Всасывание продуктов гидролиза белков

Основным продуктом гидролиза белков являются аминокислоты. Их всасывание в тонком кишечнике, так же как и транспорт через другие клеточные мембраны, осуществляется с помощью специальных транспортных систем (пермиаз) для аминокислот. Транспорт аминокислот является активным и требует необходимого градиента ионов Nа⁺, создаваемого Nа⁺/К⁺-АТФ-азой мембраны эпителия тонкого кишечника.

Существует не менее пяти специфических транспортных систем (пермиаз), каждая из которых функционирует для переноса определенной группы близких по строению аминокислот:

1) нейтральных с короткой боковой цепью;

2) нейтральных с длинной боковой цепью;

3) с катионными радикалами;

4) с анионными радикалами;

5) иминокислот (пролина).

Аминокислоты этих групп конкурируют за участки связывания с переносчиком соответствующей транспортной системы. При транспорте аминокислот через мембрану кишечного эпителия ион Nа⁺ входит вместе с ними внутрь клетки, т.е. имеет место симпорт аминокислот и ионов Nа⁺ специальной системой переносчиков. Натрий вновь «откачивается» из клетки Nа⁺/К⁺-АТФ-азой, а аминокислоты остаются внутри клетки.

Есть и другая разновидность механизма транспорта аминокислот через мембрану клеток кишечного эпителия и других клеток – g-глутамильный цикл (рис. 1). Перенос аминокислоты совершается в комплексе с глутамильным остатком трипептида глутатиона с помощью специального фермента g-глутамилтрасферазы, который находится в мембране клеток кишечного эпителия. На первом этапе фермент осуществляет присоединение транспортируемой через мем-брану аминокислоты к g-глутамильному остатку глутатиона и одновременный распад уже тетрапептида на два дипептида: g-глу-тамиламинокислоту и цистеинил-глицин. На втором этапе происходит расщепление дипептида g-глутамиламинокислоты с освобождением поступившей аминокислоты и ресинтез затраченной на ее транспорт молекулы глутатиона. Для транспорта одной аминокислоты с помощью g-глутамильного цикла затрачивается 3 АТФ.

У новорожденных детей проницаемость слизистой оболочки выше, чем у взрослых, поэтому в кровь могут поступать либо целые, либо частично гидролизованные молекулы белка, что может быть причиной иммунных реакций. Если ребенок получает молозиво, образующееся в первые дни после родов, то может происходить всасывание антител и антитоксинов, что имеет защитное значение. Этому дополнительно способствует присутствие в молозиве ингибитора трипсина.

Рис. 1. g-глутамильный цикл всасывания аминокислот

 

 

ГНИЕНИЕ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ

Около 5% невсосавшихся аминокислот в нижних отделах тонкого и в толстом кишечнике подвергается действию энзимов гнилостной флоры – гниению. В основе гниения лежат реакции декарбоксилирования и дезаминирования с образованием множества продуктов гниения. Кадаверин и путресцин – трупные яды (рис. 2). Обнаруживаются в больших количествах при гастроэнтерите, холере.

 

Лизин Кадаверин Орнитин Путресцин

 

Рис. 2. Схема гниения лизина и орнитина

 

В ходе гниения тирозина и триптофана исходная молекула утрачивает радикал целиком (рис. 3, 4).

 

Рис. 3. Схема гниения тирозина

 

 

 

Рис. 4. Схема гниения триптофана

Продукты гниения аминокислот являются токсичными. Они частично выводятся, а частично всасываются в толстом кишечнике, в последующем обезвреживаются в печени и выводятся с мочой. Для уменьшения количества образующихся продуктов гниения необходимо, чтобы потребление белков соответствовало физиологическому состоянию организма (физическая активность, возраст и т.д.). Кроме того, потребление пищевых волокон (целлюлоза, лигнин, пектин и т.д.) в составе растительных продуктов приводит к подкислению среды в результате их расщепления микрофлорой с образованием кислых продуктов. Кислая среда препятствует процессу гниения. Пищевые волокна улучшают также моторную функцию кишечника, что ускоряет опорожнение толстого кишечника и уменьшает всасывание продуктов гниения.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

КАТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ

В процесс катаболизма (распада) вовлекаются только те амии-нокислоты, которые оказались не использованными в ходе реакций синтеза белка или образования других соединений.

Катаболизм аминокислот включает два этапа (рис. 5):

1. Дезаминирование, заключающееся в отщеплении аминогруппы в виде аммиака с образованием a-кетокислоты.

2. Катаболизм углеродного скелета аминокислоты, т.е. a-ке-токислоты.

 

Рис. 5. Схема катаболизма аминокислот

 

Обязательным этапом катаболизма аминокислот является удаление аминогруппы, т.е. их дезаминирование. Азот аминогруппы выводится у человека в виде мочевины и аммонийных солей. Эти вещества являются конечными продуктами азотистого обмена. Частично аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот, реутилизируется в ходе восстановительного аминирования кетокислот. Углеродные скелеты аминокислот в конечном итоге поступают в ЦТК, где они расщепляются до углекислого газа и воды. Например, при дезаминировании глутамата образуется 2-кетоглутарат, аспартата – оксалоацетат, они являются интермедиатами ЦТК. Катаболизм аланина связан с образованием пирувата, который подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА, вовлекаемый в ЦТК.

Безазотистые углеродные скелеты практически всех протеиногенных аминокислот (за исключением лейцина и лизина) могут служить субстратами глюконеогенеза, т.е. катаболизм некоторой части аминокислот связан с превращением в глюкозу, которая окисляется ради образования энергии.

Часть аминокислот, метаболизм которых связан с образованием ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, катаболизируют путем превращения в кетоновые тела или жирные кислоты. К кетогенным аминокислотам относятся фенилаланин, лизин, тирозин, лейцин, изолейцин и триптофан.

 

ЗАНЯТИЕ 2.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПУТЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА

 

Пути образования аммиака

1) дезаминирование аминокислот

2) распад пуриновых и пиримидиновых оснований

3) гидролиз амидов

4) дезаминирование биогенных аминов

Аммиак является высокотоксичным соединением для животных и большинства растений. Особенно к нему чувствительна ЦНС высших животных и человека, на которую он действует как возбуждающий агент, а в повышенных концентрациях как судорожный яд.

Образование аммиака в тканях идет непрерывно, но тем не менее он не накапливается в них и его концентрация в крови удерживается на низком уровне (10-20 мкг/100 мл).

Аммиак в тканях подвергается связыванию с образованием нетоксичных продуктов, легко выделяемых с мочой. В процессе эволюции наш организм унаследовал 5 основных путей обезвреживания аммиака.

1.Орнитиновый цикл образования мочевины

2.Восстановительное аминирование кетокислот

3.Образование аммонийных солей

4.Синтез креатина (выделяется в виде креатинина с мочой)

5. Образование амидов

 

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ.

Трансаминирование – обратимый перенос аминогруппы с аминокислоты на a-кетокислоту без промежуточного выделения аммиака, в результате чего образуется новая аминокислота и новая кетокислота. Трансаминирование осуществляется пиридоксальзависимыми ферментами – трансаминазами, локализованными как в митохондриях, так и в цитозоле клеток различных органов и тканей. Наиболее активно процесс трансаминирования идет в печени и мышцах. Трансаминированию подвергаются все аминокислоты за исключением пролина, треонина и лизина. В качестве кетокислот, акцептирующих аминогруппу, могут выступать 2-кетоглутарат, оксалоацетат и пируват. Трансаминазы проявляют специфичность по отношению к своей аминокислоте и своей кетокислоте. Ферменты относятся ко второму классу. Наибольшую активность проявляют аланинаминотрансфераза и аспартатаминотрансфераза.

Трансаминирование происходит в две стадии. На первой стадии аминокислота взаимодействует с пиридоксальфосфатом в составе фермента, образуя с ним Шиффово основание, отдает ему свою аминогруппу и в результате аминокислота превращается в соответствующую кетокислоту, а пиридоксальфосфат в пиридоксаминофосфат. На второй стадии пиридоксаминофосфат взаимодействует с одной из трех a-кетокислот и передает ей аминогруппу, в результате кетокислота превращается в аминокислоту (2-кетоглутарат в глутамат, оксалоацетат в аспартат, пируват в аланин), пиридоксаминофосфат в пиридоксальфосфат. Процесс является обратимым.

Значение трансаминирования:

1.Трансаминирование является первой фазой непрямого дезаминирования. При этом в роли акцептора аминогруппы выступает 2-кетоглутарат, который по ходу реакции превращается в глутамат. Глутамат является единственной аминокислотой, которая может вступать в реакцию окислительного дезаминирования. Таким образом, реакция трансаминирования выполняет функцию своеобразного коллектора, с помощью которого аминогруппы со всех аминокислот собираются на 2-кетоглутарат с образованием глутамата. Поскольку удаление аминогруппы является обязательным условием катаболизма аминокислот эта реакция обеспечивает вовлечение практически всех аминокислот на путь распада.

2.Трансаминирование - один из путей синтеза заменимых аминокислот.

3.Трансаминирование является важнейшим механизмом взаимосвязи обмена различных классов соединений (например, пируват – продукт обмена углеводов в реакции трансаминирования превращается в аланин).