Биохимия. Лекции

      Сок поджелудочной железы поступает  в двенадцатиперстную кишку и  смешивается с кишечным соком.Эта  смесь содержит протеолитические ферменты, расщепляющие белки до аминокислот. К нимотносятся трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, аминопептидазы и большая группа три и дипептидаз

      Трипсин находится в соке поджелудочной  железы в неактивной форме, в виде профермента трипсиногена. Его активация  происходит под действием фермента кишечного сока энтерокиназы. Для  процесса активирования необходимы ионы Са . Процесс превращения трипсиногена в трипсин осуществляется путем отщепления небольшого пептида с N-конца петидной цепи фермента.

      Трипсин гидролизует как не расщепленные в желудке белки, так и высокомолекулярные пептиды. действуя главным образом на пептидные связи между аргинином и лизином. Оптимуму рН для трипсина составляет 7,0-8,0. Трипсин производит сравнительно неглубокий гидролиз белка, образуя полипептиды и небольшое количество свободных аминокислот.

      Активность  трипсина может быть снижена под влиянием ряда ингибиторов. К ним относятся основные пептиды, обнаруженные в поджелудочной железе, крови, легких, в бобах сои. Снижает активность трипсина и мукопротеин, содержащийся в сырых яйцах.

      Химотрипсин – второй протеолитический фермент  поджелудочной железы. Он также секретируется в неактивной форме, в виде химотрипсиногена. Под действием трипсина химотрипсиноген переходит в активный фермент – химотрипсин. Действие химотрипсина подобно действию трипсина. Оптимум рН для обоих ферментов приблизительно одинаков, химотрипсин действует на белки и полипетиды, которые содержат ароматические аминокислоты(тирозин, фенилаланин,триптофан), а также на пептидные связи, не подвергающиеся воздействию трипсина (метионин,лейцин).

      Пептиды, образовавшиеся в результате действия на белки пепсина, трипсина и химотрипсина в ниже лежащих отделах тонкой кишки, подвергаются дальнейшему расщеплению. Данный процесс осуществляют карбоксипептидазы, аминопептидазы. Эти ферменты относятся к металлоферментам. Они активируются двухвалентными ионами  Mg ²⁺, Mn²⁺, Co²⁺ , которые играют важную роль  в формировании фермент-субстратного комплекса.

      Механизм  действия амино- и карбоксипептидаз заключается в отщеплении от пептидов концевых аминокислот,имеющих свободную аминную или карбоксильную группу. Оставшиеся нерасщепленными небольшие пептиды, состоящие из трех-четырех аминокислотных остатков, подвергаются гидролизу специфическими ди- и триаминопептидазами.

      Таким образом, в результате последовательного  действия на белки протеолитических ферментов в кишечнике образуются свободные аминокислоты, которые всасываются в кровь через стенку кишечника.

      5.3. Образование в кишечнике ядовитых  продуктов распада белков и  их обезвреживание.

      Аминокислоты, не всосавшиеся в кровь через  тонкую кишку, подвергаютс воздействию микролорганизмовв толстом кишенике. При этом ферменты микроорганизмов расщепляют аминокислоты т превращают их в амины, жирные кислоты, спирты, фенолы и другие вещества, нередко ядовитые для организма. Этот процесс иногда называют гниением белков в кишечнике. В его основе лежит декарбоксилирование аминокислот, при этом из аминокислот появляются биологические амины. Так из аминокислоты орнитина образуется путресцин:

       СН ₂–СН ₂–СН ₂–СН –СООН  →  СН₂-СН₂-СН₂-СН₂  + СО₂

       N Н₂                     N Н₂                    N Н₂                NН₂ 

               Орнитин                                          Путресцин

      Из  лизина образуется кадаверин:

        NН₂-СН-СООН  → NН₂-(СН₂)₅-NН₂ + СО₂

                 (СН₂)₄                  Кадаверин

                  NН₂

            Лизин                       

      Путресцин и кадаверин выводятся из организма  с фекальными массами. В тех случаях, когда эти соединения попадают в кровь, они выводятся с мочой в неизменном виде.

      При гниении циклических аминокислот  в толстой кишке образуются ядовитые вещества, которые после всасывания через кишечник в кровь могут оказывать сильное физиологическое действие на организм.

      Из  тирозина образуется  п-крезол, а  если процесс идет дальше, то и фенол:

       НО-             -СН₂-СН-СООН  ® НО-               -СН₃®НО-

                                       NН₂

                Тирозин                                       Крезол                          Фенол

      Из  триптофана образуется скатол и индол: 

                                      СН₃

                         NН                                                    NН

            Скатол                                                      Индол

       

      При глубоком разрушении кишечными микроорганизмами серосодержащих аминокислот – цистина, цистеина  и метионина – образуются сероводород (Н₂S), меркаптан (СН₃SН) и другие включающие серу соединения.

      Продукты  гниения белков всасываются в  венозную кровь, затем попадают в печень, где и обезвреживаются при помощи серной или глюкуроновой кислоты.

      Индол и скатол также обезвреживается  в печени при участии серной и глюкуроновой кислот. Однако, они предварительно окисляются:скатол в скатоксил, индол в индоксил и в виде парных кислот выводятся из организма с мочой .

      Некоторые ядовитые вещества, например бензойная  кислдота обезвреживаются в печени с помощью глицина. При этом образуется гиппуровая кислота – безвредное соединение, которое выделяется с мочой.

              -СООН + Н₂N-СН₂-СООН ®                -СО-NН-СН₂-СООН + Н₂О 

      Бензойная кислота          Глицин                      Гиппуровая кислота

      Возможности печени в обезвреживании образовавшихся в толстой кишке и всосавшихся  в кровь ядовитых веществ не безграничны. При снижении ее функциональной способности (например, в связи с перенесенными ранее заболеваниями) поступление значительного количества ядовитых веществ может оказаться чрезмерной нагрузкой, тогда часть необезвреженных ядовитых веществ разносится (большим кругом кровообращения) по всему организму, вызывая его отравление. Происходит преждевременное старение клеток и их гибель. При этом отмечается ухудшение самочувствия человека, его мучают головные боли.

      Для предупреждения отрицательного воздействия  ядовитых веществ на организм необходимо рационально планировать пищевой  рацион. В него должны быть включены продукты, содержащие не только белки, но и жиры и углеводы. Полезны кисломолочные продукты, так как молочнокислые бактерии способствуют гибели гнилостных микроорганизмов толстой кишки. В рационе необходима пища, являющаяся источником пектиновых веществ и клетчатки, которые повышая двигательную активность кишечника, способствуют выведению шлаков (в том числе и ядовитых веществ) из организма.

      5.4. Катаболизм белков и аминокислот  в тканях.

      Основная  часть аминокислот, образующихся в  кишечнике из белков, поступает в  кровь (95% и небольшая часть в лимфу. По воротной вене аминокислоты попадают в печень, где расходуются для биосинтеза различных специфических белков (альбуминов, глобулинов, фибриногена и др.), остальные аминокислоты током крови разносятся ко всем органам и тканям, транспортируются внутрь клеток, где они используются для биосинтеза белков взамен подвергшихся разрушению. Неиспользованные аминокислоты окисляются до конечных продуктов обмена.

      Процесс расщепления тканевых белков катализируется тканевыми ферментами – протеиназами, катепсинами.

      Соотношение между аминокислотами в распадающихся  и синтезируемых белках различно, поэтому часть свободных аминокислот должна быть преобразована в другие аминокислоты либо окислена до простых соединений  и выведена из организма. Следовательно, в организме существует внутриклеточный запас аминокислот, который в значительной мере пополняется за счет процессов взаимопревращения аминокислот, гидролиз белков, синтеза аминокислот и поступления их из внеклеточной жидкости. В то же время благодаря синтезу белков и другим реакциям (образованию мочевины, пуринов и т.п.) постоянно происходит удаление свободных аминокислот из внеклеточной жидкости.

      Пути  обмена аминокислот

      В основе различных путей обмена аминокислот  лежит три типа реакций: по аминой и карбоксильной группам и по радикалу. Реакции по аминной группе включают процессы дезаминирования, переаминирования, по карбоксильной группе – декарбоксилирования., реакции по радикалу разнообразны и определяются характером радикала.

      Катаболизм  аминокислот у млекопитающих происходит в основном в печени и несколько слабее в почках.

      Дезаминирование аминокислот

      Суть  дезаминирования заключается в  расщеплении аминокислот по действием  ферментов на аммиак и безазотистый остаток (жирные кислоты, оксикислоты, кетокислоты). Дезаминирование может идти в виде восстановительного, гидролитического, окислительного и внутримолекулярного процессов. Последние два типа преобладают у человека и животных.

      Схематично  дезаминирование можно представить  следующим образом: а) восстановительное                     

      R-СН-СООН + 2Н ® R-СН-СООН + N Н₃

          NН₃                                Н

      Аминокислота         Насыщенная кислота

      б) гидролитическое

      R-СН-СООН + Н₂О ® R-СН-СООН + N Н₃

           NН₂  Аминокислота       ОН   Оксикислота

      в) внутримолекулярное

       R-СН-СООН  ® R-СН=СН-СООН + NН₃

          NН₂

      Аминокислота     Ненасыщенная кислота

      г) окислительное

      R-СН-СООН +  1/2 О₂    ® R-СН-СООН + NН₃

           NН₂                                                            О

      Аминокислота    Кетокислота

      Окислительное дезаминирование подразделяется на две стадии.

       R-СН-СООН   ^{оксидаза}    R-СН-СООН + 2Н

         N Н₂                                N

       R-С-СООН + Н₂О ®   R-С-СООН + N Н₃

          NН                                 О