиферментные комплексы. У высших растений нитрит редуктаза находится в хлоропластах, а нитрат редуктаза в цитозоле.

Животные получают азот главным образом из белков пищи, которые перевариваются до аминокислот при помощи протеаз, секретируемых желудком, поджелудочной железой и эпителием тонкого кишечника. Некоторая часть аминокислот может повторно использоваться при распаде клеточных белков при участии специальных лизосомных ферментов или протеаз цитозоля

Белки в организме, независимо от их функций, находятся в динамическом состоянии.

Это значит, что они постоянно синтезируются и распадаются. Эти процессы названы белковым обменом. Существует необходимость замены белков, которые теряют свою биологическую активность путем окисления, денатурации и другими необратимыми модификациями.

Скорость обмена разных белковых молекул различна. Некоторые белки, подобно иммуноглобулинам, имеют длинную жизнь, измеряемую годами, в то время как другие имеют короткую жизнь (в минутах). Эти процессы протекают в каждой клетке, но клетки некоторых тканей более активны, чем другие. Например, белки печени и кишечника обмениваются быстрее, чем белки скелетной мышцы. Синтез и распад белка необязательно протекает в одной и той же клетке. Некоторые клетки секретируют белки, которые затем работают и распадаются в другом месте (альбумин, антитела, ферменты, катализирующие процессы пищеварения, гормоны). Приблизительное содержание и обмен некоторых белков приводится ниже.

. Содержание белков в организме человека массой 70 кг (в кг) и время полураспада отдельных белков (в сут).

 

Белок или ткань	Содержание белка (кг)	Время полураспада (сут)
Коллаген (мышцы, кожа, кость)	3.3	-
Миозин, актин (мышцы)	3.0
Альбумины, глобулины (мышцы)	1.7
Гемоглобин	0.9
Белки плазмы	0.4
Печень, почки, легкие	0.5

Аминокислоты образуются при распаде белков.

В клетках млекопитающих возможности образования новых аминокислот из небольших молекул предшественников ограничены, поэтому основным источником аминокислот являются белки, которые разрушаются до аминокислот при помощи протеаз

Международный Союз по Биохимии и Молекулярной Биологии (1984) рекомендовал использовать термин пептидаза для подкласса гидролитических ферментов, действующих на пептидную связь (подкласс E.C 3.4.). Широко используемый термин «протеаза» является синонимом термину пептидаза. Пептидазы разделяются на две группы ферментов: эндопептидазы и экзопептидазы. Эндопептидазы расщепляют пептидные связи внутри целой молекулы белка, а экзопептидазы удаляют аминокислоты последовательно от N или C-концов белковой молекулы. Используется также термин «протеиназа», как синоним, для эндопептидаз.

Протеолитические ферменты вовлекаются в большое число разнообразных физиологических процессов. Протеолиз может протекать вне клеток и внутриклеточно. Действие протеолитических ферментов может быть разделено на две различные категории:

1) Ограниченный протеолиз, в котором протеаза специфически расщепляет одну или несколько пептидных связей в белке-мишени, что обычно приводит к изменению функционального состояния последнего: ферменты, например, при этом становятся активными, а прогормоны превращаются в гормоны.

2) Неограниченный или тотальный протеолиз, при котором белки распадаются до своих аминокислот. Такому протеолизу, например, подвергаются белки в желудочно-кишечном тракте, в цитозоле при участии протеосом с затратой АТФ (после предварительного взаимодействия гидролизуемого белка со специальным белком убиквитином) или в лизосомах.

Выделяют 4 класса протеаз. Протеазы классифицируются по типу их механизма катализа. Международный Союз по Биохимии и Молекулярной Биологии выделяет четыре класса протеаз:

Сериновые протеиназы	Аспарагиновые протеиназы
Цистеиновые протеиназы	Металлопротеиназы

В дополнение к этим четырем классам имеется секция в Номенклатуре Ферментов, которая выделена для протеаз неопознанного каталитического механизма. Это указывает на возможность существования новых типов протеаз.

Сериновые протеиназы представлены двумя разными семействами.

А. Семейство химотрипсина, которое включает ферменты животных -- типа химотрипсина, трипсина, эластазы или калликреина.

Б. Семейство субтилизина, которое включает бактериальные ферменты-- типа субтилизина.

Хотя третичная структура ферментов этих двух семейств различна, они имеют одинаковую геометрию активного центра и поэтому катализируют реакции по одному и тому же механизму. Сериновые протеиназы проявляют разную субстратную специфичность, которая связана с заменами аминокислот в различных субъединицах фермента, взаимодействующих с аминокислотными остатками субстрата. Некоторые ферменты имеют более широкий участок взаимодействия с субстратом, в то время как другие имеют ограниченную специфичность. Три аминокислотных остатка формируют домен - каталитическую триаду, обеспечивающую проведение катализа (например, Гис 57, Асп 102 и Сер195 у химотрипсиногена).

Цистеиновые протеиназы. Это семейство включает протеазы из растений типа папаина, несколько лизосомальных катепсинов, цитозольные калпаины (активизируются кальцием), а также несколько протеаз из паразитов (например, из трипаносом, шистосом). Папаин – наиболее хорошо изученный член этого семейства.. Подобно сериновым протеиназам, катализ при участии цистеиновых протеаз проходит через этап формирования ковалентного промежуточного звена и вовлекает остатки цистеина и гистидина. Важные для катализа Цис25 и Гис159 (счет ведется по папаину) играют ту же роль что и Сер195 и Гис57 соответственно в сериновых протеиназах.

Аспарагиновые протеиназы. Большинство аспарагиновых протеиназ принадлежит семейству пепсина. Оно включает пищеварительные ферменты типа пепсина и химозина, лизосомальный катепсин D и ферменты процессинга типа ренина, некоторые протеазы из грибов (пенициллопепсин, ризопуспепсин, эндотиапепсин).

Второе семейство включает вирусные протеиназы типа протеаз вируса СПИДа (HIV) (ретропепсин). Эти ферменты представляют собой структуры, состоящие из двух гомологичных долей с активным центром, расположенным между этими долями. Каждая доля вносит один остаток аспартата в создаваемую каталитически активную диаду радикалов аспарагиновой кислоты Один аспартат находится в ионизированной форме, в то время как второй ионизируется при рН оптимуме в диапазоне 2-3. Ретропепсины являются мономерными. Это значит, они несут только один каталитический аспартат, и поэтому необходима димеризация для формирования активного фермента.

Металлопротеиназы. Большинство этих ферментов содержат атом цинка, который является каталитически активным. В некоторых случаях, цинк может быть заменен другими металлами типа кобальта или никеля без потери активности.

Биомедицинское значение белков и аминокислот

Пищевая ценность белков.