Биосинтез жирных кислот в клетках эукариот, биологическая роль. Представление о работе пальмитоатсинтетазы.

В органах и тканях человека синтезируются почти все необходимые для организма высшие жирные кислоты, за исключением эссенциальных полиеновых жирных кислот. Эти высшие жирные кислоты используются в клетках обычно для синтеза более сложных липидов, таких как триглицериды, фосфолипиды или сфинголипиды.

Исходным соединением для синтеза высших жирных кислот является ацетилКоА, который может образовываться в клетках из различных соединений. С этой целью используется в основном ацетилКоА, образующийся при окислительном расщеплении моносахаридов, однако в этот процесс может вовлекаться и ацетилКоА, образовавшийся при расщеплении углеродных скелетов аминокислот.

АцетилКоА, используемый при липогенезе, образуется в основном в матриксе митохондрий при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты. Синтез же высших жирных кислот идет в цитозоле. Учитывая, что внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетилКоА, прежде всего необходимо рассмотреть систему транспорта ацетильных остатков из матрикса митохондрий в цитозоль.

Синтез ВЖК идет путем последовательного присоединения к строящейся молекуле жирной кислоты двухуглеродных остатков, однако в самом процессе сборки используется лишь одна молекула ацетилКоА. Источником остальных двухуглеродных фрагментов выступает малонилКоа. МалонилКоА, в свою очередь, синтезируется путем энергозависимого карбоксилирования ацетил-КоА:

СН3СО~SKoA + CO+ АТФ Д-> СООНСНСО~SКоА +Биотинзависимая ацетилКоАкарбоксилаза

Промежуточные продукты синтеза высщих жирных кислот в цитозоле в свободном виде не появляются, а конечным продуктом синтеза является пальмитиновая кислота, в связи с чем ферментная система, обеспечивающая этот синтез получила название пальмитоилсинтетазы. В клетках микроорганизмов эта система состоит из 6 ферментов и одного дополнительного белка, не обладающего ферментативной активностью, но выполняющего роль акцептора строящейся молекулы жирной кислоты. Таким образом, в клетках микроорганизмов пальмитоилсинтетаза представляет собой типичный метаболон.

Пальмитоилсинтетаза клеток животных представляет собой белок, состоящий из двух полипептидных цепей: субъединицы А и субъединицы В. Обе полипептидные цепи имеют полидоменную структуру, причем на каждом из доменов имеется свой функциональный центр, способный катализировать ту или иную промежуточную реакцию биосинтеза высших жирных кислот; кроме того, один из доменов имеет центр связывания синтезируемой жирной кислоты. Таким образом, в целом эта структура представляет собой типичный полифункциональный фермент. Работа этого полифункционального фермента обеспечивает высокую эффективность процесса и устраняет конкуренцию с другими метаболическими процессами в клетке за промежуточные продукты синтеза. Активность пальмитоилсинтетазы угнетаются по аллостерическому механизму избыточными концентрациями свободной пальмитиновой кислоты в клетке. Синтез других высших жирных кислот Из пальмитиновой кислоты в клетках могут синтезироваться другие высшие жирные кислоты. Насыщенные высшие жирные кислоты синтезируются путем последовательного удлиннения углеводородного радикала на два углеродных атома в ферментных системах клетки, отличных от пальмитоилсинтетазы. Источником двухуглеродных фрагментов при синтезе других высших жирных кислот в цитозоле служит малонилКоА, тогда как в митохондриальных системах удлиннения ацильного радикала используется ацетилКоА.

Мононенасыщенные или моноеновые высшие жирные кислоты синтезируются в клетках из насыщенных жирных кислот с тем же числом атомов углерода. Двойная связь образуется в первую очередь между 9 и 10 атомами «C» углеродной цепи при участии микросомальной десатуразной системы. Принцип ее работы представлен на схеме:

Дополнительные двойные связи в молекулу ненасыщенной жирной кислоты в клетках животных могут вводиться только в участок углеродной цепи между карбоксильной группой и уже имеющейся двойной связью. Поэтому животные не способны синтезировать такие полиеновые высшие жирные кислоты, как линолевая или линоленовая. Арахидоновая кислота может синтезироваться в клетках животных из одной из линоленовых кислот, однако в условиях недостаточного поступления линоленовой кислоты с пищей арахидоновая кислота также становится незаменимой жирной кислотой.

 

VI. Обмен простых белков и аминокислот

Роль белков в питании. Пищевая ценность белков. Переваривание белков в пищеварительном тракте. Роль соляной кислоты и протеолитических ферментов в переваривании белков в желудке. Гниение белков в толстом кишечнике.

Белки в организме человека выполняют множество функций. Среди них:

Структурная; Каталитическая; Транспортная; Регуляторная; защитная и т.д..

На белки приходится около 45% сухой массы тела. В таких органах как мышцы, легкие, селезенка белки составляют 80-85% их сухой массы, даже в костях на долю белков приходится около 20% сухой массы.

Белки органов и тканей постоянно обновляются, т.е. находятся в состоянии динамического равновесия между процессами их синтеза и распада. Установлено, что в организме человека массой около 70 кг ежесуточно обновляется около 400 г белков. Период полуобновления белков для организма человека составляет около 80 суток.

Для обеспечения синтеза белков организм человека нуждается в наличии 20 аминокислот. В то же время, человек и другие млекопитающие способны синтезировать лишь часть необходимых им аминокислот; другая их часть должна поступать с пищей.

Для человека абсолютно незаменимыми являются 8 аминокислот: Валин, Лейцин, Изолейцин, Лизин, Фенилаланин, Три, Треонин, Метионин. К условно незаменимым относят Гистидин и Аргинин, синтез которых недостаточен для покрытия потребности организма.

Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте представляет собой расщепление пищевых видоспецифичных белков, на составляющие их аминокислоты, лишенные данной видовой специфичности.

Расщепление белков в желудочно-кишечном тракте идет при участии ферментов-протеиназ, катализирующих гидролитическое расщепление пептидных связей. Протеиназы делят на две группы:

а) эндопротеиназы, катализирующие разрыв пептидных связей внутри белковых молекул с образованием пептидов. К их числу относятся пепсин, гастриксин, трипсин, химотрипсин, коллагеназа, эластаза;

б) экзопротеиназы, катализирующие отщепление концевых аминокислот с N- или С-конца полипептида. К ним относятся карбоксипептидазы А и Б, лейцинаминопептидаза и аланинаминопептидаза.

Протеиназы желудочно-кишечного тракта обладают определенной специфичностью — с наибольшей эффективностью они катализируют разрыв пептидных связей между вполне определенными аминокислотами. Например:

а) пепсин — катализ разрыва пептидных связей, образованных аминогруппами Фенилаланин и Тирозин;

b) трипсин — катализ разрыва пептидных связей, образованных карбоксильными группами Лиз и Арг;

с) химотрипсин — катализ разрыва пептидных связей, обр. карб. группами Фенилаланин, Тирозин и Три;

d) Карбоксипептидаза А — катализ разрыва пептидных связей, обр. С‑концевыми Фенилаланин, Тир и Три;

e) Карбоксипептидаза B — катализ разрыва пептидных связей, образованных C‑концевыми Лиз и Арг;

f) Aланинаминопептидаза — катализ разрыва пептидных связей, образованных N‑концевым Аланином.

В целом протеиназы желудочно-кишечного тракта в отношении своей специфичности обладают дополнительностью действия, т.е. за счет совокупности их каталитического эффекта с большой скоростью идет гидролиз всех пептидных связей в белковых молекулах

Переваривание белков в желудке

Переваривание белков начинается в желудке. В желудочном соке присутствует несколько протеиназ: пепсин, гастриксин, пепсин В. У детей присутствует еще одна эндопротеиназа — реннин.

Главные клетки слизистой желудка вырабатывают профермент пепсиногена. Под действием НСI желудочного сока пепсиноген в результате ограниченного избирательного протеолиза превращается в пепсин. Оптимальной средой является среда с рН порядка 1,0-2,5. Пепсин обеспечивает до 95% всей переваривающей способности желудочного сока. Так, действие гастриксина крайне ограничено.

Важным компонентом желудочного сока является НСI, которая денатурирует белки, делая их структуру более рыхлой, а значит и более доступной для действия протеиназ; угнетает микрофлору, попадающую в желудок вместе с пищей.

Переваривание белков в кишечнике

Смесь полипептидов поступает из желудка в двенадцатиперстную кишку, где под действием протеиназ поджелудочной железы и стенки кишечника продолжается расщепление белков и полипептидов. рН кишечного сока составляет от 7,5 до 8,2, это слабощелочное значение рН поддерживается в основном за счет бикарбонатов, поступающих в кишечник с соком поджелудочной железы. В поджелудочной железе синтезируются трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы А и В, проколлагеназа и проэластаза. С соком поджелудочной железы эти проферменты поступают в просвет кишечника и в результате избирательного ограниченного протеолиза превращаются в активные ферменты.

Важнейшую роль в превращение проферментов в ферменты принадлежит двум протеиназам: энтерокиназе кишечной стенки и трипсину. Энтерокиназа отщепляет от неактивного трипсиногена гексапептид, превращая профермент в активный трипсин. В дальнейшем превращение трипсиногена в трипсин может идти путем аутокатализа.

Образовавшийся трипсин превращает все другие проферменты в активные ферменты. Так, например, химотрипсиноген А или В под действием трипсина превращается в одну из форм активного химотрипсина (пи-химотрипсин, сигма-химотрипсин и др.), или проэластаза превращается в эластазу.

Действие протеиназ поджелудочной железы дополняется действием ферментов, продуцируемых стенками кишечника: аминопептидаз и дипептидаз.

Под действием этого комплекса ферментов белки и пептиды расщепляются до отдельных аминокислот и в таком виде всасываются в стенку кишечника.