100 RUR bonus za prvú objednávku

Vyberte typ práce Diplomová práca Práca na kurze Abstrakt Diplomová práca Správa o praxi Článok Prehľad správy Test Monografia Riešenie problémov Podnikateľský plán Odpovede na otázky Kreatívna práca Esej Kresba Diela Preklad Prezentácie Písanie Ostatné Zvýšenie jedinečnosti textu Diplomová práca Laboratórne práce Online pomoc

Zistite si cenu

1. Vlastnosti metabolizmu bielkovín.

2. Katabolizmus aminokyselín.

3. Univerzálne procesy v katabolizme aminokyselín.

4. Spôsoby neutralizácie amoniaku.

5. Biosyntéza bielkovín.

Metabolizmus bielkovín zaujíma ústredné miesto medzi rôznymi metabolickými procesmi, ktoré sú vlastné živej hmote. Všetky ostatné druhy metabolizmu – sacharidový, lipidový, nukleový, minerálny atď. slúžia predovšetkým na metabolizmus bielkovín, vr. špecifická biosyntéza bielkovín. Metabolizmus bielkovín je veľmi prísne špecifický a zabezpečuje kontinuitu reprodukcie a obnovu bielkovinových tiel tela.

Je to metabolizmus bielkovín, ktorý koordinuje, reguluje a integruje rozmanitosť chemických premien v integrálnom živom organizme, podriaďuje ho zachovaniu druhu a kontinuite života. V porovnaní s inými typmi metabolizmu má metabolizmus bielkovín množstvo funkcií.

Vlastnosti metabolizmu bielkovín

Jeden z charakteristické znaky metabolizmus bielkovín je jeho extrémnym rozvetvením. Transformácie viac ako 20 aminokyselín bielkovinovej molekuly v tele zvieraťa zahŕňajú niekoľko stoviek medziproduktov úzko súvisiacich s metabolitmi metabolizmu sacharidov a lipidov. Blokovanie akejkoľvek špecifickej metabolickej cesty, dokonca aj jednej aminokyseliny, môže viesť k objaveniu sa úplne neznámych produktov.

Stav metabolizmu bielkovín je určený mnohými faktormi, exogénnymi aj endogénnymi. V tomto prípade zohráva veľkú úlohu biologická užitočnosť potravinových bielkovín (krmív). Akékoľvek odchýlky od normálneho fyziologického stavu tela, poruchy metabolizmu uhľohydrátov, lipidov atď., Okamžite ovplyvňujú metabolizmus dusíka.

Stav metabolizmu bielkovín v živom organizme možno charakterizovať dusíkovou bilanciou. Tento pojem znamená kvantitatívny rozdiel medzi dusíkom zavedeným s jedlom a vylučovaným vo forme konečných produktov vyjadrený v rovnakých jednotkách. Keďže prevažnú časť dusíka v potravinách predstavujú bielkoviny a väčšina konečných uvoľnených dusíkatých produktov je dôsledkom rozkladu bielkovín, všeobecne sa uznáva, že pre správne posúdenie stavu metabolizmu bielkovín je potrebné stanoviť dusíkovú bilanciu. môže byť dostatočne presným kritériom. Okrem toho je priemerný obsah dusíka v bielkovinách viac-menej konštantný a dosahuje 16 %. Ak chcete premeniť celkový dusík na bielkoviny, musíte ho nájsť Celkom vynásobte koeficientom 6,25. Koncept dusíkovej bilancie úzko súvisí s problémom noriem bielkovín v kŕmení zvierat.

V tele existujú 3 typy dusíkovej bilancie: pozitívna, nulová (dusíková bilancia) a negatívna.

V klinickej biochémii sa rozlišujú pojmy proteínový a neproteínový dusík. Množstvo nebielkovinového dusíka v krvi zvierat nie je veľké a pohybuje sa od 20-60 mg%. Patrí sem hlavne močovinový dusík, aminokyseliny, kyselina močová kreatín a kreatinín, indikán atď. Nebielkovinový dusík v krvi sa nazýva aj zvyškový dusík, teda zostávajúci vo filtráte po vyzrážaní bielkovín.

U zdravých zvierat sú výkyvy v obsahu nebielkovinového dusíka v krvi nevýznamné a závisia najmä od množstva bielkovín dodávaných v potrave. Mnohé patologické stavy sú však sprevádzané prudkým zvýšením obsahu neproteínového dusíka v krvi. Tento stav sa nazýva azotémia.

Hlavné znaky metabolizmu bielkovín sa objavujú v štádiu intermediárneho metabolizmu a možno ich vysvetliť dvoma faktormi:

Po prvé, energetická hodnota aminokyselín nie je vysoká a primárne slúžia ako stavebné materiály v bunke. V tomto ohľade v metabolizme bielkovín zohrávajú ústrednú úlohu nie procesy katabolizmu, ale anabolizmus, t.j. Syntézy bielkovín. Po druhé, v živej bunke neexistujú žiadne univerzálne mechanizmy na rozklad aminokyselín. Každá aminokyselina podlieha rozkladu podľa individuálneho mechanizmu.

Katabolizmus aminokyselín

Ak je známych 20 proteínových aminokyselín, potom v každej bunke funguje aspoň 20 dráh ich katabolizmu. Avšak aj napriek takejto rôznorodosti katabolických dráh existuje málo konečných produktov tkanivového metabolizmu aminokyselín, t.j. 20 spôsobov štiepenia aminokyselín sa v určitých fázach spája a vytvára len 5 rôznych produktov, ktoré potom vstupujú do tretieho cyklu karboxylové kyseliny a sú úplne oxidované.

Ryža. 21. Dráhy premien aminokyselín.

Uhlíkové skelety 10 aminokyselín sa rozkladajú na acetyl-CoA. Okrem toho sa 5 z týchto 10 aminokyselín (alanín, cysteín, glycín, serín, treonín) rozkladá na acetyl-CoA cez pyruvát. Ďalších 5 (fenylalanín, tyrozín, leucín, lyzín, tryptofán) - cez acetoacetyl-CoA. Ako je známe, acetoacetyl-CoA je ústredným produktom metabolizmu ketolátok. V pečeni sa z týchto aminokyselín môžu vytvárať ketolátky, a preto sa nazývajú ketogénne. Ostatné sú glukogénne, pretože Glukóza sa ľahko syntetizuje z pyruvátu. Toto rozdelenie aminokyselín je však veľmi podmienené, pretože vo všeobecnosti možno všetky aminokyseliny nazvať glukogénnymi, najmä preto, že niektoré aminokyseliny sa môžu štiepiť, a to tak za vzniku pyruvátu, ako aj acetoacetyl-CoA.

Okrem acetyl-CoA môže pri katabolizme aminokyselín vzniknúť α-ketoglutarát, sukcinyl-CoA, fumarát a oxaloacetát (obr. 21).

Univerzálne procesy v katabolizme

aminokyseliny.

Každá aminokyselina podlieha rozkladu podľa individuálneho mechanizmu. Niektoré katabolické dráhy sú pomerne zložité, viacstupňové (až 13 po sebe idúcich reakcií), pričom vzniká veľké množstvo metabolitov, ktoré sa zase môžu podieľať na rôznych biochemických procesoch. Napríklad rozkladom tryptofánu vznikajú produkty, ktoré môžu slúžiť ako prekurzory neurohormónu serotonínu, kyselina nikotínová atď.

Je známych množstvo premien, ktoré sa vyskytujú pri metódach štiepenia všetkých aminokyselín, t.j. sú spoločné pre všetky katabolické cesty. Patria sem: deaminácia, transaminácia a dekarboxylácia. V biológii sú známejšie ako univerzálne mechanizmy štiepenia aminokyselín.

Deaminácia - eliminácia aminoskupín aminokyselín. Dokázala sa existencia štyroch typov deaminácie. Vo všetkých prípadoch sa skupina aminokyselín NH2 uvoľňuje ako NH3.

1. Reduktívna deaminácia.

2. Hydrolytická deaminácia.

3. Intramolekulárna deaminácia.

4. Oxidačná deaminácia.

Prevládajúcim typom pre živočíšne tkanivá, rastliny a väčšinu aeróbnych mikroorganizmov je oxidatívna deaminácia aminokyselín, ktorá prebieha dvojstupňovo za vzniku nestabilného medziproduktu – iminokyseliny. Treba však poznamenať, že väčšina enzýmov, ktoré katalyzujú oxidačnú deamináciu aminokyselín, je pri fyziologických hodnotách pH neaktívna. V živočíšnych tkanivách je najaktívnejší enzým, ktorý katalyzuje oxidačnú deamináciu kyseliny glutámovej – glutamátdehydrogenáza. Konečným produktom reakcie je α-ketoglutarát.

Transaminácia (transaminácia) - reakcie intermolekulového prenosu aminoskupiny z aminokyseliny na α-ketokyselinu bez medziproduktu tvorby amoniaku.

Transaminačné reakcie sú reverzibilné a univerzálne pre všetky živé organizmy. Vyskytuje sa za účasti špecifických enzýmov - aminotransferáz. Akákoľvek a-aminokyselina a akákoľvek a-ketokyselina sa môže zúčastniť transaminácie za vzniku novej aminokyseliny a ketokyseliny. Vzhľadom na skutočnosť, že kyselina glutámová podlieha oxidatívnej deaminácii vo vysokej miere v živočíšnych tkanivách, možno predpokladať, že α-ketogutarát je jedným z hlavných substrátov transaminácie. V súčasnosti sa považuje za preukázané nielen to, že takmer všetky aminokyseliny reagujú s kyselinou α-ketoglutárovou za vzniku kyseliny glutámovej a zodpovedajúcej ketokyseliny, ale aj to, že reakcie transaminácie a oxidačnej deaminácie sú spojené do jediného procesu, ktorý prebieha podľa nasledujúca schéma:

Ryža. 22. Schéma nepriamej deaminácie aminokyselín

Keďže všetky reakcie tohto procesu sú reverzibilné, vytvárajú sa podmienky na syntézu v podstate akejkoľvek aminokyseliny v prítomnosti zodpovedajúcej α-ketokyseliny.

Dekarboxylácia- eliminácia karboxylovej skupiny aminokyselín vo forme oxidu uhličitého. Reakcia je nevratná a je katalyzovaná dekarboxylázami. Existuje niekoľko typov dekarboxylácie, medzi ktorými je najrozšírenejšia α-dekarboxylácia, t.j. eliminácia –COOH skupiny na α-uhlíku aminokyseliny. Produkty dekarboxylácie sú CO2 a amíny a môžu to byť aj diamíny a nová aminokyselina, v závislosti od povahy aminokyseliny, ktorá sa dekarboxyluje.

Niektoré amíny (tryptamín, histamín) majú biologickú aktivitu; medzi diamínmi napr. toxické látky(kadaverín, putrescín). Na neutralizáciu takýchto zlúčenín existujú špeciálne mechanizmy, ktorých podstata sa vo všeobecnosti scvrkáva na oxidačnú deamináciu s uvoľňovaním amoniaku.

Metódy neutralizácie amoniaku.

Jedným z konečných produktov metabolizmu aminokyselín je vysoko toxická zlúčenina – amoniak. Preto by sa koncentrácia amoniaku v tele mala udržiavať na nízkej úrovni. Hladina amoniaku v krvi normálne nepresahuje 60 µmol/l (to je takmer 100-násobok menšia koncentrácia krvná glukóza). V ľudskom tele sa denne odbúra asi 100 g aminokyselín, preto sa uvoľní asi 15 g amoniaku. Pokusy na králikoch ukázali, že koncentrácia amoniaku 3 mmol/l je smrteľná. Amoniak sa teda musí neustále neutralizovať, aby sa vytvorili netoxické zlúčeniny, ktoré sa ľahko vylučujú močom.

Existuje niekoľko hlavných metód na neutralizáciu amoniaku.

Tvorba amidov dikarboxylových aminokyselín (reduktívna aminácia);

syntéza močoviny;

Tvorba amónnych solí;

1. Reduktívna aminácia.

Jedným zo spôsobov, ako viazať a neutralizovať amoniak v tele, najmä v mozgu, sietnici, obličkách, pečeni a svaloch, je biosyntéza amidov kyseliny glutámovej a kyseliny asparágovej (glutamín alebo asparagín).

Tvorba glutamínu (asparagínu) je po prvé expresná metóda neutralizácie amoniaku a po druhé spôsob prenosu amoniaku z periférnych tkanív do pečene a obličiek, kde dochádza ku konečnej neutralizácii tohto jedu a odstráneniu z tela.

Neutralizácia amoniaku syntézou glutamínu má tiež anabolický význam, pretože glutamín sa používa na syntézu mnohých zlúčenín. Amidová skupina glutamínu sa môže použiť na syntézu asparagínu, glukozamínu a iných aminocukrov, purínových a pyrimidínových nukleotidov. V týchto reakciách je teda amoniakálny dusík obsiahnutý v rôznych štrukturálnych a funkčných zložkách bunky.

2. Tvorba amónnych solí.

Vo všeobecnosti sa všetok amoniak odstraňuje z tela močom dvoma spôsobmi:

Vo forme močoviny, ktorá sa syntetizuje v pečeni;

Vo forme amónnych solí vytvorených v epiteli obličkových tubulov;

Vylučovanie amoniaku močom je normálne nízke – asi 0,5 g denne. Ale s acidózou sa niekoľkokrát zvyšuje.

K syntéze amónnych solí dochádza v lúmene obličkových tubulov z tu vylučovaného amoniaku a filtrovaných aniónov primárneho moču.

Amoniak v obličkách sa tvorí aj vďaka amidovej skupine glutamínu v krvi, ktorá sa nezadržiava v pečeni. Glutamín je hydrolyzovaný glutaminázou, ktorá je prítomná v epitelových bunkách obličkových tubulov

Tvorba amónnych solí v obličkových tubuloch je dôležitým mechanizmom regulácie acidobázického stavu organizmu. Prudko sa zvyšuje s metabolická acidóza- hromadenie kyselín v tele a znižuje sa, keď telo kyseliny stráca (alkalóza).

3. Hlavným mechanizmom na neutralizáciu amoniaku v tele je syntéza močoviny. Močovina sa vylučuje z tela močom ako hlavný konečný produkt metabolizmu bielkovín. Močovina tvorí až 80 – 85 % všetkého dusíka vylúčeného z tela. Hlavným miestom syntézy močoviny je pečeň. Syntéza močoviny je cyklický metabolický proces a nazýva sa ornitínový Krebsov cyklus močoviny.

Ornitínový cyklus úzko súvisí s cyklom trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus). Mechanizmus procesu je pomerne jednoduchý, uvažuje sa iba v troch etapách. Charakteristickým znakom cyklu je však to, že reakčné enzýmy sú distribuované medzi cytoplazmou a mitochondriami buniek.

Pre každú otáčku cyklu sa z dvoch molekúl amoniaku syntetizuje jedna molekula močoviny a spotrebujú sa tri molekuly ATP.

Ryža. 23. Schéma biosyntézy močoviny.

Biosyntéza bielkovín

Syntéza bielkovín prebieha nepretržite v každej živej bunke. Systém bunky syntetizujúci proteíny zahŕňa koordinovanú interakciu viac ako 300 rôznych makromolekúl a zahŕňa súbor všetkých 20 aminokyselín, ktoré tvoria molekuly proteínov; aspoň 20 rôznych tRNA; súbor najmenej 20 rôznych enzýmov – aminoacyl-tRNA syntetázy; ribozómy; proteínové faktory zapojené do syntézy na rôznych úrovniach translácie; mRNA ako hlavná zložka systému, ktorá nesie informácie o štruktúre proteínu syntetizovaného v ribozóme.

Napriek tejto zložitosti sa proteíny v bunke syntetizujú pomerne vysokou rýchlosťou. Napríklad v bunkách E. coli sa proteín pozostávajúci zo 100 aminokyselín syntetizuje za 5 sekúnd.

Ryža. 24. Schematický diagram biosyntézy bielkovín (podľa A.S. Spirin). Kruhy predstavujú voľné aminokyseliny a ich zvyšky v polypeptidovom reťazci.

Je známe, že aminokyselinová sekvencia proteínu (primárna štruktúra) je kódovaná v génoch. Messenger RNA (mRNA) alebo messenger RNA (mRNA) slúži na prenos genetickej informácie z DNA v jadre do cytoplazmy, kde sa viaže na ribozómy a slúži ako templát pre syntézu proteínov. Proces syntézy messenger RNA sa nazýva transkripcia. Keď sa štrukturálne znaky génu stali známymi, mechanizmus transkripcie bol úplne dešifrovaný. Predbežne sa syntetizuje kompletná komplementárna kópia génu, pro-RNA, ktorá potom prechádza procesom dozrievania (spracovaním mRNA).

Spracovanie pozostáva z enzymatického rozrezania primárneho transkriptu, po ktorom nasleduje odstránenie jeho intrónových oblastí a opätovné zjednotenie (zostrih) exónových oblastí, čím sa vytvorí súvislá kódujúca sekvencia zrelej mRNA, ktorá sa následne podieľa na translácii genetickej informácie. Počas spracovania tiež nastáva modifikácia 5" a 3" koncov tvoriacej sa zrelej molekuly mRNA.

Translácia, ako ďalší stupeň implementácie genetickej informácie, pozostáva zo syntézy polypeptidu na ribozóme, v ktorom sa ako templát používa molekula mRNA.

Preklad možno považovať za proces prekladu „nukleotidového jazyka“ mRNA do „aminokyselinového“ polypeptidového reťazca molekuly proteínu. Tento proces nastáva v dôsledku skutočnosti, že nukleotidová sekvencia mRNA obsahuje kódové „slová“ pre každú aminokyselinu - genetický kód. Každá po sebe idúca trojkombinácia nukleotidov kóduje jednu aminokyselinu – kodón. Genetický kód pozostáva zo 64 kodónov.

Genetický kód je zdegenerovaný. To znamená, že väčšina aminokyselín je kódovaná viacerými kodónmi. Sekvencia prvých dvoch nukleotidov určuje špecifickosť každého kodónu, t.j. Kodóny kódujúce rovnakú aminokyselinu sa líšia iba v tretích nukleotidoch.

Ďalší charakteristický znak genetický kód je jej nadväznosť, absencia „interpunkčných znamienok“, t.j. signály označujúce koniec jedného kodónu a začiatok druhého. Inými slovami, kód je lineárny, jednosmerný a spojitý. Najvýznamnejšou vlastnosťou kódu je jeho univerzálnosť pre všetky živé organizmy od baktérií až po človeka. Kód neprešiel významnými zmenami počas miliónov rokov evolúcie.

Spomedzi 64 kodónov sa 3, konkrétne UAG, UAA, UGA, ukázali ako „nezmyselné“. Tieto kodóny áno dôležitá funkcia terminačné signály pri syntéze polypeptidov v ribozómoch.

Proces prekladu možno rozdeliť do troch hlavných etáp – iniciácia, predĺženie a ukončenie.

Iniciácia translácie je zabezpečená spojením molekuly mRNA s určitou oblasťou malej podjednotky disociovaného ribozómu a vytvorením iniciačného komplexu.

Proces predlžovania priamo súvisí s veľkou ribozomálnou podjednotkou, ktorá má špecifické úseky - A (aminokyselina) a P (peptidyl). Začína sa vytvorením peptidovej väzby medzi iniciačnou (prvou v reťazci) a nasledujúcimi (druhými) aminokyselinami. Potom ribozóm posunie jeden triplet mRNA v smere 5"→3", čo je sprevádzané oddelením iniciačnej tRNA z matrice (mRNA), z iniciačnej aminokyseliny a jej uvoľnením do cytoplazmy. V tomto prípade sa druhá aminoacyl-tRNA presúva z A-miesta do P-miesta a uvoľnené A-miesto je obsadené ďalšou (treťou) aminoacyl-tRNA. Proces postupného pohybu ribozómu v „tripletových krokoch“ pozdĺž vlákna mRNA sa opakuje, sprevádzaný uvoľňovaním tRNA vstupujúcej do P miesta a zvýšením aminokyselinovej sekvencie syntetizovaného polypeptidu.

Ukončenie translácie je spojené so vstupom jedného z troch známych stop tripletov mRNA do A miesta ribozómu. Keďže takýto triplet nenesie informáciu o žiadnej aminokyseline, ale je rozpoznávaný zodpovedajúcimi terminačnými proteínmi, proces syntézy polypeptidu sa zastaví a dôjde k odpojeniu od matrice (mRNA).

Posttranslačná modifikácia polypeptidu je konečným štádiom implementácie genetickej informácie do bunky, ktorá vedie k transformácii syntetizovaného polypeptidu na funkčne aktívnu proteínovú molekulu. V tomto prípade môže primárny polypeptid prejsť spracovaním, ktoré pozostáva z enzymatického odstránenia iniciačných aminokyselín, odštiepenia iných (nepotrebných) aminokyselinových zvyškov a vytvorenia úrovní štruktúrnej organizácie atď.

V pečeni prebiehajú procesy deaminácie, transaminácie a syntézy aminokyselín, albumínov a väčšiny globulínov krvného séra, protrombínu a fibrinogénu. Predpokladá sa, že albumín a α-globulíny sú produkované polygonálnymi pečeňovými bunkami, β- a γ-globulíny sa tvoria v RES, najmä v Kupfferových bunkách pečene a plazmatických bunkách kostnej drene.

Vedúca úloha pečene v metabolizme bielkovín vysvetľuje veľký záujem lekárov o metódy určovania parametrov tohto metabolizmu. Medzi ne patrí predovšetkým stanovenie celkového množstva plazmatického proteínu a jeho frakcií vrátane protrombínu. Spolu s určením proteinogramu nachádzajú praktické využitie a testy, ktoré len nepriamo poukazujú na prítomnosť zmien krvných bielkovín, vrátane prejavu patologických bielkovín – paraproteínov. Patria sem testy lability a koloidné testy.

Celkový proteín v plazme zdravých ľudí je 7,0 až 8,5 % (K. I. Stepashkina, 1963). Zmena celkového množstva bielkovín sa pozoruje len pri závažných poruchách metabolizmu bielkovín. Naproti tomu zmeny pomeru jednotlivých frakcií sú veľmi jemným indikátorom stavu metabolizmu bielkovín.

Najpoužívanejšou metódou v praxi je stanovenie proteínových frakcií papierovou elektroforézou. Nevýhodou posledného je kolísanie získaných výsledkov v závislosti od verzie použitej metódy. Literárne údaje o normálnom proteinograme preto nie sú totožné.

V tabuľke 7 sú uvedené varianty normy opísané rôznymi autormi (podľa V. E. Predtechenského, 1960).

Pri poškodení pečene sa znižuje syntéza albumínu a α1-globulínov v polygonálnych pečeňových bunkách a zvyšuje sa syntéza β- a γ-globulínov v Kupfferových bunkách a periportálnych mezenchymálnych bunkách (ako prejav podráždenia retikuloendotelových buniek), čo má za následok kvantitatívne zmeny v proteínových frakciách – dysproteinémia.

Pre difúzne lézie pečeň, akútna aj chronická počas ich exacerbácie, sú charakteristické tieto zmeny v proteinograme: zníženie množstva albumínu a zvýšenie globulínov. Pokiaľ ide o posledne menované, frakcia Y-globulínu sa hlavne zvyšuje, zrejme v dôsledku akumulácie protilátok podobnej elektroforetickej pohyblivosti ako Y-globulíny. Menej sa zvyšuje obsah α2- a β-globulínov. Stupeň zmeny v proteinograme je priamo závislý od závažnosti ochorenia. Výnimkou je agamaglobulinémia pri hepatálnej kóme. Celkové množstvo bielkovín je zvyčajne mierne zvýšené v dôsledku hyperglobulinémie.

Pri hodnotení proteinogramu u pacientov s poškodením pečene by sa nemalo zabúdať, že pri veľkom počte veľmi rôznorodých ochorení sa pozoruje významná zmena proteínových frakcií, ako napríklad pri kolagenóze, poškodení obličiek, myelomatóze atď.

Pri ochoreniach pečene dochádza k zmenám v systéme zrážania krvi a stanovení rôznych faktorov Zrážanie krvi je test na posúdenie funkčného stavu pečene. Najcharakteristickejšími zmenami sú protrombín a prokonvertín.

Protrombín(faktor II zrážania krvi) je globulín, pri elektroforetických štúdiách plazmy sa vrchol protrombínu nachádza medzi albumínmi a u-globulínmi. Protrombín sa tvorí v pečeňových bunkách za účasti vitamínu K. Pri zrážaní krvi sa protrombín mení na trombín. Koncentrácia protrombínu v krvnej plazme je asi 0,03%. V praxi sa neurčuje absolútne množstvo protrombínu, ale „protrombínový čas“ a protrombínový index. Najbežnejšou metódou stanovenia protrombínového indexu v Sovietskom zväze je metóda V. N. Tugolukova (1952). Normálne je protrombínový index 80-100%.

Pri patológii pečene môže byť narušená schopnosť hepatocytov syntetizovať protrombín. Okrem toho je poškodenie pečene sprevádzané porušením ukladania množstva vitamínov v nej, vrátane vitamínu K, ktorý je tiež príčinou hypoprotrombinémie. Preto, ak sa zistí pokles protrombínového indexu, po 3-dňovej záťaži vitamínom K - 0,015 vikasolu 3-krát denne by sa mala vykonať opakovaná štúdia. Ak množstvo protrombínu zostáva nízke, znamená to poškodenie pečeňového parenchýmu.

Ďalším faktorom systému zrážania krvi, ktorý prirodzene reaguje na poškodenie pečene, je prokonvertín (faktor VII, stabilný faktor). Prokonvertín katalyzuje pôsobenie tromboplastínu, čím urýchľuje tvorbu trombínu. Tento faktor sa tvorí v pečeni, jeho obsah v plazme je 0,015-0,03%. Množstvo prokonvertínu, podobne ako protrombínu, je vyjadrené ako index. Normálny čas prokonvertínu je 30-35 sekúnd, index je 80-120%.

Pri poškodení pečeňového parenchýmu klesá protrombínový index aj prokonvertínový index. Existuje paralela medzi týmito ukazovateľmi a závažnosťou poškodenia pečene (K. G. Kapetanaki a M. A. Kotovshchikova, 1959; A. N. Filatov a M. A. Kotovshchikova, 1963).

Navrhované veľké množstvo rôzne metódy, ktoré nepriamo určujú prítomnosť dysproteinémie a paraproteinémie. Všetky sú založené na zrážaní patologického proteínu rôznymi činidlami.

Takata-Ara test (sublimačný test) je založený na vyzrážaní flokulentnej zrazeniny hrubo dispergovaných proteínov pod vplyvom sublimátu obsahujúceho Takata činidlo. Reakcia sa hodnotí podľa hustoty sedimentu alebo podľa riedenia séra, pri ktorom dochádza k zákalu. Vzorka je vyhodnotená ako pozitívna, ak sa v sérii skúmaviek s činidlom Takata a klesajúcim množstvom séra (1,0; 0,5; 0,25; 0,12 ml atď.) objaví vločkovitá zrazenina v prvých troch alebo viacerých skúmavkách; ak len v prvých dvoch - slabo pozitívne. Test sa stáva pozitívnym pri zvýšení obsahu γ-globulínov v krvi, najmä pri Botkinovej chorobe, cirhóze pečene, ale aj pri množstve iných ochorení (zápal pľúc, syfilis a pod.).

Jednou z modifikácií testu Takata-Ara je Grossov test (sublimačná-sedimentárna reakcia), v ktorom sú výsledky vyjadrené v mililitroch sublimačného činidla potrebného na získanie zreteľného zákalu. Norma je 2 ml alebo viac. V prípade ochorení pečene sa hodnoty Gross testu znížia na 1,8-1,6 ml, v prípade ťažkého poškodenia - na 1,4 ml a nižšie.

Veltmanov test je založený na koagulácii plazmatických bielkovín pri zahrievaní v prítomnosti roztoku chloridu vápenatého s rôznymi koncentráciami (od 0,1 do 0,01 %). Normálne ku koagulácii dochádza, keď je koncentrácia roztoku vyššia ako 0,04 %, t.j. v prvých 6-7 skúmavkách. Poškodenie pečene je charakterizované objavením sa sedimentu pri nižšej koncentrácii - predĺžením koagulačnej „stuhy“.

Cefalínový test je založený na výskyte flokulácie cefalín-cholesterolovej emulzie v prítomnosti krvného séra pacienta. Test má výhodu oproti vyššie uvedeným tým, že je výrazne pozitívny v prítomnosti nekrózy v pečeňovom parenchýme, a preto môže byť užitočný pri stanovení aktivity procesu pri Botkinovej chorobe a cirhóze pečene a pri odlišná diagnóza medzi obštrukčnou žltačkou (v počiatočných štádiách) a poškodením pečeňového parenchýmu.

Test zákalu tymolu je založený na stanovení zákalu, ku ktorému dochádza, keď sa testované sérum kombinuje s tymolovým činidlom. Stupeň zákalu sa stanoví po 30 minútach a vyhodnotí sa na spektrofotometri alebo kolorimetri. Pomocou štandardnej krivky zákalu sa získa výsledok v ľubovoľných jednotkách. Norma sa pohybuje od 0,8 do 5,0 jednotiek. Ak je pečeň poškodená, hodnota vzorky sa zvyšuje a dosahuje 30-35 jednotiek. s Botkinovou chorobou (Popper, Schaffner, 1961).

Test zákalu tymolu môže pokračovať vo forme testu vločkovania tymolu: hodnotí sa vločkovanie, ktoré nastane 24 hodín po spojení séra s činidlom tymol.

Zvyškový dusík v krvi Normálne je to 20-40 mg%. Ťažká azotémia (až do 100 mg% alebo viac) sa vyskytuje pri ťažkom poškodení pečene (akútna dystrofia v dôsledku hepatitídy, cirhóza v konečnom štádiu, zlyhanie pečene po operácii pečene a žlčových ciest) a indikuje rozvoj zlyhania pečene.

Sérový amoniak Normálne je to 40-100%. Hyperamonémia sa pozoruje pri zlyhaní pečene, ako aj v prítomnosti výrazných portokaválnych anastomóz (vyvinutých prirodzene alebo vytvorených počas operácie), ktorými krv prúdi z čriev a obchádza pečeň. Najvýraznejšie zvýšenie množstva amoniaku v periférnej krvi pozorujeme u pacientov so zlyhaním pečene po bielkovinovej záťaži (konzumácia veľkého množstva mäsa, krv vstupujúca do čriev pri ezofageálnej resp. krvácanie do žalúdka). Na identifikáciu portálno-hepatálneho zlyhania možno použiť test so záťažou solí amoniaku (A. I. Khazanov, 1968).

Lipoproteíny a glykoproteíny*. Sérové ​​proteíny tvoria stabilné zlúčeniny s lipidmi a sacharidmi: lipo- a glykoproteíny. Prirodzene, keď sa mení pomer rôznych frakcií plazmatických bielkovín, mení sa aj obsah komplexov s nimi spojených.

Počas elektroforézy sa lipoproteíny rozdelia na frakcie zodpovedajúce α1-, β a Y-frakciám globulínu. Frakcia y („lipidový zvyšok“) zahŕňa proteínové zlúčeniny s neutrálnym tukom a cholesterylestermi, ktoré sú mierne pohyblivé v elektrickom poli. Táto frakcia nemá praktický význam, pretože sa za patologických podmienok nemení. Zdraví jedinci majú nasledujúci percentuálny pomer α- a β-frakcií, lipoproteínov (I. E. Tareeva, 1962): α-lipoproteíny - 29,0 ± 4,9; p-lipoproteíny - 71,0 ± 4,9; pomer β/α-2,45 ± 0,61.

Bola preukázaná súvislosť medzi zmenami v pomere α- a β-frakcií lipoproteínov a závažnosťou poškodenia pečeňového parenchýmu. Neexistuje úplná paralela medzi zmenami v lipoproteinograme a inými funkčnými indikátormi. Treba si však uvedomiť, že Botkinova choroba a aktívna fáza cirhózy pečene sú charakterizované poklesom množstva α-lipoproteínov až do úplného vymiznutia na lipidovom profile a nárastom β-lipoproteínov so zodpovedajúcim zvýšením β. pomer /α niekoľkokrát. Pri chronickom poškodení pečene sú tieto zmeny menej výrazné.

Glykoproteíny sú zlúčeniny rôznych sacharidov s bielkovinami, najmä globulínmi. Elektroforetická metóda poskytuje separáciu glykoproteínových frakcií so zodpovedajúcimi proteínovými frakciami. K syntéze glykoproteínov dochádza v pečeni, preto je pochopiteľný pokus využiť stanovenie glykoproteínov na účely funkčnej diagnostiky. Údaje získané rôznymi autormi pri vyšetrovaní pacientov s patológiou pečene však zostávajú veľmi rozporuplné. Charakteristický je nárast frakcie α-glykoproteínov (N. A. Zaslavskaya, 1961; I. D. Mansurova, V. I. Dronova a M. S. Panasenko, 1962).

* Spôsob stanovenia pozri: A. F. Blyuger. Štruktúra a funkcia pečene pri epidemickej hepatitíde. Riga, 1964.

Metabolizmus bielkovín

Metabolizmus bielkovín je ústredným článkom všetkých biochemických procesov, ktoré sú základom existencie živého organizmu. Charakterizuje sa intenzita metabolizmu bielkovín dusíková bilancia pretože väčšina telesného dusíka pochádza z bielkovín. Toto zohľadňuje dusík krmiva, dusík tela a dusík produktov vylučovania. Dusíková bilancia môže byť pozitívna (keď dôjde k zvýšeniu hmotnosti zvieraťa a zadržiavanie dusíka v tele), rovná nule, alebo je pozorovaná dusíková bilancia (z tela sa odoberie toľko dusíka, koľko sa dodá krmivom ), a negatívne (rozklad bielkovín nie je kompenzovaný kŕmnymi bielkovinami). Charakteristická je dusíková bilancia bielkovinové minimum- najmenšie množstvo bielkovín v krmive, ktoré je potrebné na udržanie dusíkovej rovnováhy v tele. Minimum bielkovín, prepočítané na 1 kg živej hmotnosti, má tieto priemerné hodnoty, g:

Dojčiaca krava	1
Nelaktujúca krava	0,6-0,7
Ovce	1
Koza	1
Prasa	1
Pracovný kôň	1,24,42
Kôň nepracuje	0,7-0,8

Kŕmne bielkoviny sa delia na plnohodnotné A menejcenný. Kompletné krmivá obsahujú zvyšky esenciálnych aminokyselín, ktoré si telo zvieraťa nedokáže syntetizovať: valín, izoleucín, leucín, lyzín, metionín, treonín, tryptofán a fenylalanín. Podmienečne esenciálne aminokyseliny zahŕňajú

histidín, keďže jeho mierny nedostatok v krmive je kompenzovaný syntézou mikroflórou v tráviacom trakte. Zvyšné aminokyseliny sú zameniteľné a môžu byť syntetizované v tele zvieraťa: alanín, kyselina asparágová a kyselina glutámová, série. Päť aminokyselín sa považuje za čiastočne esenciálnych: arginín, glycín, tyrozín, cystín a cysteín. Iminokyseliny prolín a hydroxyprolín sa môžu v tele syntetizovať.

V rôznych krmivách a produkty na jedenie obsahuje nerovnaké množstvo bielkovín,%:

Hrachová fazuľa	26	Kŕmiť kvasnice	16
Sójové bôby	35	Zemiak	2,0-5
pšeničné zrno	13	Kapustnica	1,1-1,6
Kukuričné ​​zrno	9,5	Mrkva	0,8-1
zrnko ryže	7,5	Repa	1,6

Živočíšne produkty sú bohaté na kompletné bielkoviny, %:

Chudé hovädzie mäso	21,5	Tvaroh	14,6
Chudé jahňacie	19,8	Syry	20-36
Mastné jahňacie	25	Kuracie vajce	12,6
Bravčové mäso je mastné	16,5	Kravské mlieko	3,5
Ryby	9-20	Kravské maslo	0,5

Štandardom kompletného proteínu je najčastejšie kazeín, ktorý obsahuje všetky esenciálne aminokyseliny.

Trávenie bielkovín. V tráviacom trakte sa bielkoviny rozkladajú na aminokyseliny a prostatické skupiny.

IN ústna dutina krmivo s obsahom bielkovín sa mechanicky rozdrví, navlhčí slinami a vytvorí potravný bolus, ktorý sa dostáva do žalúdka cez pažerák (u prežúvavcov - do proventrikulu a slezu, u vtákov - do žľazového a žalúdku). Sliny neobsahujú enzýmy schopné štiepiť potravinové bielkoviny. Žuvané krmivo sa dostáva do žalúdka (u prežúvavcov do slezu), premiešané a namočené v žalúdočnej šťave.

Tráviace šťavy- bezfarebná a mierne opaleskujúca kvapalina s hustotou 1,002-1,010. Človek vyprodukuje asi 2 litre za deň, dobytok - 30, kôň - 20, prasa - 4, pes - 2-3, ovca a koza - 4 litre tráviace šťavy. Sekrécia žalúdočnej šťavy v prvom

(komplexná reflexná) fáza je určená vzhľadom, vôňou a chuťou potravy, v druhej (neurohumorálnej) fáze - jej chemickým zložením a mechanickým dráždením receptorov sliznice. Zloženie žalúdočnej šťavy zahŕňa 99,5% vody a 0,5% pevných látok. Medzi husté látky patria enzýmy pepsín, renín, gastrixín, želatináza, lipáza (u ošípaných a amyláza); proteíny - sérové ​​albumíny a globulíny, mukoproteíny, Castle faktor; z minerálnych látok, kyselín (hlavne chlorovodíkovej) a solí.

Hlavným enzýmom žalúdočnej šťavy je pepsín a kyselina, ktorá vytvára podmienky pre jej katalytické pôsobenie, je kyselina chlorovodíková. Hlavné bunky fundusových žliaz žalúdka sa podieľajú na tvorbe pepsínu a parietálne bunky sa podieľajú na tvorbe kyseliny chlorovodíkovej. Zdrojom chloridových iónov je NaCl, ióny H + - protóny prichádzajúce z krvi do cytoplazmy parietálnych buniek v dôsledku redoxných reakcií (G. D. Kovbasyuk, 1978).

Kyselina chlorovodíková vytvára potrebnú kyslosť pre katalytické pôsobenie enzýmov. U ľudí je teda pH žalúdočnej šťavy 1,5-2,0, u hovädzieho dobytka - 2,17-3,14, u koňa - 1,2-3,1, u ošípaných - 1,1-2,0, u oviec - 1,9-5,6, u vtákov - 3,8. Kyselina chlorovodíková tiež vytvára podmienky pre premenu pepsinogénu na pepsín, urýchľuje štiepenie bielkovín na ich zložky, ich denaturáciu, napučiavanie a uvoľňovanie, zabraňuje rozvoju hnilobných a fermentačných procesov v žalúdku, stimuluje syntézu črevných hormónov atď. V laboratórnej praxi celková, voľná a viazaná kyslosť žalúdočnej šťavy.

Renín (chymozín alebo syridlový enzým) je produkovaný u mladých prežúvavcov žľazami sliznice slezu. Je syntetizovaný vo forme prorenínu, ktorý pri pH

IN žalúdka Dochádza k hydrolytickému rozkladu väčšiny kŕmnych bielkovín. Nukleoproteíny sa teda pod vplyvom kyseliny chlorovodíkovej a pepsínu rozkladajú na

nukleové kyseliny a jednoduché bielkoviny. Tu dochádza aj k rozpadu iných proteínov. Vplyvom pepsínu dochádza k štiepeniu peptidových väzieb na okrajoch molekúl bielkovín. Najľahšie sa lámu väzby tvorené aromatickými a dikarboxylovými aminokyselinami. Pepsín ľahko štiepi bielkoviny živočíšneho pôvodu (kazeín, myoglobín, myogén, myozín) a niektoré rastlinné bielkoviny, budované najmä z monoaminodikarboxylových kyselín (gliadín a glutelín obilnín), s výnimkou vlnených keratínov, hodvábnych fibroínov, slizových mucínov, ovomukoidov, niektoré kostné proteíny a chrupavky.

Niektoré bielkoviny sú štiepené inými proteolytickými enzýmami žalúdočnej šťavy, napríklad kolagény - želatináza, kasenny - renín.

Vplyvom zložiek žalúdočnej šťavy, predovšetkým kyseliny chlorovodíkovej a enzýmov, sa proteíny v žalúdku hydrolyzujú na prostetické skupiny, albumín, peptóny, polypeptidy a dokonca aminokyseliny.

Žalúdočnú sekréciu stimulujú hormonoidy sliznice tráviaceho traktu: gastrín (v pyloru), enterogastrín (v črevách), histamín (v žalúdku) atď.

Vlastnosti trávenia bielkovín u prežúvavcov. U prežúvavcov sa potravný bolus z pažeráka dostáva do proventrikulu, kde podlieha dodatočnému mechanickému spracovaniu, pri prežúvaní sa vracia do ústnej dutiny, opäť sa rozdrví, potom sa dostane do bachora, pletiva, knihy a slezu, kde sa prvý štádium trávenia je ukončené.

V proventrikulu dochádza k chemickému spracovaniu kŕmnych látok pod vplyvom enzýmov z baktérií, nálevníkov a húb, ktoré tam symbiotujú. Až 38 % mikróbov v bachore hovädzieho dobytka a 10 % mikróbov v bachore oviec má proteolytickú aktivitu, 70 – 80 % takýchto enzýmov sa koncentruje vo vnútri buniek, 20 – 30 % v tekutine v bachore. Enzýmy pôsobia podobne ako trypsín, štiepia peptidové väzby medzi karboxylovou skupinou arginínu alebo lyzínu a aminoskupinou iných aminokyselín pri pH 5,5-6 a pH 6,5-7. Proteíny sa vplyvom peptidových hydroláz štiepia na peptidy, peptidy peptidázami na oligopeptidy, oligopeptidy na aminokyseliny. Kukuričný zeín je teda zo 60 % hydrolyzovaný na aminokyseliny a

kazeín - 90%. Niektoré aminokyseliny sú deaminované bakteriálnymi enzýmami.

Pozoruhodnou vlastnosťou trávenia v proventrikulu je syntéza bielkovín mikroorganizmami z nebielkovinových látok krmiva a jeho spracovaných produktov. Prevažnú časť rastlinnej stravy predstavujú sacharidy a predovšetkým vláknina. Vláknina v predžalúdku sa vplyvom mikrobiálnych enzýmov celuláza a celobiáza rozkladá na a-D(+)-glukóza a β-D(+)-glukóza.

Monózy prechádzajú rôznymi typmi fermentácie, čo vedie k tvorbe mastných kyselín s nízkou molekulovou hmotnosťou. Teda pri mliečnom kvasení spôsobenom Bact. lactis, kyselina mliečna vzniká z glukózy: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 → CHOH - COOH. Pri fermentácii kyseliny maslovej, spôsobenej baktériami rodu Clostridium, vzniká kyselina maslová: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 atď.

Množstvo prchavých mastných kyselín v bachore kravy môže dosiahnuť 7 kg za deň. Pri krmive koncentrovanom na seno obsahuje bachor kráv: kyselina octová - 850-1650 g, kyselina propiónová - 340-1160, kyselina maslová - 240-450 g.

V prepočte na kyselinu octovú sa v bachore ovce za deň vytvorí 200 – 500 g prchavých mastných kyselín. ich percentuálne zloženieĎalšie:

Niektoré z týchto kyselín sa využívajú na syntézu mliečneho tuku, glykogénu a iných látok (obr. 22), niektoré slúžia ako materiál pre mikroflóru na syntézu aminokyselín a vlastného proteínu.

K syntéze aminokyselín mikroflórou v predžalúdku prežúvavcov dochádza v dôsledku bezdusíkových fermentačných produktov a amoniaku. Zdrojom amoniaku sú produkty rozkladu močoviny, amónne soli a

iné prísady do stravy obsahujúce dusík. Močovina sa teda pod vplyvom enzýmu ureázy produkovaného bachorovou mikroflórou rozkladá na amoniak a oxid uhličitý:

Zdrojom produktov bez dusíka sú najčastejšie ketokyseliny, ktoré vznikajú z mastných kyselín (viď vyššie). Táto biosyntéza má zvyčajne charakter redukčnej aminácie:

Z aminokyselín mikroorganizmy syntetizujú proteíny potrebné pre ich existenciu. V závislosti od stravy je možné v bachore kráv syntetizovať 300 – 700 g bakteriálnych bielkovín denne.

Z proventrikulu sa kŕmne hmoty dostávajú do slezu, kde vplyvom kyslej syridlovej šťavy odumierajú mikroorganizmy a ich bielkoviny sa rozkladajú na aminokyseliny.

Zo žalúdka (abomasum) vstupujú po malých častiach kŕmne hmoty do tenké črevo, kde je ukončený rozklad bielkovín. Zahŕňa proteolytické enzýmy sekrécie pankreasu a črevnej šťavy. Tieto reakcie prebiehajú v neutrálnom a mierne alkalickom prostredí (pH 7-8,7). V tenkom čreve hydrogénuhličitany pankreatickej sekrécie a črevnej šťavy neutralizujú kyselinu chlorovodíkovú: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3.

Kyselina uhličitá sa vplyvom enzýmu karboanhydrázy štiepi na CO 2 a H 2 O. Prítomnosť CO 2 prispieva k tvorbe stabilnej emulzie v tráve, ktorá uľahčuje trávenie.

Asi 30 % peptidových väzieb proteínov je štiepených trypsínom. Uvoľňuje sa vo forme neaktívneho trypsinogénu a vplyvom enzýmu črevnej sliznice enterokinázy sa mení na aktívny trypsín, pričom stráca hexapeptid, ktorý predtým prekrýval aktívne centrum (obr. 23) Trypsín štiepi peptidové väzby tvorené - COOH skupinami arginínu a lyzínu a - NH 2 -skupinami iných aminokyselín.

Takmer 50% peptidových väzieb je štiepených chymotrypsínom. Uvoľňuje sa vo forme chymotrypsinogénu, ktorý sa vplyvom trypsínu mení na chemotrypsín. Enzým štiepi peptidové väzby tvorené COOH skupinami fenylalanínu, tyrozínu a tryptofánu a NH 2 skupinami iných aminokyselín. Zvyšné peptidové väzby sú štiepené peptidázami črevnej šťavy a pankreatickej šťavy – karboxypeptidázami a aminopeptidázami.

Pankreatická šťava obsahuje kolagenázu (rozkladá kolagén) a elastinázu (hydrolyzuje elastín). Aktivita enzýmov je aktivovaná mikroelementmi: Mg 2+, Mn 2+, Co 2+ atď.. Konečná fáza trávenia bielkovín je znázornená v diagrame:

Trávenie bielkovín prebieha v črevnej dutine a na povrchu sliznice (parietálne trávenie).

V črevnej dutine sa molekuly bielkovín rozkladajú a na povrchu sliznice ich „fragmenty“: albumózy, peptóny, polypeptidy, tripeptidy a dipeptidy.

Proteíny a ich deriváty, ktoré neprešli rozkladom v tenkom čreve, sú následne hrubého čreva podlieha hnilobe. Hnijúce - viacstupňové

proces, ktorého sa v určitých štádiách zúčastňujú rôzne mikroorganizmy: anaeróbne a aeróbne baktérie rodov Bacillus a Pseudomonas, nálevníky atď. Vplyvom bakteriálnych peptidových hydroláz sa komplexné proteíny štiepia na proteíny a prostetické skupiny. Proteíny sa zasa hydrolyzujú na aminokyseliny a tie podliehajú deaminácii, dekarboxylácii, intramolekulárnemu štiepeniu, oxidácii, redukcii, metylácii, demetylácii atď. Vzniká množstvo toxických produktov, ktoré sa cez črevnú sliznicu vstrebávajú do obehového a lymfatického systému. a sú prenášané po celom tele, otravujú jeho orgány, tkanivá a bunky.

Počas rozkladu v hrubom čreve teda aminokyseliny podliehajú dekarboxylácii, čo vedie k tvorbe toxických amínov, napríklad kadaverínu a putrescínu.

Pri deaminácii (redukčnej, intramolekulárnej, hydrolytickej, oxidačnej) vzniká amoniak, nasýtené a nenasýtené karboxylové kyseliny, hydroxykyseliny a ketokyseliny.

Bakteriálne dekarboxylázy môžu spôsobiť ďalší rozklad karboxylových kyselín za vzniku uhľovodíkov, aldehydov, alkoholov a pod.: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;

Tieto procesy sa zvyčajne vyskytujú v tandeme av etapách, čo nakoniec vedie k vzniku širokej škály hnijúcich produktov. Pri hnilobnom rozklade cyklických aminokyselín teda vznikajú nasledujúce fenoly.

Pri hnilobnom rozklade tryptofánu vzniká skatol a indol.

Pri hnilobnom rozklade cystínu a cysteínu vznikajú merkaptány, sírovodík, metán, oxid uhličitý.

Procesy hniloby bielkovín sa intenzívne rozvíjajú pri kŕmení zvierat nekvalitným krmivom, porušovaním kŕmneho režimu, pri ochoreniach tráviaceho traktu (atónia predkolenia, zápcha), infekčných (kolibacilóza) a invazívnych (askaridóza). To negatívne ovplyvňuje zdravie a produktivitu zvierat.

Absorpcia bielkovín. Proteíny sú absorbované vo forme aminokyselín, peptidov s nízkou molekulovou hmotnosťou a prostetických skupín. U novonarodených zvierat sa absorbuje časť nestrávených bielkovín mledziva a mlieka. Miesto absorpcie - mikroklky vilózneho epitelu sliznice tenké črevo. Aminokyseliny vstupujú do bunky cez submikroskopické tubuly mikroklkov a exoplazmatickú membránu v dôsledku procesov difúzie, osmózy, pomocou proteínových nosičov proti koncentračným a elektrochemickým gradientom. V prvom rade sa aminokyselina naviaže na transportér. Je to polyvalentný ión, ktorý má štyri miesta

väzba na neutrálne, kyslé a zásadité aminokyseliny, ako aj na ión Na +. Po prechode membránou sa aminokyselina odštiepi z nosiča a postupne sa presúva cez endoplazmatické retikulum a lamelárny komplex od apikálneho okraja do bazálnej oblasti enterocytu (obr. 24). Arginín, metionín, leucín sa vstrebávajú rýchlejšie; pomalšie - fenylalanín, cysteín, tyrozín; pomaly - alanín, serín a kyselina glutámová.

V sacích procesoch dôležité miesto patrí k sodíkovej pumpe, keďže chlorid sodný urýchľuje vstrebávanie.

Chemickú energiu spotrebovanú v tomto procese poskytujú mitochondrie.

Proteínový nosič sa podieľa na pohybe aminokyselín v bunke. V bazálnej a laterálnej oblasti bunky sa štiepi komplex transportér + aminokyselina.

Aminokyselina difunduje do medzibunkového priestoru a dostáva sa do krvi resp

lymfatický systém klkov a ióny Na + sa vracajú na povrch bunky a interagujú s novými časťami aminokyselín. Tieto procesy sú regulované nervovým a humorálnym systémom.

V hrubom čreve sa absorbujú hnilobné produkty: fenol, krezol, indol, skatol atď.

Medzivýmena. Produkty absorpcie bielkovín cez systém portálna žila vstúpiť do pečene. Aminokyseliny zostávajúce v krvi po prechode pečeňou z pečeňovej žily vstupujú do veľký kruh krvný obeh a sú prenášané do jednotlivé orgány, tkanivách a bunkách. Niektoré z aminokyselín z medzibunkovej tekutiny vstupujú lymfatický systém, potom systémový obeh.

Krvná plazma obsahuje určité množstvo aminokyselín a polypeptidov. Ich obsah sa po kŕmení zvyšuje.

Krvná plazma je bohatá na glutamín a kyselinu glutámovú.

Väčšina aminokyselín sa vynakladá na biosyntézu bielkovín, niektoré - na biosyntézu biologicky aktívnych látok (neproteínové hormóny, peptidy, amíny atď.), Niektoré sú deaminované a používajú sa ako energetické suroviny a materiál pre biosyntéza lipidov, sacharidov, nukleových kyselín atď.

Biosyntéza bielkovín

Biosyntéza bielkovín prebieha vo všetkých orgánoch, tkanivách a bunkách. Najväčšie množstvo bielkovín sa syntetizuje v pečeni. Jeho syntézu vykonávajú ribozómy. Podľa chemickej povahy sú ribozómy nukleoproteíny pozostávajúce z RNA (50-65%) a proteínov (35-50%).

Ribozómy sa tvoria samoskladaním z vopred syntetizovanej RNA a proteínov. Sú súčasťou granulárneho endoplazmatického retikula, kde dochádza k biosyntéze a pohybu syntetizovaných molekúl proteínov.

Ribozómy v bunke sa nachádzajú vo forme zhluku od 3 do 100 jednotiek - polyzómov (polyribozómy, ergozómy). Ribozómy sú väčšinou navzájom spojené akousi niťou, viditeľnou pod elektrónovým mikroskopom – mRNA (obr. 25).

Každý ribozóm je schopný syntetizovať

nezávisle jeden polypeptidový reťazec, skupina - niekoľko takýchto reťazcov a proteínových molekúl. Príkladom veľkého polyribozomálneho systému sú polyzómy svalového tkaniva, ktoré syntetizujú myozín. Polyzóm pozostáva zo 60-100 ribozómov a uskutočňuje biosyntézu proteínovej molekuly, ktorá pozostáva z 1800 aminokyselinových zvyškov.

Biosyntéza bielkovín v bunke prebieha v niekoľkých fázach.

Aktivácia aminokyselín. Aminokyseliny vstupujú do hyaloplazmy z medzibunkovej tekutiny v dôsledku difúzie, osmózy alebo aktívneho prenosu. Každý typ amino a iminokyseliny interaguje s vlastným aktivačným enzýmom – aminoacylsyntetázou. Reakcia je aktivovaná katiónmi Mg 2+, Mn 2+ a Co 2+. Objaví sa aktivovaná aminokyselina.

Zlúčenina aktivovaných aminokyselín s tRNA. V druhom štádiu biosyntézy bielkovín sa aktivujú aminokyseliny (aminoacyladenyláty) z ich zlúčenín s

zodpovedajúce enzýmy sa prenesú do tRNA cytoplazmy. Proces je katalyzovaný aminoacyl-RNA syntetázami.

Aminokyselinový zvyšok je spojený karboxylovou skupinou s hydroxylovou skupinou druhého uhlíkového atómu ribózového nukleotidu tRNA.

Transport komplexu aktivovanej aminokyseliny s tRNA do bunkového ribozómu. Aktivovaná aminokyselina spojená s jej tRNA sa prenesie z hyaloplazmy do ribozómu. Tento proces je katalyzovaný špecifickými enzýmami, ktorých je v tele najmenej 20,

Množstvo aminokyselín je transportovaných niekoľkými tRNA (napríklad valín a leucín - tri tRNA). Tento proces využíva energiu GTP a ATP.

Väzba aminoacyl-tRNA na komplex mRNA-ribozóm. Aminoacyl-tRNA, ktorá sa blíži k ribozómu, interaguje s mRNA. Každá tRNA má oblasť, ktorá pozostáva z troch nukleotidov - antigsodon. V mRNA zodpovedá oblasti s tromi nukleotidmi - kodón. Každý kodón má antikodón tRNA a jednu aminokyselinu. Počas biosyntézy sa do ribozómu pridávajú aminokyseliny vo forme aminoacyl-tRNA, ktoré sa následne spoja do polypeptidového reťazca v poradí určenom umiestnením ko-dónov v mRNA.

Iniciácia polypeptidového reťazca. Po spojení dvoch susedných aminoacyl-tRNA s kodónmi mRNA svojimi antikodónmi sa vytvoria podmienky pre syntézu polypeptidového reťazca. Vzniká prvá peptidová väzba. Tieto procesy sú katalyzované peptidovými syntetázami a aktivované katiónmi Mg 2+ a proteínovými iniciačnými faktormi - F 1, F 2 a F 3. Zdrojom chemickej energie je

GTF. K spojeniu dochádza v dôsledku skupiny CO prvej a skupiny NH2 druhej aminoacyl-tRNA.

Tieto reakcie sa vyskytujú na voľnej podjednotke 30S. Podjednotka 50S sa pripojí k iniciačnému komplexu a spoja sa za vzniku ribozómu naviazaného na mRNA. Každý iniciačný krok vyžaduje jednu molekulu GTP.

Predlžovanie polypeptidového reťazca. Iniciácia polypeptidového reťazca začína od N-konca, pretože -NH2-skupina prvej aminokyseliny je zachovaná vo výslednom dipeptide. Prvá tRNA, ktorá prináša svoju aminokyselinu, sa odštiepi z komplexu mRNA-ribozóm a „pošle“ do hyaloplazmy pre novú aminokyselinu. Dipeptid spojený s druhou tRNA (pozri vyššie) interaguje s treťou amino-acyl-tRNA, vytvorí sa tripeptid a druhá tRNA opustí ribozóm do hyaloplazmy atď. Peptidový reťazec sa predĺži (predĺži) v dôsledku postupné pridávanie nových aminokyselinových zvyškov. Ribozóm sa postupne pohybuje pozdĺž mRNA a transformuje informácie v ňom zakódované do jasne organizovaného polypeptidového reťazca. S každým krokom ribozómu sa vytvorí nová peptidyl-tRNA, zvýšená o jeden aminokyselinový zvyšok. Proces je katalyzovaný peptidyltransferázou a aktivovaný katiónmi Mg 2+ a proteínovými faktormi (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Zdrojom energie je GTP. Na polyzóme sa synchrónne syntetizuje niekoľko peptidových reťazcov. To vytvára primárnu štruktúru molekuly proteínu.

Ukončenie polypeptidového reťazca. Ribozóm, na povrchu ktorého bol syntetizovaný polypeptidový reťazec, dosiahne koniec reťazca mRNA a „odskočí“ z neho; nový ribozóm sa pripojí na opačný koniec mRNA na jeho miesto, čím sa syntetizuje ďalšia molekula polypeptidu. Polypeptidový reťazec sa odpojí od ribozómu a uvoľní sa do hyaloplazmy. Táto reakcia sa uskutočňuje špecifickým uvoľňovacím faktorom (R faktor), ktorý je spojený s ribozómom a uľahčuje hydrolýzu esterovej väzby medzi polypeptidom a tRNA. Všetky fázy sú zhrnuté do diagramu (farba, tabuľka III).

V hyaloplazme sa z polypeptidových reťazcov tvoria jednoduché a zložité proteíny. Vznikajú sekundárne, terciárne a v niektorých prípadoch aj kvartérne štruktúry molekuly proteínu.

Obnova bielkovín v tele. Proteíny sú v dynamickom stave, prechádzajú neustálymi procesmi syntézy a rozkladu. Počas života sa postupne „opotrebúvajú“ – ničia sa ich kvartérne, terciárne, sekundárne a primárne štruktúry. Funkčné skupiny proteínov sú inaktivované a väzby v molekule proteínu sú zničené. Je potrebné nahradiť „opotrebované“ proteínové molekuly novými.

V závislosti od stupňa poškodenia molekuly proteínu sa čiastočne alebo úplne obnovuje. V prvom prípade sa vplyvom špeciálnych enzýmov obnovujú malé úseky polypeptidových reťazcov alebo jednotlivé aminokyselinové zvyšky (transpeptidácia). V druhom prípade je „opotrebovaná“ molekula proteínu úplne nahradená novou. Poškodená molekula proteínu sa rozkladá pod vplyvom tkanivových proteáz alebo katepsínov I, II, III a IV, lokalizovaných v lyzozómoch. Molekula proteínu prechádza pre tieto látky obvyklými transformáciami.

Proteíny v ľudskom tele sa vo všeobecnosti obnovia v priebehu 135-155 dní. Bielkoviny pečene, pankreasu, črevnej steny a krvnej plazmy sa obnovia do 10 dní, svaly - 30 dní, kolagén - 300 dní. K syntéze proteínovej molekuly v bunke dochádza rýchlo - v priebehu 2-5 s. V tele dospelého človeka sa denne syntetizuje 90 – 100 g bielkovín (1,3 g na 1 kg

omše). Stupeň obnovy klesá so starnutím, chorobou atď.

Biosyntéza peptidov

Niektoré endo- a exogénne aminokyseliny sa používajú na syntézu peptidov.

glutatión. Je to tripeptid vytvorený zo zvyškov kyseliny glutámovej, cysteínu a glycínu.

Biosyntéza prebieha v dvoch fázach. Takže spočiatku pod vplyvom enzýmu γ -glutamylcysteínsyntetáza tvorí dipeptid-, potom za účasti tripeptidsyntetázy - tripeptid-glutatión:

On je neoddeliteľnou súčasťou mnohých enzýmov, chráni SH skupiny bielkovín pred oxidáciou.

Karnozín a anserín. Dipeptidy svalového tkaniva. Karnozín vzniká z histidínu a β -alanín, anserín - z 1-metylhistidínu a β -alanín.

Peptidy sú syntetizované pod vplyvom špecifických enzýmov, za účasti ATP a Mg 2+ iónov. Reakcie prebiehajú v dvoch stupňoch, napríklad syntéza karnozínu.

Biosyntéza a metabolizmus jednotlivých aminokyselín

Neesenciálne aminokyseliny sa syntetizujú v telesných tkanivách; esenciálne vstupujú do tela ako súčasť potravy; podmienečne esenciálne sú syntetizované v tkanivách v obmedzenom rozsahu (arginín a histidín) alebo v prítomnosti prekurzorov (tyrozín a cysteín). Určité množstvo aminokyselín je syntetizované symbiotickou mikroflórou v tráviacom trakte.

Najbežnejším materiálom používaným na syntézu aminokyselín je α -keto- a α -hydroxykyseliny, ktoré vznikajú v tkanivách pri intermediárnom metabolizme sacharidov, lipidov a iných zlúčenín. Zdrojom dusíka je amoniak a amónne soli a zdrojom vodíka je NAD∙H2 alebo NADP∙H2.

Ak je zdrojom aminokyseliny ketokyselina, potom môže prejsť redukčnou amináciou, ktorá prebieha v dvoch fázach: najprv sa vytvorí iminokyselina, potom aminokyselina.

Takto vzniká alanín z kyseliny pyrohroznovej, kyselina asparágová a glutámová z kyseliny oxaloctovej atď.

Niektoré kyseliny glutámovej môžu byť syntetizované z α -kyselina ketoglutarová pôsobením enzýmu L-glutamátdehydrogenáza.

Kyselinu glutámovú využívajú tkanivá ako donor aminoskupiny.

Jednotlivé aminokyseliny môžu vznikať z iných aminokyselín transamináciou (A.E. Braunstein a M.G. Kritsman, 1937) vplyvom enzýmov aminoferázy, ktorých integrálnou súčasťou je derivát vitamínu B 6 - pyridoxalfosfát, ktorý hrá úlohu nosič NH2 skupín (str. 271).

Takto vzniká glycín zo serínu alebo treonínu; alanín - z kyseliny glutámovej a asparágovej, tryptofánu alebo cysteínu; tyrozín z fenylalanínu; cysteín a cystín - zo serínu alebo metionínu; kyselina glutámová vzniká z prolínu alebo arginínu atď.

Metabolizmus jednotlivých aminokyselín má určité charakteristiky.

Glycín. Podieľa sa na množstve najdôležitejšie reakcie biosyntéza. Z toho sa teda tvoria:

V tkanivách pečene sa glycín podieľa na procese neutralizácie toxických zlúčenín - benzoínu,

fenyloctové kyseliny a fenoly, tvorí párové zlúčeniny, ktoré sa vylučujú močom.

alanín. Vzniká transamináciou kyseliny pyrohroznovej (pozri vyššie). Existuje vo forme α - A β -formy Podieľa sa na biosyntéze.

Kyselina asparágová. Zvyčajne sa tvorí transamináciou kyseliny oxaloctovej (pozri vyššie). Spolu s kyselinou glutámovou zabezpečuje vzťah medzi metabolizmom bielkovín, sacharidov a lipidov. Slúži ako donor aminoskupín v

transaminačné reakcie. Hlavné reakcie sú znázornené v diagrame.

Kyselina glutámová. Obsiahnutý v tkanivách ako súčasť bielkovín, vo voľnom stave a vo forme amidu. Darca aminoskupín v transaminačných reakciách. Hlavné látky, na syntéze ktorých sa kyselina podieľa:

Serín a treonín. Ich metabolizmus úzko súvisí s metabolizmom glycínu. Serín v tkanivách sa tvorí z kyseliny 3-fosfoglycerovej. Glycín vzniká zo serínu ako výsledok prenosu jednouhlíkového fragmentu (C1) na kyselinu tetrahydrolistovú (THFA, pozri str. 311). Glycín môže byť vytvorený z treonínu. Fragment Cl sa používa na syntézu histidínu a purínov. Kyselina pyrohroznová vzniká zo serínu a treonínu, ktorý je zaradený do cyklu TCA pomocou acetyl-CoA.

Niektoré z transformácií sa odrážajú v diagrame:

Hydroxylová skupina serínu je súčasťou aktívneho centra mnohých enzýmov: trypsín, chemo-trypsín, esterázy, fosforylázy.

metionín. Je súčasťou mnohých bielkovín. Slúži ako darca pre metalovú skupinu. K prenosu metylovej skupiny počas procesu remetylácie dochádza pod vplyvom zodpovedajúcich metyltransferáz cez S-adenosylmetionín:

Prekurzorom metionínu je kyselina asparágová, ktorá sa niekoľkými stupňami (homoserín, 0-sukcinylhomoserín, cysteín, cystationín, homocysteín) premieňa na metionín.

Cysteín a cystín. Zložky mnohých proteínov, peptidov, hormónov a iných zlúčenín. SH skupina cysteínu je neoddeliteľnou súčasťou aktívnych centier množstva enzýmov. Účasť cysteínu na metabolizme sa čiastočne odráža v diagrame:

Arginín a ornitín. Arginín vzniká pri premene oxidu uhličitého a amoniaku na močovinu.

Obe aminokyseliny sa podieľajú na tvorbe množstva životne dôležitých látok.

lyzín. Najdôležitejšia aminokyselina. Podieľa sa na syntéze mnohých látok.

Σ-aminoskupina lyzínového zvyšku sa podieľa na tvorbe väzby medzi apo- a koenzýmami, najmä pri tvorbe biotínového enzýmu. Lyzín hrá dôležitú úlohu pri viazaní fosforu počas mineralizácie kostného tkaniva a iných procesov.

Fenylalanín a tyrozín. Ich premeny v tele prebiehajú týmito smermi: biosyntéza bielkovín a peptidov, tvorba

proteinogénne amíny, hormóny a pigmenty, oxidácia na konečné produkty s prasknutím jadra atď.:

tryptofán. Najdôležitejšia aminokyselina. Jeho premeny sú znázornené na diagrame:

histidín. Vzťahuje sa na esenciálne aminokyseliny. Podieľa sa na biosyntéze a metabolizme mnohých životne dôležitých látok:

Prolín a hydroxyprolín. Hydroxyprolín vzniká z prolínu. Proces je nezvratný. Obe iminokyseliny sa používajú na biosyntézu bielkovín atď.

Konverzia bezdusíkových zvyškov aminokyselín

Niektoré z aminokyselín, ktoré sa nepoužívajú pri syntéze proteínov a ich derivátov, podliehajú rozkladným procesom na amoniak a karboxylové kyseliny. Amoniak sa neutralizuje v pečeni v ornitínovom cykle. Z viacerých druhov deaminácie prevláda oxidatívna deaminácia. Výsledné ketokyseliny využívajú tkanivá na rôzne potreby. Na základe smeru použitia bezdusíkového zvyšku sa aminokyseliny delia na dva typy: glukoplastické a lipoplastické. Glukoplastické aminokyseliny (alanín, serín, cysteín atď.) zvyčajne tvoria kyselinu pyrohroznovú, ktorá slúži ako východiskový materiál pre biosyntézu glukózy a glykogénu.

Z lipoplastických aminokyselín (leucín, izoleucín, arginín, ornitín, lyzín atď.) po deaminácii vzniká kyselina acetoctová – zdroj biosyntézy vyšších mastných kyselín.

α -Ketokyseliny vznikajúce pri oxidačnej deaminácii aminokyselín sa dekarboxylujú a súčasne oxidujú na mastné kyseliny.

Výsledná mastná kyselina môže byť podrobená β -oxidáciou sa objavuje acetyl-CoA - zdroj chemickej energie alebo surovina pre biosyntézu mnohých látok.

Vlastnosti intermediárneho metabolizmu komplexných proteínov

Biosyntéza komplexných bielkovín prebieha podobne ako biosyntéza bielkovín. V tomto prípade sa primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry molekuly proteínu vytvárajú pridaním zodpovedajúcej prostetickej skupiny.

Chromoproteínový metabolizmus. Telo zvieraťa obsahuje množstvo chromoproteínov: hemoglobín, myoglobín, cytochrómy, hemínové enzýmy atď.

Vyznačujú sa prítomnosťou molekuly hemu. Najpodrobnejšie bola študovaná biosyntéza hemoglobínu.

V hematopoetických orgánoch sa tvoria hlavné zložky molekuly hemoglobínu: červená kostná dreň, slezina, pečeň. Globín sa syntetizuje z aminokyselín obvyklým spôsobom pre bielkoviny. K tvorbe hemu dochádza za účasti enzýmov v niekoľkých fázach.

Z dvoch molekúl δ kyselina -aminolevulová produkuje porfobilinogén, ktorý obsahuje pyrolový kruh.

Porfobilinogén potom tvorí cyklickú zlúčeninu štyroch pyrolových kruhov, uroporfyrín.

Pri ďalších premenách vzniká z uroporfyrínu protoporfyrín. Vplyvom enzýmu hemosyntetázy sa do molekuly protoporfyrínu zabudováva železo (Fe 2+) a vzniká hém, ktorý sa prostredníctvom histidínového zvyšku viaže na jednoduchý proteín globín tvoriaci podjednotku molekuly hemoglobínu.

Hemoglobín tvorí 90-95% suchej hmoty červených krviniek.

Metabolizmus lipoproteínov, glykoproteínov a fosfoproteínov sa veľmi nelíši od metabolizmu jednoduchých bielkovín. Ich syntéza prebieha podobne ako pri iných proteínoch – s tvorbou primárnych, sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr. Rozdiel je v tom, že počas syntézy sa na proteínovú časť molekúl pripájajú rôzne protetické skupiny. Keď sa komplexná molekula proteínu rozkladá, proteínová časť sa rozkladá na aminokyseliny a prostetické skupiny (lipidové, uhľohydrátové, fosforové estery aminokyselín) na jednoduché zlúčeniny.

Konečná výmena. Pri intermediárnom metabolizme vzniká množstvo chemických zlúčenín, ktoré sa z tela uvoľňujú ako produkty rozkladu bielkovín. Najmä oxid uhličitý sa uvoľňuje v pľúcach, voda v obličkách, s potom, vo výkaloch a s vydychovaným vzduchom. Mnohé ďalšie produkty metabolizmu bielkovín, najmä dusíkaté, sa vylučujú vo forme močoviny, párových zlúčenín atď.

Konverzia amoniaku. Amoniak vzniká pri deaminácii aminokyselín, purínových a pyrimidínových zásad, kyseliny nikotínovej a jej derivátov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Počas dňa sa v ľudskom tele deaminuje 100 – 120 g aminokyselín, vytvorí sa 16 – 19 g dusíka alebo 18 – 23 g amoniaku. V zásade je amoniak v organizme hospodárskych zvierat neutralizovaný vo forme močoviny, čiastočne vo forme alantoínu, kyseliny močovej a amónnych solí. U vtákov a plazov je hlavným konečným produktom metabolizmu dusíka kyselina močová.

Močovina- hlavný konečný produkt metabolizmu dusíka u väčšiny stavovcov a ľudí. Tvorí 80 – 90 % všetkých dusíkatých látok v moči. Bola vytvorená moderná teória tvorby močoviny v pečeni – ornitínový Krebsov cyklus.

1. NH 3 a CO 2, ktoré sa odštiepia pri deaminácii a dekarboxylácii, sa vplyvom enzýmu karbamoylfosfátsyntetázy spoja za vzniku karbamoylfosfátu.

2. Karbamoylfosfát s ornitínom za účasti ornitínkarbamoyltransferázy tvorí citrulín.

3. Pod vplyvom argininosukcinátsyntetázy interaguje s kyselinou asparágovou za vzniku kyseliny argininosukcinovej.

4. Kyselina argininojantárová sa vplyvom argininosukcinátlyázy štiepi na arginín a kyselinu fumarovú.

5. Arginín sa vplyvom arginázy rozkladá na ornitín a močovinu, ktorá sa z tela odstraňuje močom a potom:

Ornitín reaguje s novými časťami karbamoylfosfátu a cyklus sa opakuje.

Časť amoniaku v tkanivách sa počas procesu viaže tvorba amidov – asparagínu alebo glutamínu ktoré sú transportované do pečene. V pečeni sa hydrolyzujú, po čom z amoniaku vzniká močovina. Časť amoniaku využívajú tkanivá na redukčnú amináciu ketokyselín, čo vedie k tvorbe aminokyselín.

Okrem toho v tkanive obličiek sa amoniak podieľa na procese neutralizácie organických a anorganických kyselín:

Transformácie iných produktov konečná výmena bielkoviny. V procese metabolizmu bielkovín vznikajú aj ďalšie produkty konečného metabolizmu, najmä deriváty purínových a pyrimidínových zásad, plyny (uvoľňujú sa pri stolici), fenoly, indol, skatol, kyselina sírová a pod. vznikajúce v hrubom čreve pri rozpade bielkovín.

Tieto toxické zlúčeniny sa v pečeni neutralizujú tvorbou takzvaných párových kyselín, ktoré sa uvoľňujú močom, čiastočne potom a stolicou.

Indol a skatol, ktoré vznikajú pri hnilobnom rozklade tryptofánu, sa premieňajú na indoxyl a skatoxyl. Tvoria párové zlúčeniny s kyselinami glukurónovými alebo sírovými.

Transformácie produktov rozpadu chromoproteínov. Pri rozklade chromoproteínov vzniká globín a hém. Globín prechádza obvyklými premenami typickými pre proteíny. Hém slúži ako zdroj formácie

pigmenty žlče, moču a výkalov. Hemoglobín sa pri oxidácii mení na verdohemoglobínu(choleglobín). Verdohemoglobín stráca svoju bielkovinovú časť a atómy železa, čo vedie k tvorbe zelenej látky - biliverdin. Biliverdin sa redukuje na červený pigment - bilirubínu. Bilirubín sa tvorí z mezobilirubín, ktorým sa po ďalšej obnove stáva urobilinogén. Urobilinogén sa v čreve premieňa na pigmenty stolice - stercobilinogén A stercobilin, v obličkách - do pigmentu moču urobilín.

Produkty rozkladu hemu telo používa na rôzne potreby. Železo sa teda ukladá v orgánoch ako feritíny. Biliverdin a bilirubín sú žlčové pigmenty, zvyšné látky sú pigmenty moču a stolice. Podobne prebieha rozklad myoglobínu.

Regulácia metabolizmu bielkovín. Osobitné miesto v regulácii patrí kôre mozgových hemisfér mozgu a podkôrových centier. Hypotalamus obsahuje centrum pre metabolizmus bielkovín. Regulácia sa vykonáva reflexne, v reakcii na podráždenie.

Účinok hormónov na biosyntézu proteínov sa uskutočňuje stimuláciou tvorby mRNA. Somatotropín podporuje procesy syntézy proteínov. Biosyntézu bielkovín aktivuje inzulín, niekt

andro- a estrogény, tyroxín. Glukokortikoidy z kôry nadobličiek stimulujú rozklad bielkovín a uvoľňovanie dusíkatých látok.

Vplyv hormónov na metabolizmus bielkovín je spojený so zmenami rýchlosti a smeru enzymatických reakcií. Biosyntéza a následne aktivita enzýmov podieľajúcich sa na metabolizme bielkovín závisí od prítomnosti dostatočného množstva vitamínov v krmive. Najmä pyridoxalfosfát je koenzým dekarboxyláz aminokyselín, vitamín B 2 je súčasťou koenzýmu aminooxidáz, vitamín PP je základom dehydrázy kyseliny glutámovej, bez vitamínu C nemôže prebiehať biosyntéza prolínu a hydroxyprolínu atď. .

Patológia metabolizmu bielkovín. Metabolizmus bielkovín je narušený pri infekčných, invazívnych a neprenosných ochoreniach. Príčinou porúch metabolizmu bielkovín môže byť nesprávne zostavená strava, kŕmenie nekvalitným krmivom, nedodržiavanie kŕmneho režimu a pod. To vedie k zníženiu úrovne úžitkovosti zvierat, zhoršeniu ich zdravotného stavu, niekedy až smrť.

Patológia metabolizmu bielkovín sa prejavuje v rôznych formách.

Proteínový pôst. Existujú dva typy proteínového hladovania: primárne, keď nie je dostatok esenciálnych aminokyselín v krmive, a sekundárne, spôsobené chorobami tráviaceho traktu, pečene a pankreasu. U zvierat sa rast spomaľuje, objavuje sa celková slabosť a opuchy, je narušená tvorba kostí, nechutenstvo, hnačka. Nastáva negatívna dusíková bilancia, hypoproteinémia (obsah bielkovín v krvi klesá o 30-50%).

Porucha metabolizmu aminokyselín. Objavuje sa vo viacerých podobách. Pri niektorých ochoreniach pečene (hepatitída, cirhóza, akútna žltá dystrofia) sa teda obsah aminokyselín v krvi a moči prudko zvyšuje - vzniká alkaptonúria. Najmä pri poruche metabolizmu tyrozínu vzniká alkaptonúria sprevádzaná prudkým stmavnutím moču po státí na vzduchu. Pri cystinóze sa cystín ukladá v pečeni, obličkách, slezine, lymfatických uzlinách, črevách a

V moči je nadbytok cystínu (cystinúria). Pri fenylketonúrii sa v moči objavuje veľké množstvo kyseliny fenylpyrohroznovej. Príčinou takýchto porúch je často nedostatok vitamínov.

Porušenie metabolizmu komplexných bielkovín. Najčastejšie sa prejavujú vo forme porúch metabolizmu nukleových kyselín a porfyrínov. V druhom prípade je narušená výmena hemoglobínu, myoglobínu a iných bielkovín. Áno, kedy rôzne lézie pečene (hepatitída, fascioliáza a pod.), vzniká hyperbilirubinémia – obsah bilirubínu v krvi sa zvyšuje na 0,3 – 0,35 g/l. Moč stmavne, objaví sa v ňom veľké množstvo urobilínu a objaví sa urobilnúria. Niekedy sa pozoruje porfýria - zvýšenie obsahu porfyrínov v krvi a tkanivách. Výsledkom je porfinúria a moč sčervenie.

Kontrolné otázky

1. Čo sú to bielkoviny, aký je ich význam, chemické zloženie, fyzikálne a chemické vlastnosti, štruktúra (primárna, sekundárna, terciárna, kvartérna)? Ich klasifikácia.

2. Opíšte hlavné skupiny a podskupiny aminokyselín, uveďte štruktúrne vzorce najdôležitejších z nich, analyzujte ich vlastnosti.

3. Čo je dusíková bilancia, bielkovinové minimum, plnohodnotné a neúplné bielkoviny, neesenciálne, podmienečne esenciálne a esenciálne aminokyseliny? Napíšte vzorce esenciálnych aminokyselín.

4. Analyzujte hlavné štádiá metabolizmu bielkovín v organizme rôznych druhov hospodárskych zvierat - trávenie, vstrebávanie, intermediárny (biosyntéza a rozklad) a konečný metabolizmus.

5. Ako je regulovaný metabolizmus bielkovín v tele zvierat a ako sa prejavuje patológia metabolizmu bielkovín?

kapitolaIV.9.

Metabolizmus bielkovín

Dôležité kritérium nutričná hodnota bielkoviny – dostupnosť aminokyselín. Aminokyseliny vo väčšine živočíšnych bielkovín sa úplne uvoľnia počas trávenia. Výnimkou sú proteíny podporných tkanív (kolagén a elastín). Bielkoviny rastlinného pôvodu sú v tele mäsožravcov zle stráviteľné, pretože... obsahujú veľa vlákniny a niekedy inhibítory proteázy (sója, hrach). U prežúvavcov sú rastlinné bielkoviny trávené enzýmami z bachorovej mikroflóry. Základným kritériom hodnoty potravinového proteínu je jeho aminokyselinové zloženie. Čím viac esenciálnych aminokyselín obsahuje, tým je proteín pre telo prospešnejší.

Trávenie a vstrebávanie bielkovín

V ústachdutiny nedeje sa.

V žalúdkuhlavné bunky sliznice vylučujú pepsinogén, prekurzor proteolytického enzýmu pepsín. V dôsledku autokatalýzy v kyslom prostredí žalúdočnej šťavy dochádza k aktivácii enzýmu. Kyselina chlorovodíková udržuje pH v rozmedzí 1,5-2,0. To sú optimálne podmienky pre aktívne fungovanie enzýmu. V kyslom prostredí sú kŕmne bielkoviny denaturované, čo ich robí prístupnejšími pre enzymatickú proteolýzu. Pepsín rýchlo hydrolyzuje peptidové väzby v proteínoch tvorené aromatickými aminokyselinami a pomaly hydrolyzuje väzby medzi leucínom a dikarboxylovými aminokyselinami.

V tenkom čreve dochádza k ďalšej hydrolýze peptidov na aminokyseliny. Tam vstupuje pankreatická šťava s pH 7,8-8,2. Obsahuje neaktívne prekurzory proteázy: trypsinogén, chymotrypsinogén, prokarboxypeptidáza, proelastáza. Črevná sliznica produkuje enzým enteropeptidáza, ktorý aktivuje trypsinogén na trypsín a ten už aktivuje všetky ostatné enzýmy. Proteolytické enzýmy sa nachádzajú aj v bunkách črevnej sliznice, takže po ich vstrebaní dochádza k hydrolýze malých peptidov. Konečným výsledkom pôsobenia enzýmov v žalúdku a črevách je rozklad takmer celej hmoty potravinových bielkovín na voľné aminokyseliny.

K absorpcii aminokyselín dochádza v tenký rezčrevá. Je to aktívny proces a vyžaduje energiu. Hlavným transportným mechanizmom je gama-glutamylový cyklus. Zahŕňa 6 enzýmov a tripeptid glutatión(glutamylcysteinylglycín). Kľúčový enzým - gama glutamyl transferáza. Okrem toho proces absorpcie AA vyžaduje prítomnosť iónov Na+ . Aminokyseliny vstupujú do portálneho krvného obehu - pečene a celkového krvného obehu. Pečeň a obličky intenzívne absorbujú aminokyseliny, mozog selektívne absorbuje metionín, histidín, glycín, arginín, glutamín, tyrozín.

V hrubom čreve peptidy a AA, ktoré sa z akéhokoľvek dôvodu neabsorbujú (nedostatok alebo nízka aktivita proteolytických enzýmov, narušenie transportných procesov AA), podliehajú procesom rozpadu. To produkuje produkty ako: fenol, krezol, sírovodík, metylmerkaptán, indol, skatole, ako aj skupina spojení pod spoločný názov"mŕtve jedy" - kadaverín, putrescín. Tieto látky sa vstrebávajú do krvi a dostávajú sa do pečene, kde dochádza k ich konjugácii kyselina glukurónová a ďalšie neutralizačné procesy (podrobnejšie pozri kapitolu „Biochémia pečene“). Potom sa vylučujú z tela močom .

Trávenie bielkovín u prežúvavcov

Vplyvom enzýmov bachorovej mikroflóry dochádza k hydrolýze proteínov na AA, ktoré je možné využiť dvoma spôsobmi:

1) ísť na syntézu proteínov bachorovej mikroflóry;

2) prejsť procesom fermentácie;

Novovytvorená mikroflóra vstupuje do slezu a je potom vystavená pôsobeniu enzýmov, ako u monogastrických zvierat. Fermentácia AA končí tvorbou prchavých mastných kyselín (VFA: mliečna, maslová, octová, propiónová) a amoniaku. Tieto produkty zase idú:

1) na syntézu proteínov bachorovej mikroflóry;

2) vstupujú do krvi a používajú sa na energetické potreby.

Spôsoby využitia AK v tele

1) syntéza telu vlastných bielkovín (pozri kapitolu "Biosyntéza matrice");

2) v prípade nedostatku energie účasť v TCC (obr. 4.9.1.);

3) účasť na tvorbe biologicky aktívnych látok (BAS).

Množstvo aminokyselín v bunkách podlieha chemickej modifikácii:

1) oxidatívna deaminácia alebo je eliminácia aminoskupiny katalyzovaná enzýmami triedy aminooxidáz. Sú veľmi špecifické a neaktívne. Jediný vysoko aktívny enzým, ktorý pôsobí v pečeni a mozgu, je glutamátdehydrogenáza (GDH). Katalyzuje transformáciu kyselina glutámová V alfa-ketoglutarická;

2) reaminovaný. K výmene aminoskupiny za ketoskupinu dochádza medzi amino a ketokyselinami. Kyselina glutámová interaguje s pyrohroznový, tým vzniká kyselina alfa-ketoglutarová a alanín;

3) dekarboxylácia alebo elimináciu karboxylovej skupiny za vzniku C02 a amínu. Katalyzujte dekarboxylázovú reakciu. V tkanivách tieto procesy ovplyvňujú najmä histidín, tyrozín a kyselina glutámová. Produkujú histamín, tyramín, kyselina gama-aminomaslová.

Histamín- produkt dekarboxylácie histidínu. Hromadí sa v žírnych bunkách. V sliznici žalúdka aktivuje syntézu pepsínu a kyseliny chlorovodíkovej. Je to jeden z mediátorov zápalu.

Serotonínsa tvorí z tryptofánu hlavne v neurónoch hypotalamu a mozgového kmeňa. Je sprostredkovateľom týchto neurónov. Ničí ho monoaminooxidáza, zvyčajne v pečeni.

dopamín– derivát tyrozínu. Je sprostredkovateľom nervový impulz ako aj prekurzor melanínu, noradrenalínu A adrenalín.

K hnilobným procesom v tenkom čreve dochádza aj pôsobením dekarboxyláz.

Biosyntéza aminokyselín

Ak esenciálne AA musia byť nevyhnutne dodávané do tela s potravou, potom v prípade ich nedostatku môžu byť neesenciálne AA syntetizované jedna z druhej. 8 aminokyselín je úplne zameniteľných: Ala, Ask, Asp, Glk, Gln, Ser, Gln a Pro. Východiskové zlúčeniny pre ich biosyntézu sú zložky glykolytického reťazca a cyklu TCA. Pridanie aminoskupiny sa často uskutočňuje za účasti glutamátdehydrogenázy. Alanín z pyruvátu, asparagín z fumarátu, glutamín z alfa-ketoglutarátu, tiež prolín, ornitín a arginín, serín a glycín z 3-fosfoglycerátu. Aspartát môže byť tiež vytvorený z oxalacetátu s použitím aminoskupiny z glutamátu (F: AcAt) ako donoru. Alanín za účasti enzýmu AlAt z pyruvátu (aminoskupina aj z glutamátu). Množstvo ďalších AA môže byť syntetizovaných v tele, ale prostredníctvom zložitejších mechanizmov.

Biosyntéza komplexných proteínov

Purínové a pyrimidínové nukleotidy. Purínový skelet vzniká niekoľkými reakciami z aspartátu, formylu, glutamínu, glycínu a CO2. Pyrimidínová kostra vyrobená z glutamínu, kyseliny asparágovej a CO2.

Vznikom končí katabolizmus purínových nukleotidov kyselina močová. Katabolizmus pyrimidínových nukleotidov alanínom a kyselinou aminomaslovou.

Syntéza hemoglobínu zahŕňa tvorbu globínu a hému. Globín sa syntetizuje ako všetky proteíny.

Hemové prekurzory sú sukcinyl CoA a glycín. Z nich sa tvorí kyselina aminolevulová(E: aminolevulitát syntetáza). Dve molekuly kyseliny aminolevulínovej kondenzujú za vzniku porfobilinogénu ( E: porfobilinogén syntetáza). Štyri molekuly porfobilinogénu kondenzujú na tetrapyrolovú zlúčeninu, na ktorú sa modifikuje protoporfyrín. Poslednou fázou je pridanie železa ( E: ferrochelatáza).

Deštrukcia hemoglobínu prebieha v nasledujúcom poradí:

1) otvorenie pyrolového kruhu za vzniku verdoglobínu;

2) odstránenie železa, po ktorom sa získa biliverdoglobín;

3) štiepenie globínu za vzniku biliverdin;

4) redukcia metínovej skupiny na získanie bilirubínu

Bilirubín je dodávaný krvným obehom do pečene, kde je jeho časť esterifikovaná za účasti UTP-glukuronyltransferázy. Esterifikovaný bilirubín sa nazýva priamy (viazaný) a neesterifikovaný bilirubín sa nazýva nepriamy (voľný).

Viazaný bilirubín sa vylučuje žlčou do dvanástnika, kde sa po sérii premien pôsobením enzýmov mikroflóry mení na stercobilín a vylučuje sa stolicou alebo na urobilín a vylučuje sa močom. Zvýšenie hladiny bilirubínu v krvi sa nazýva bilirubinémia.

Neutralizácia amoniaku

Vzniká najmä pri deamidácii aminokyselín.

1) Redukčná aminácia sa vyskytuje v malom objeme a je nevýznamná.

2) Tvorba amidov kyseliny asparágovej a kyseliny glutámovej (asparagín a glutamín). Tento proces prebieha hlavne v nervové tkanivo, kde je veľmi dôležité neutralizovať amoniak.

3) K tvorbe amónnych solí dochádza v tkanive obličiek (chlorid amónny sa vylučuje močom).

4) Hlavnou cestou je syntéza močoviny. Vyskytuje sa v cykle močoviny alebo ornitínovom cykle.

Metabolizmus aminokyselín. Dynamický stav telesných bielkovín (biochémia)

Význam aminokyselín pre organizmus spočíva predovšetkým v tom, že sa využívajú na syntézu bielkovín, ktorých metabolizmus zaujíma osobitné miesto v metabolických procesoch medzi telom a vonkajším prostredím. Aminokyseliny sa priamo podieľajú na biosyntéze veľkého množstva ďalších biologicky aktívnych zlúčenín, ktoré regulujú metabolické procesy v tele, ako sú neurotransmitery a hormóny. Aminokyseliny slúžia ako donory dusíka pri syntéze všetkých neproteínových zlúčenín obsahujúcich dusík, vrátane nukleotidov, hemu, kreatínu, cholínu atď.

Ryža. 23.1. Všeobecná schéma metabolizmus aminokyselín v tele

Katabolizmus aminokyselín je zdrojom energie pre syntézu ATP. Energetická funkcia aminokyselín sa stáva významnou počas pôstu, niekt patologických stavov(cukrovka). Práve výmena aminokyselín prepája rôzne chemické premeny v živom organizme.

Väčšina aminokyselín je súčasťou bielkovín, ktorých množstvo v tele dospelého človeka je približne 15 kg.

Neexistuje žiadna špeciálna forma ukladania aminokyselín a bielkovín, ako je glukóza alebo mastné kyseliny. Ako rezerva aminokyselín teda môžu slúžiť všetky funkčné a štrukturálne bielkoviny tkanív, najmä však svalové bielkoviny. V ľudskom tele sa denne rozloží na aminokyseliny asi 400 g bielkovín a približne rovnaké množstvo sa syntetizuje. Tkanivové bielkoviny preto nedokážu doplniť náklady na aminokyseliny pri ich katabolizme a využití na syntézu iných látok. Polčas rozpadu bielkovín je rôzny – od niekoľkých minút až po niekoľko dní. Sacharidy nemôžu slúžiť ako primárne zdroje aminokyselín, pretože sa z nich syntetizuje iba uhlíková časť molekuly a aminoskupina pochádza z iných aminokyselín. V dôsledku toho sú potravinové bielkoviny hlavným zdrojom aminokyselín v tele.

Ukazovateľom odrážajúcim intenzitu metabolizmu aminokyselín je dusíková bilancia - rozdiel medzi množstvom dusíka dodaného potravou a množstvom vylúčeného dusíka (hlavne vo forme močoviny a amónnych solí).

Trávenie bielkovín v gastrointestinálnom trakte

Trávenie bielkovín začína v žalúdku pôsobením enzýmov žalúdočnej šťavy. Denne sa vylúči až 2,5 litra a od ostatných tráviacich štiav sa odlišuje vysoko kyslou reakciou v dôsledku prítomnosti voľnej kyseliny chlorovodíkovej vylučovanej parietálnymi bunkami žalúdočnej sliznice.

Sekrécia kyseliny chlorovodíkovej je aktívny transport vykonávaný protónovou ATPázou s výdajom ATP.

Úloha kyseliny chlorovodíkovej:

1. denaturuje bielkoviny;

2. sterilizuje potraviny;

3. spôsobuje napučiavanie ťažko rozpustných bielkovín;

4. aktivuje pepsinogén;

5. vytvára pH optimum pre pôsobenie pepsínu;

6. podporuje vstrebávanie železa;

7. spôsobuje vylučovanie sekretínu v dvanástniku.

Žalúdočná šťava obsahuje proteolytické enzýmy pepsín, gastrixín a renín. Hlavným je pepsín. Produkujú ho hlavné bunky žalúdočnej sliznice vo forme proenzýmu pepsinogénu. Jeho aktivácia sa uskutočňuje kyselinou chlorovodíkovou (pomaly) a autokatalyticky pepsínom (rýchlo) odštiepením fragmentu polypeptidového reťazca z N-konca (čiastočná proteolýza). V tomto prípade dochádza k zmene konformácie molekuly a k vytvoreniu aktívneho centra. Pepsín pôsobí pri hodnotách pH 1,5–2,5 a je to endopeptidáza s relatívnou špecifickosťou účinku, ktorá štiepi peptidové väzby v molekule proteínu.

Žalúdočná šťava obsahuje okrem pepsínu aj enzým gastrixín, ktorý vykazuje proteolytickú aktivitu pri pH 3,0–4,0. Zrejme je to on, kto začína trávenie bielkovín.

Žalúdočná šťava dojčiat obsahuje enzým renín, ktorý má veľký význam na trávenie bielkovín u dojčiat, pretože katalyzuje zrážanie mlieka (premenu rozpustného kazeinogénu na nerozpustný kazeín), v dôsledku čoho sa spomalí pohyb nerozpustného kazeínu do dvanástnika a ten je dlhšie vystavený pôsobeniu proteáz.

Polypeptidy vytvorené v dôsledku pôsobenia pepsínu v žalúdku vstupujú do dvanástnika, kde sa vylučuje pankreatická šťava. Pankreatická šťava má zásaditú reakciu (pH 7,5–8,2), čo je spôsobené vysokým obsahom hydrogénuhličitanov. Kyslý obsah prichádzajúci zo žalúdka sa neutralizuje a pepsín stráca svoju aktivitu.

Pankreatická šťava obsahuje proteolytické enzýmy trypsín, chymotrypsín, karboxypeptidázu a elastázu, ktoré sa vyrábajú aj vo forme proenzýmov. Trypsinogén je aktivovaný enterokinázou (produkovanou bunkami sliznice dvanástnik), sa mení na aktívny trypsín, ktorý aktivuje všetky ostatné enzýmy pankreatickej a črevnej šťavy. Bunky pankreasu sú pred pôsobením proteáz chránené tým, že enzýmy žalúdočnej šťavy vznikajú ako neaktívne prekurzory a v pankrease sa syntetizuje špeciálny proteín inhibítor trypsínu. V dutine gastrointestinálneho traktu proteázy neprichádzajú do kontaktu s bunkovými proteínmi, pretože sliznica je pokrytá vrstvou hlienu a každá bunka obsahuje na vonkajšom povrchu plazmatická membrána polysacharidy, ktoré nie sú štiepené proteázami. Pri peptickom vredovom ochorení dochádza k deštrukcii bunkových proteínov enzýmami žalúdočnej alebo črevnej šťavy.

Trávenie produktov proteolýzy potravinových bielkovín v tenkom čreve sa uskutočňuje pomocou amino-, di- a tripeptidáz, ktoré fungujú prevažne parietálne.

Konečnými produktmi trávenia bielkovín v gastrointestinálnom trakte sú teda voľné aminokyseliny, ktoré sa absorbujú.

Absorpcia aminokyselín.

Vyskytuje sa aktívnou dopravou za účasti dopravcov. Maximálna koncentrácia aminokyselín v krvi sa dosiahne 30-50 minút po konzumácii proteínového jedla. Transport cez kefový lem je uskutočňovaný množstvom transportérov, z ktorých mnohé pôsobia za účasti Na+-závislých symportných mechanizmov. Okrem toho si aminokyseliny navzájom konkurujú o špecifické väzbové miesta. Zistilo sa, že existujú transportné systémy, ktoré transportujú aminokyseliny určitej štruktúry: neutrálne s malým radikálom, neutrálne s objemným radikálom, kyslé, zásadité a iminokyseliny.

V súčasnosti je dešifrovaný mechanizmus transportu aminokyselín do buniek čreva, mozgu a obličiek, nazývaný g-glutamyl Meisterov cyklus, ktorého kľúčovým enzýmom je g-glutamyltransferáza.

Absorbované aminokyseliny vstupujú do portálneho krvného obehu, a teda do pečene, a potom do celkového krvného obehu. Krv sa zbavuje voľných aminokyselín veľmi rýchlo – po 5 minútach ich 85–100 % končí v tkanivách. Aminokyseliny sa obzvlášť intenzívne vstrebávajú pečeňou a obličkami.

Dedičné poruchy transportu aminokyselín

Hartnupova choroba je porucha absorpcie tryptofánu v čreve a jeho reabsorpcie v obličkových tubuloch. Keďže tryptofán slúži ako východiskový produkt pre syntézu vitamínu PP, hlavnými prejavmi Hartnupovej choroby sú dermatitída, hnačka a demencia, charakteristické pre pelagru.

Cystinúria je porucha reabsorpcie cystínu v obličkách. Cystín je slabo rozpustný vo vode, preto sa vyzráža vo forme kryštálikov, ktoré vedú k tvorbe cystínových kameňov v obličkách a močových cestách.

Rozklad bielkovín v tkanivách

Vykonáva sa pomocou proteolytických lyzozomálnych enzýmov katepsínov. Na základe štruktúry aktívneho centra sa rozlišujú cysteínové, serínové, karboxylové a metaloproteínové katepsíny.

Úloha katepsínov:

1. tvorba biologicky aktívnych peptidov obmedzenou proteolýzou proteínových prekurzorov;

2. zničenie starých a abnormálnych proteínov;

3. účasť na fagocytóze a delení buniek;

4. účasť na autolýze (s ischémiou);

5. účasť na patogenéze chorôb spojených so zmenami funkcií lyzozómov (lysozomálne ochorenia).

Okrem procesov proteolýzy v lyzozómoch je možná deštrukcia endogénnych proteínov priamo v cytosóle. V tomto prípade sú proteíny podliehajúce hydrolýze kombinované so špeciálnym proteínom, ubikvitínom. Nastáva kovalentná modifikácia proteínu, ktorá môže zmeniť jeho funkciu. K jednej molekule môže byť pripojených niekoľko molekúl ubikvitínu, čo slúži ako signál na prenos cieľového proteínu do veľkej častice s vysokou molekulovou hmotnosťou, proteazómu, pozostávajúcej z proteáz.

Premena aminokyselín črevnou mikroflórou

Črevné mikroorganizmy majú súbor enzymatických systémov, ktoré sa líšia od zodpovedajúcich enzýmov tkanív ľudského tela a katalyzujú širokú škálu transformácií potravinových aminokyselín a nestrávených bielkovín, a to aj prostredníctvom metabolických ciest neobvyklých pre ľudí (hnilobný rozklad).

V dôsledku toho sa vytvárajú dva typy látok:

1. toxické produkty: fenol, krezol, indol, skatol, sírovodík, amíny, merkaptán;

2. Netoxické produkty: ketokyseliny, hydroxykyseliny, mastné kyseliny, alkoholy.

Neutralizácia toxických látok nastáva tvorbou párových netoxických produktov v kombinácii s 3-fosfoadenozín-5-fosfosulfátom (FAPS, aktivovaná forma kyseliny sírovej) alebo kyselinou uridíndifosfoglukurónovou (UDP-glukuronát).

O črevné infekcie(úplavica, brušný týfus, cholera) vzniká mnohokrát veľké množstvo hnilobných produktov rozkladu aminokyselín, ktoré spôsobujú všeobecná intoxikácia tela, zhoršená priepustnosť membrán črevnej sliznice, čo vedie k hnačke, dehydratácii tkaniva a zvýšeniu telesnej teploty. Okrem toho sa zvyšuje aktivita dekarboxyláz patogénnych baktérií, čo má za následok tvorbu amínov, ktoré vytvárajú obraz infekčného ochorenia.

Dráhy metabolizmu aminokyselín v tkanivách

Aminokyseliny sú bifunkčné zlúčeniny obsahujúce amín a karboxylovú skupinu. Reakcie v týchto skupinách sú spoločné pre rôzne aminokyseliny.

Tie obsahujú:

1. pre amínovú skupinu – deaminačné a transaminačné reakcie;

2. na karboxylovej skupine – dekarboxylačná reakcia.

Okrem týchto všeobecných dráh sú možné reakcie na uhľovodíkovom radikále aminokyselín, ktoré sú špecifické pre každú aminokyselinu.

Katabolizmus väčšiny aminokyselín začína elimináciou a-aminoskupiny, čo je možné pri reakciách transaminácie a deaminácie.

Transaminácia aminokyselín

Transaminácia je reakcia prenosu a-aminoskupiny z aminokyseliny na a-ketokyselinu, čo vedie k vytvoreniu novej ketokyseliny a novej aminokyseliny. Reakcie sú katalyzované aminotransferázovými enzýmami. Ide o komplexné enzýmy, ktorých koenzýmom je derivát vitamínu B 6 – pyridoxalfosfát, ktorý sa môže reverzibilne premeniť na pyridoxamínfosfát. Transaminačné reakcie sú reverzibilné a môžu prebiehať v cytoplazme aj v mitochondriách buniek. V ľudských bunkách sa našlo viac ako 10 aminotransferáz, ktoré sa líšia substrátovou špecifickosťou. Takmer všetky aminokyseliny môžu podstúpiť transaminačné reakcie, s výnimkou lyzínu, treonínu a prolínu.

Transaminačné reakcie prebiehajú v 2 stupňoch. V prvom stupni sa k pyridoxalfosfátu v aktívnom centre enzýmu pridá aminoskupina z prvého substrátu, aminokyselina. Vzniká komplex enzým-pyridoxamínfosfát a ketokyselina - prvý produkt reakcie. Tento proces zahŕňa prechodnú tvorbu 2 Schiffových báz (aldimín a ketimín).

V druhom kroku sa pyridoxamínfosfát spojí s novou ketokyselinou (druhý substrát) a opäť prostredníctvom medziproduktu tvorby 2 Schiffových zásad prenesie aminoskupinu na ketokyselinu. V dôsledku toho sa enzým vráti do svojej natívnej formy a vytvorí sa nová aminokyselina - druhý produkt reakcie.

Najčastejšie transaminačné reakcie zahŕňajú aminokyseliny, ktorých obsah v tkanivách je výrazne vyšší ako ostatné - glutamát, alanín, aspartát. Najrozšírenejšie vo väčšine tkanív sú alanínaminotransferáza (ALT) a aspartátaminotransferáza (AST).

Najväčšia aktivita AST sa nachádza v bunkách srdcového svalu a pečene, zatiaľ čo v krvi sa nachádza iba pozadie aktivity ALT a AST. Preto môžeme hovoriť o orgánovej špecifickosti týchto enzýmov, čo umožňuje ich široké použitie na diagnostické účely (pri infarkte myokardu a hepatitíde).

Biologický význam transaminácia

Transaminácia je prvým stupňom deaminácie väčšiny aminokyselín, t.j. počiatočné štádium ich katabolizmu. Výsledné ketokyseliny sa oxidujú v cykle TCA alebo sa používajú na syntézu glukózy a ketolátok. Keďže tento proces je reverzibilný, enzýmy aminotransferázy fungujú pri katabolizme aj biosyntéze aminokyselín. Transaminácia je konečná fáza syntézy neesenciálnych aminokyselín z príslušných ketokyselín, ak ich bunky práve potrebujú. V dôsledku toho dochádza k redistribúcii amínového dusíka v tkanivách. Počas transaminácie sa celkový počet aminokyselín v bunke nemení.

D-aminokyselinové oxidázy.

Pri fyziologických hodnotách pH sú oxidázy D-aminokyselín vysoko aktívne v tkanivách. Nachádzajú sa aj v obličkách a pečeni a nachádzajú sa v mikrozómoch. Úloha oxidáz D-aminokyselín je malá a nie je úplne pochopená, pretože bielkoviny v potravinách a ľudských tkanivách obsahujú iba prirodzené L-aminokyseliny.

Ľudská pečeň obsahuje špecifické enzýmy, ktoré katalyzujú deaminačné reakcie serínu, treonínu, cysteínu a histidínu neoxidačným spôsobom.

Deaminácia aminokyselín

Deaminácia aminokyselín je reakcia odstránenia a-aminoskupiny z aminokyseliny s uvoľnením amoniaku. Existujú dva typy deaminačných reakcií: priame a nepriame.

Priama deaminácia je priame odstránenie aminoskupiny z aminokyseliny bez intermediárnych mediátorov. V živej prírode sú možné nasledujúce typy priamej deaminácie: oxidačná, redukčná, hydrolytická a intramolekulárnym preskupením. Ale u ľudí k deaminácii dochádza prevažne oxidačnou cestou, čo vedie k vytvoreniu zodpovedajúcej a-ketokyseliny a uvoľneniu amoniaku. Proces prebieha za účasti oxidázových enzýmov. Boli izolované oxidázy L-aminokyselín, ktoré premieňajú L-izoméry aminokyselín, a D-oxidázy.

Oxidačná deaminácia glutamátu

Najaktívnejšia deaminácia kyseliny glutámovej prebieha v tkanivách. Reakciu katalyzuje enzým glutamátdehydrogenáza, ktorý sa trochu líši od typických oxidáz L-aminokyselín:

1. obsahuje NAD + alebo NADP + ako koenzým;

2. má absolútnu špecifickosť;

3. vysoko aktívny;

4. lokalizované v mitochondriách.

Reakcia prebieha v 2 stupňoch. Najprv dochádza k dehydrogenácii glutamátu a tvorbe a-iminoglutarátu, následne k neenzymatickej hydrolytickej eliminácii iminoskupiny vo forme amoniaku, čo vedie k tvorbe α-ketoglutarátu. Oxidačná deaminácia glutamátu je reverzibilná reakcia a so zvyšujúcou sa koncentráciou amoniaku môže prebiehať opačným smerom, ako redukčná aminácia α-ketoglutarátu.

Glutamátdehydrogenáza je veľmi aktívna v mitochondriách buniek takmer vo všetkých orgánoch okrem svalov. Je to regulačný enzým metabolizmu aminokyselín. Allosterické inhibítory – ATP, GTP, NAD(P)H. Vysoké koncentrácie ADP aktivujú enzým. Nízka hladina energie v bunke teda stimuluje deštrukciu aminokyselín a tvorbu α-ketoglutarátu, ktorý vstupuje do cyklu TCA ako energetický substrát.

Glutamátdehydrogenáza môže byť indukovaná steroidnými hormónmi (kortizol) a inhibovaná estrogénmi a tyroxínom.

Nepriama deaminácia aminokyselín

Väčšina aminokyselín nemôže byť deaminovaná v jednom kroku, ako napríklad glutamát. Aminoskupiny takýchto aminokyselín sa prenesú na α-ketoglutarát za vzniku kyseliny glutámovej, ktorá potom podlieha priamej oxidačnej deaminácii. Tento mechanizmus deaminácie aminokyselín v štádiu 2 sa nazýva transdeaminácia alebo nepriama deaminácia. Vyskytuje sa za účasti 2 enzýmov aminotransferázy a glutamátdehydrogenázy. Význam týchto reakcií v metabolizme aminokyselín je veľmi veľký, keďže nepriama deaminácia je hlavnou metódou deaminácie väčšiny aminokyselín. Obidva stupne nepriamej deaminácie sú reverzibilné, čo zabezpečuje katabolizmus aminokyselín a možnosť vytvorenia takmer akejkoľvek aminokyseliny zo zodpovedajúcej a-ketokyseliny. Opačná sekvencia reakcií, v ktorých sa aminokyseliny syntetizujú z ketokyselín, sa nazýva transreaminácia.

Vo svalovom tkanive je aktivita glutamátdehydrogenázy nízka, preto v týchto bunkách počas intenzívnej činnosti fyzická aktivita Existuje ďalšia nepriama deaminačná dráha zahŕňajúca cyklus IMP-AMP. Takto vzniknutý amoniak zabraňuje okysľovaniu prostredia v bunkách spôsobenému tvorbou laktátu.

Dekarboxylácia aminokyselín

Niektoré aminokyseliny a ich deriváty môžu podliehať dekarboxylácii. Dekarboxylačné reakcie sú ireverzibilné a sú katalyzované dekarboxylázovými enzýmami, ktoré vyžadujú pyridoxalfosfát ako koenzým. Reakčnými produktmi sú CO2 a amíny, ktoré majú výrazný biologický účinok na organizmus, a preto sa nazývajú biogénne amíny. Fungujú ako neurotransmitery (serotonín, dopamín, GABA atď.), hormóny (norepinefrín, adrenalín) a lokálne regulačné faktory (histamín, karnozín, spermín atď.).

Biogénne amíny

Histamín sa tvorí dekarboxyláciou histidínu v žírnych bunkách spojivového tkaniva.

V ľudskom tele plní tieto funkcie:

1. stimuluje sekréciu žalúdočnej šťavy a slín;

2. zvyšuje priepustnosť kapilár, spôsobuje edém, znižuje krvný tlak, ale zvyšuje vnútrolebečný tlak, čo spôsobuje bolesť hlavy;

3. sťahuje hladké svalstvo pľúc, čím spôsobuje dusenie;

4. podieľa sa na tvorbe zápalových reakcií – vazodilatácia, začervenanie, opuch tkaniva;

5. hovory Alergická reakcia;

6. neurotransmiter;

7. mediátor bolesti.

Serotonín vzniká pri dekarboxylácii a ďalšej oxidácii tryptofánu.

Biologické funkcie:

1. má silný vazokonstrikčný účinok;

2. zvyšuje krvný tlak;

3. podieľa sa na regulácii telesnej teploty a dýchania;

4. sprostredkovateľ nervové procesy v centrálnom nervovom systéme (má antidepresívny účinok).

Dopamín vzniká dekarboxyláciou dioxyfenylalanínu (DOPA). Pri ďalšej oxidácii a metylácii vzniká adrenalín a norepinefrín. Dopamín je neurotransmiter, ktorý riadi dobrovoľné pohyby, emócie a pamäť. Vo vysokých koncentráciách dopamín stimuluje adrenergné receptory, zvyšuje silu srdcových kontrakcií a zvyšuje odolnosť periférne cievy(s paralelným zvýšením renálneho a koronárneho prietoku krvi). Okrem toho dopamín inhibuje sekréciu prolaktínu a somatotropínu.

IN nervové bunky dekarboxylácia glutamátu vedie k vzniku kyselina g-aminomaslová(GABA), ktorý slúži ako hlavný inhibičný prenášač vyšších častí mozgu. Obsah GABA v mozgu je desaťkrát vyšší ako u iných neurotransmiterov. Zvyšuje priepustnosť postsynaptických membrán pre ióny K+, čo spôsobuje inhibíciu nervového vzruchu.

Cyklus GABA transformácií v mozgu zahŕňa tri spojené reakcie, nazývané GABA skrat. Prvý je katalyzovaný glutamátkarboxylázou. Táto reakcia je regulačná a zabezpečuje rýchlosť tvorby GABA v mozgových bunkách. Nasledujúce dve reakcie možno považovať za reakcie katabolizmu GABA. GABA aminotransferáza produkuje jantárový semialdehyd, ktorý potom podlieha dehydrogenácii za vzniku kyseliny jantárovej. Sukcinát sa potom použije v Krebsovom cykle. Inaktivácia GABA je tiež možná prostredníctvom oxidačnej dráhy pôsobením monoaminooxidázy.

Pri dekarboxylácii ornitínu vzniká putrescín, ktorý je prekurzorom biologicky aktívnych látok spermínu a spermidínu. Putrescín, spermín a spermidín majú veľkú kladný náboj, ľahko sa viažu na negatívne nabité molekuly DNA a RNA, sú súčasťou chromatínu a podieľajú sa na replikácii RNA. Okrem toho tieto látky stabilizujú štruktúru bunkových membrán.

Etanolamín vzniká dekarboxyláciou serínu. V tele sa využíva na syntézu cholínu, acetylcholínu, fosfatidyletanolamínov, fosfatidylcholínov.

Pri dekarboxylácii lyzínu vzniká kadaverín, čo je kadaverózny jed.

Na vykonávanie biologickej funkcie v tele je potrebná určitá koncentrácia biogénnych amínov. Ich nadmerná akumulácia môže spôsobiť rôzne patologické abnormality.

V tomto ohľade sú mechanizmy ich inaktivácie veľmi dôležité:

1. oxidácia enzýmami monoaminooxidázami (MAO) (koenzým FAD). Najčastejšie sa týmto spôsobom inaktivuje dopamín, norepinefrín, serotonín a GABA. V tomto prípade dochádza k oxidatívnej deaminácii biogénnych amínov s tvorbou aldehydov a následne zodpovedajúcich kyselín, ktoré sa vylučujú obličkami.

2. metylácia za účasti S-adenosylmetionínu. Týmto spôsobom sa najčastejšie inaktivujú katecholamíny – enzým katechol-orto-metyltransferáza (COMT)

3. oxidácia pomocou diaminooxidáz - inaktivácia histamínu, ako aj alifatických diamínov s krátkym reťazcom (putrescín a kadaverín).

Cesty katabolizmu aminokyselinového uhlíkového skeletu

Transaminácia a deaminácia aminokyselín vedie k tvorbe bezdusíkových uhlíkových skeletov aminokyselín – α-ketokyselín. Proteíny obsahujú 20 aminokyselín, ktoré sa líšia štruktúrou uhľovodíkového radikálu, z ktorých každá je katabolizovaná svojimi vlastnými špecifickými metabolickými cestami.

Katabolizmus všetkých aminokyselín sa redukuje na tvorbu šiestich látok, ktoré vstupujú do spoločnej katabolickej dráhy: pyruvát, acetyl-CoA, α-ketoglutarát, sukcinyl-CoA, fumarát, oxalacetát.

Aminokyseliny, ktoré sa premieňajú na medziprodukty cyklu TCA (a-ketoglutarát, sukcinyl-CoA, fumarát) a nakoniec tvoria oxalacetát, môžu byť použité v procese glukoneogenézy. Takéto aminokyseliny sa nazývajú glykogénne aminokyseliny. Patria sem: alanín, arginín, aspartát, glutamát, glycín, histidín, metionín, prolín, serín, treonín, valín, cysteín.

Katabolizmus leucínu a lyzínu nezahŕňa štádium tvorby kyseliny pyrohroznovej, ich uhľovodíková časť sa premieňa priamo na acetoacetát (leucín, lyzín) alebo acetyl-CoA (leucín) a využíva sa pri syntéze ketolátok.

Tyrozín, fenylalanín, izoleucín a tryptofán sú zmiešané alebo sú glykogénne aj ketogénne. Časť atómov uhlíka ich molekúl počas katabolizmu tvorí pyruvát, druhá časť je obsiahnutá v acetyl-CoA, čím sa obchádza pyruvátové štádium.

Skutočnou ketogénnou aminokyselinou je leucín.