Рефераты по медицинебелковый обмен в организме человека. А

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

1. Особенности обмена белка.

2. Катаболизм аминокислот.

3. Универсальные процессы в катаболизме аминокислот.

4. Способы обезвреживания аммиака.

5. Биосинтез белка.

Обмен белка занимает центральное место среди многообразных процессов метаболизма, свойственных живой материи. Все другие виды обмена - углеводный, липидный, нуклеиновый, минеральный и др. прежде всего обслуживают обмен белков и в т.ч. специфический биосинтез белка. Белковый обмен весьма строго специфичен, обеспечивает непрерывность воспроизводства и обновления белковых тел организма.

Именно белковый обмен координирует, регулирует и интегрирует многообразие химических превращений в целостном живом организме, подчиняя его сохранению вида, непрерывности жизни. По сравнению с другими видами обмена веществ обмен белка имеет ряд особенностей.

Особенности обмена белка

Одной из характерных особенностей белкового обмена является его чрезвычайная разветвлённость. В превращениях 20 с лишним аминокислот белковой молекулы в организме животных участвуют несколько сотен промежуточных продуктов, тесно связанных с метаболитами обмена углеводов и липидов. Блокирование какого - либо специфического пути обмена, даже одной аминокислоты может привести к появлению совершенно неизвестных продуктов.

Состояние белкового обмена определяется множеством факторов, как экзогенных, так и эндогенных. Большое значение при этом играет биологическая полноценность белков пищи (корма). Любые отклонения от нормального физиологического состояния организма, нарушения в обмене углеводов, липидов и др. незамедлительно отражаются на азотистом обмене.

Состояние обмена белка в живом организме можно характеризовать балансом азота. Этот термин означает количественную разницу между введенным с пищей азота и выведенным его в виде конечных продуктов выраженных в одинаковых единицах. Поскольку, как основная масса азота пищи представлена белками, так и большинство выделяемых конечных азотистых продуктов является следствием распада белка, принято считать, что для правильной оценки состояния обмена белков достаточно точным критерием может быть определение азотистого баланса. Кроме того, среднее содержание азота в белках, более или менее постоянная величина и составляет 16%. Для пересчета общего азота на белок нужно найденное его общее количество умножить на коэффициент 6,25. С понятием азотистого баланса тесно связана проблема о нормах белка в кормлении животных.

Различают 3 вида азотистого баланса организма: положительный, нулевой (азотистое равновесие) и отрицательный.

В клинической биохимии различают понятия белковый и небелковый азот. Количество небелкового азота в крови животных не велико и находится в пределах 20-60 мг%. Сюда входят, в основном, азот мочевины, аминокислот, мочевой кислоты креатина и креатинина, индикана и др. Небелковый азот крови называют также остаточным азотом, то есть остающийся в фильтрате после осаждения белков.

У здоровых животных колебания в содержании небелкового азота в крови незначительны и в основном зависят от количества поступающих с кормом белков. Однако, многие патологические состояния сопровождаются резким повышением содержания небелкового азота в крови. Такое состояние носит название азотемии.

Основные особенности обмена белков проявляются на стадии промежуточного обмена и их можно объяснить двумя факторами:

Во-первых, энергетическая ценность аминокислот не высока и выполняют в клетке, прежде всего, функции строительных материалов. В связи с этим, в обмене белков центральную роль играют не процессы катаболизма, а анаболизма, т.е. синтеза белка. Во-вторых, в живой клетке не существуют единые, универсальные механизмы расщепления аминокислот. Каждая аминокислота подвергается распаду по индивидуальному механизму.

Катаболизм аминокислот

Если известно 20 белковых аминокислот, то в каждой клетке, как минимум, функционируют 20 путей их катаболизма. Однако, несмотря на такое многообразие катаболических путей, конечных продуктов тканевого обмена аминокислот немного, т.е. 20 способов расщепления аминокислот на определенных этапах сливаются и приводят к образованию всего лишь 5 различных продуктов, которые затем вступают в цикл трикарбоновых кислот и окисляются полностью.

Рис. 21. Пути превращений аминокислот.

Углеродные скелеты 10 аминокислот расщепляются до ацетил-КоА. Причем, 5 из этих 10 аминокислот (аланин, цистеин, глицин, серин, треонин) расщепляются до ацетил-КоА через пируват. Другие 5 (фенилаланин, тирозин, лейцин, лизин, триптофан) – через ацетоацетил-КоА. Как известно, ацетоацетил-КоА является центральным продуктом в метаболизме кетоновых тел. В печени из этих аминокислот могут образовываться кетоновые тела и поэтому их называют кетогенными. Остальных – глюкогенными, т.к. из пирувата легко синтезируется глюкоза. Однако такое разделение аминокислот весьма условное, потому что, в целом всех аминокислот можно называть глюкогенными, тем более некоторые аминокислоты могут расщепляться, как с образованием пирувата, так и ацетоацетил-КоА.

Кроме ацетил-КоА, при катаболизме аминокислот могут образоваться α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и оксалоацетат (рис.21).

Универсальные процессы в катаболизме

аминокислот.

Каждая аминокислота подвергается распаду по индивидуальному механизму. Некоторые катаболические пути достаточно сложные, многоступенчатые (до 13 последовательных реакций), с образованием большого количества метаболитов, которые в свою очередь могут вовлекаться в различные биохимические процессы. Например, при расщеплении триптофана образуются продукты, которые могут служить предшественниками нейрогормона серотонина, никотиновой кислоты и др.

Известны ряд превращений, которые встречаются в способах расщепления всех аминокислот, т.е. они являются общими для всех катаболических путей. К ним относятся: дезаминирование, трансаминирование и декарбоксилирование. В биологии они больше известны, как универсальные механизмы расщепления аминокислот.

Дезаминирование – отщепление аминогрупп аминокислот. Доказано существование четырех типов дезаминирования. Во всех случаях NH2 группа аминокислот освобождается в виде NH3.

1. Восстановительное дезаминирование.

2. Гидролитическое дезаминирование.

3. Внутримолекулярное дезаминирование.

4. Окислительное дезаминирование.

Преобладающим типом для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов является окислительное дезаминирование аминокислот, протекающее в двух стадиях с образованием неустойчивого промежуточного продукта - иминокислоты. Однако нужно отметить, что большинство ферментов, катализирующие окислительное дезаминирование аминокислот, при физиологических значениях рН малоактивны. В животных тканях наиболее активным, является фермент, катализирующий окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты - глутаматдегидрогеназа. Конечным продуктом реакции является α-кетоглутарат.

Трансаминирование (переаминирование) - реакции межмолекулярного переноса аминогруппы от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака.

Реакции трансаминирования являются обратимыми и универсальными для всех живых организмов. Протекают при участии специфических ферментов - аминотрансфераз. В трансаминировании могут участвовать любая α-аминокислота и любая α-кетокислота с образованием новой амино- и кетокислоты. Учитывая тот факт, что в животных тканях с высокой скоростью подвергается окислительному дезаминированию глутаминовая кислота, можно предположить, что одним из основных субстратов для трансаминирования является α-кетогутарат. В настоящее время считается доказанным не только то, что практически все аминокислоты реагируют с α-кетоглутаровой кислотой с образованием глутаминовой кислоты и соответствующей кетокислоты, но и то, что реакции трансаминирования и окислительного дезаминирования сопряжены в едином процессе, который протекает по схеме:

Рис. 22. Схема непрямого дезаминирования аминокислот

Поскольку все реакции данного процесса являются обратимыми, создаются условия для синтеза по существу любой аминокислоты, при наличии соответствующий α-кетокислоты.

Декарбоксилирование - отщепление карбоксильной группы аминокислот в виде углекислого газа. Реакция является необратимой и катализируется декарбоксилазами. Различают несколько видов декарбоксилирования, среди которых наибольшее распространение получило α-декарбоксилирование, т.е. отщепление –СООН группы у α-углерода аминокислоты. Продуктами декарбоксилирования являются СО2 и амины, а также могут быть диамины и новая аминокислота в зависимости от характера декарбоксилируемой аминокислоты.

Некоторые амины (триптамин, гистамин) обладают биологической активностью, среди диаминов известны ядовитые вещества (кадаверин, путресцин). Существуют специальные механизмы обезвреживания подобных соединений, суть которых в целом сводится к окислительному дезаминированию с выделением аммиака.

Способы обезвреживания аммиака.

Одним из конечных продуктов обмена аминокислот является высокотоксичное соединение - аммиак. Поэтому концентрация аммиака в организме должна сохраняться на низком уровне. Действительно, уровень аммиака в крови в норме не превышает 60 мкмоль/л (это почти в 100 раз меньше концентрации глюкозы в крови). В организме человека подвергается распаду около 100 г аминокислот в сутки, следовательно, высвобождается около 15 г аммиака. В опытах на кроликах показано, что концентрация аммиака 3 ммоль/л является летальной. Таким образом, аммиак должен подвергаться постоянному обезвреживанию с образованием нетоксичных соединений, легко выделяющихся с мочой.

Можно выделить несколько основных способов обезвреживания аммиака.

Образование амидов дикарбоновых аминокислот (восстановительное аминирование);

Синтез мочевины;

Образование аммонийных солей;

1. Восстановительное аминирование.

Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах - это биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот (глутамина или аспарагина).

Образование глутамина (аспарагина) является, во-первых, экспресс способом нейтрализации аммиака и во-вторых, способом переноса аммиака от периферических тканей к печени и почкам, где происходит окончательное обезвреживание этого яда и выведение из организма.

Обезвреживание аммиака путем синтеза глутами-на имеет и анаболическое значение, поскольку глутамин используется для синтеза ряда соединений. Амидная группа глутамина может использоваться для синтеза аспарагина, глюкозамина и других аминосахаров, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Таким образом, в этих реакциях азот аммиака включается в разнообразные структурно-функциональные компоненты клетки.

2. Образование аммонийных солей.

В целом, весь аммиак из организма удаляется с мочой двумя путями:

В виде мочевины, которая синтезируется в печени;

В виде солей аммония образующихся в эпителии канальцев почек;

Экскреция аммиака с мочой в норме невелика - около 0,5 г в сутки. Но она в несколько раз повышается при ацидозе.

Синтез аммонийных солей происходит в просвете канальцев почек из секретируемых сюда аммиака и фильтрующихся анионов первичной мочи.

Аммиак в почках образуется также за счет амидной группы глутамина крови, который не задерживается в печени. Глутамин гидролизуется глутаминазой, имеющейся в клетках эпителия канальцев почки

Образование солей аммония в почечных канальцах является важным механизмом регуляции кислотно-основного состояния организма. Оно резко возрастает при метаболическом ацидозе - накоплении в организме кислот и снижается при потере кислот организмом (алкалозе).

3. Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является синтез мочевины . Мочевина выводится из организма с мочой в качестве главного конечного продукта белкового обмена. На долю мочевины приходится до 80-85 % от всего выводимого из организма азота. Основным местом синтеза мочевины является печень. Синтез мочевины является циклическим метаболическим процессом и носит название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.

Орнитиновый цикл тесно связан с циклом трикарбоновых кислот (бицикл Кребса). Механизм процесса достаточно простой, рассматривается всего лишь в трех стадиях. Однако особенностью цикла является то, что ферменты реакций распределены между цитоплазмой и митохондрией клеток.

За каждый оборот цикла из двух молекул аммиака синтезируется одна молекула мочевины, и расходуются три молекулы АТФ.

Рис. 23. Схема биосинтеза мочевины.

Биосинтез белка

Синтез белка непрерывно происходит в каждой живой клетке. Белоксинтезирующая система клетки предполагает координированного взаимодействия более 300 различных макромолекул и включает набор всех 20 аминокислот, входящих в состав белковых молекул; минимум 20 разных тРНК; набор минимум 20 различных ферментов – аминоацил-тРНК-синтетаз; рибосомы; белковые факторы, участвующие в синтезе на разных уровнях трансляции; иРНК в качестве главного компонента системы, несущей информацию о структуре белка, синтезирующегося в рибосоме.

Несмотря на такую сложность белки в клетке синтезируются достаточно высокой скоростью. Например, в клетках E.coli, белок, состоящий из 100 аминокислот, синтезируется за 5 сек.

Рис. 24. Принципиальная схема биосинтеза белка (по А.С. Спирину). Кружочки – свободные аминокислоты и их остатки в составе полипептидной цепи.

Аминокислотная последовательность белка (первичная структура), как известно, закодирована в генах. Матричная РНК (мРНК) или информационная РНК (иРНК) служит для переноса генетической информации от ДНК в ядре до цитоплазмы, где она соединяется с рибосомами и служит матрицей, на которой осуществляется синтез белка. Процесс синтеза информационного РНК называется транскрипция. После того как стало известно особенности строения гена был полностью расшифрован механизм транскрипции. Предварительно синтезируется полная комплиментарная копия гена – pro-и РНК, котрая претерпевает затем процесс созревания (процессинг иРНК).

Процессинг состоит в ферментативном разрезании первичного транскрипта с последующим удалением его интронных участков и воссоединением (сплайсингом) экзонных участков, формирующих непрерывную кодирующую последовательность зрелой мРНК, которая в дальнейшем участвует в трансляции генетической информации. Во время процессинга происходит также модификация 5"-и 3"-концов формирующейся зрелой молекулы мРНК.

Трансляция как очередной этап реализации генетической информации заключается в синтезе полипептида на рибосоме, при котором в качестве матрицы используется молекула мРНК.

Трансляцию можно представить как процесс перевода «нуклеотидного языка» иРНК на «аминокислотный» полипептидной цепи молекулы белка. Происходит данный процесс благодаря тому, что в нуклеотидной последовательности мРНК имеются кодовые «слова» для каждой аминокислоты – генетический код. Каждое последовательное тройное сочетание нуклеотидов кодирует одну аминокислоту – кодон. Генетический код состоит из 64 кодонов.

Генетический код является вырожденным. Это означает, что большинство аминокислот кодируется несколькими кодонами. Последовательность первых двух нуклеотидов определяет специфичность каждого кодона, т.е. кодоны кодирующие одну и ту же аминокислоту различаются только третьими нуклеотидами.

Другой отличительной особенностью генетического кода является его непрерывность, отсутствие «знаков препинания», т.е. сигналов, указывающих на конец одного кодона и начало другого. Другими словами, код является линейным, однонаправленным и непрерывающимся. Наиболее существенной особенностью кода является его универсальность для всех живых организмов от бактерий до человека. Код не подвергся существенным изменениям за миллионы лет эволюции.

Среди 64 кодонов 3, а именно УАГ, УАА, УГА, оказываются «бессмысленными». Эти кодоны выполняют важную функцию сигналов терминации в синтезе полипептида в рибосомах.

Процесс трансляции можно условно подразделить на три основные стадии - инициацию, элонгацию и терминацию.

Инициация трансляции обеспечивается соединением молекулы мРНК с определенной областью малой субъединицы диссоциированной рибосомы и формированием инициирующего комплекса.

Процесс элонгации непосредственно связан с большой субъединицей рибосом, которая имеет специфические участки – А (аминокислотный) и Р (пептидильный). Начинается с образования пептидной связи между инициирующей (первой в цепочке) и последующей (второй) аминокислотами. Затем происходит перемещение рибосомы на один триплет мРНК в направлении 5"→ 3", что сопровождается отсоединением инициирующей тРНК от матрицы (мРНК), от инициирующей аминокислоты и выходом ее в цитоплазму. При этом вторая по счету аминоацил-тРНК передвигается из A-участка в Р-участок, а освободившийся А -участок занимается следующей (третьей по счету) аминоацил-тРНК. Процесс последовательного передвижения рибосомы «триплетными шагами» по нити мРНК повторяется, сопровождаясь освобождением тРНК, поступающих в Р-участок, и наращиванием аминокислотной последовательности синтезируемого полипептида.

Терминация трансляции связана с вхождением одного из трех известных стоп-триплетов мРНК в А-участок рибосомы. Поскольку такой триплет не несет информации о какой-либо аминокислоте, но узнается соответствующими белками терминации, то процесс синтеза полипептида прекращается и он отсоединяется от матрицы (мРНК).

Посттрансляционная модификация полипептида представляет собой завершающий этап реализации генетической информации в клетке, приводящий к превращению синтезированного полипептида в функционально активную молекулу белка. При этом первичный полипептид может претерпевать процессинг, состоящий в ферментативном удалении инициирующих аминокислот, отщеплении других (ненужных) аминокислотных остатков и формирование уровней структурной организации и др.

Лежащих в основе жизни. В живой природе вся сумма химических реакций направлена к одной цели – воспроизведению белковых тел. Все другие виды обмена – углеводный, липидный, нуклеиновый и минеральный – обеспечивают метаболизм белков, особенно биосинтез специфических белков.

Обмен белков в организме занимает ведущую роль, а потому необходимо систематическое пополнение их из внешней среды, главным образом белками растительного и животного происхождения. Проблема белка была и остается основной проблемой перед человечеством. Сегодня треть человечества испытывает недостаток белка в рационе.

Основной источник белка в рационе человека это белки животного происхождения – мясо, молоко, яйцо. Если для обеспечения потребности человека в питательных веществах требуется производство зерна из расчета 1 тонна на человека в год, то из этого количества две трети зерна используется на корм скоту, чтобы иметь полноценные белки животного происхождения. Потребление зерна для кормовых целей занимает большое место в производстве полноценных белков, поэтому необходимо стремиться к снижению потребления концентратов в производстве животноводческих продуктов. В этом плане разные виды животных резко отличаются между собой. Так, птица способна быстро переработать зерно и обеспечить необходимым количеством мяса и яиц. Производство имеет промышленную технологию, хорошо механизировано, однако для этого требуются концентраты.

Свиньи также дают быстро прирост и продукцию, в течение одного года до 100 кг и более; но затраты при этом состоят в основном из концентратов. Имея комбинированный силос, можно в какой-то степени снизить долю концентратов в рационе свиней.

Крупный рогатый скот – может дать целиком продукцию за счет растительных кормов (без зерна). Он не является конкурентом человека в потреблении зерна. Эту особенность следует помнить всегда. Очень часто для получения молока доля концентратов в рационе коров доходит до 60 %. Это очень много. Задача – снизить до 20-30%, что реально и возможно при полноценном кормлении, прежде всего кормовым белком.

Пищевая ценность кормов, в % на сухую массу (по Чечеткину А.В.).

Таблица 10.1

Большинство растительных кормов содержат немного белков, за исключением гороха, сои, а также кормов животного и бактериального происхождения.

Белки, окисляясь в организме, могут служить источником энергии, но организм животного и птицы не может обходиться без систематического поступления белков с кормом. Опыты показывают, что длительное исключение углеводов и жиров из рациона животного мало отражается на продуктивности; исключение белка из рациона приводит к снижению продуктивности, а длительное исключение – к гибели животного. Без кормовых белков невозможна не только высокая продуктивность, но и жизнь животного.

В течение жизни организма его клетки сменяются многократно. Так, например, эритроциты крови полностью обновляются за 100-120 дней, интенсивно сменяется эпителий кожи и слизистых оболочек и других тканей. Роль белков велика для растущего организма, для животных, основу продуктивности которых составляет молоко, яйца, шерсть.

Например, корова с продуктивностью 20 кг молока ежедневно теряет с молоком 0,5 кг белка. Белки составляют 20% массы тела, в том числе 95% азота белка приходится на долю аминокислот. Если живая масса коровы 500 кг, то из этого количества 100 кг составляют аминокислоты. Без белков и аминокислот не может быть обеспечено воспроизводство основных элементов клеток, тканей, органов, синтез ферментов, гормонов. О белковом обмене можно судить на основе показателей азотистого баланса.

Азотистый баланс определяется на основании суточного потребления животным азотистых веществ с кормами, выделения их с калом, мочой. На основании потребления - выделения - разницы между ними судят о количестве усвоенных организмом азотистых веществ за сутки и коэффициенте использования протеина корма.

Аминокислоты всасываются в кровь, доставляются в печень, где частично дезаминируются, декарбоксилируются или подвергаются трансаминированию. Кроме того, происходит постоянно обновление белков собственного тела – распад (в лизосомах) и синтез de novo. Обновление аминокислот в белках ткани идет очень интенсивно. Так, белки печени обновляются наполовину за 8-12 суток, плазмы крови – за 18-45 суток. У крупного рогатого скота при выращивании на мясо за сутки синтезируется 120-200 г белка, у лактирующей коровы с молоком выделяется 600-1200 г новых белков. Распад тканевых белков – аутолиз происходит под действием ферментов – тканевых протеаз – катепсинов.

Третьим источником свободных аминокислот (1-ый из кишечника, 2-ой - аутолиз) в клетках организма является их синтез. В растениях синтезируется очень большой набор аминокислот (свыше 20), а в животном организме синтезируются только заменимые аминокислоты путем восстановительного аминирования кетокислот и трансаминирования.

Восстановительное аминирование кетокислот является обратным процессом окислительного дезаминирования аминокислот (глутаминовая, аспарагиновая и др.). Ресинтез происходит в 2 этапа:

Таким образом, в первую фазу реакции из кетокислоты и аммиака образуются иминокислоты, во вторую – иминокислота восстанавливается за счет водорода восстановленной формы НАД или НАДФ, то есть НАД H 2 , НАДФ Н 2 – в аминокислоту. Этот путь синтеза аминокислот в организме животных ограничен, он ярче выражен у растений и микробов (бактерий).

Наиболее выраженный путь биосинтеза аминокислот в организме – путь переаминирования (трансаминирования). Он открыт в 1937 году Браунштейном A.E. и Крицманом М.Г. Было установлено, что из глутаминовой и пировиноградной кислот могут образоваться α-кетоглутаровая кислота и аланин без промежуточного выделения аммиака.

Эту реакцию называют трансаминированием, при этом происходит перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. Донором аминогруппы является аминокислота, акцептором – кетокислота. Все природные аминокислоты подвержены ферментативному переаминированию. Наиболее активно эта реакция происходит между глутаминовой кислотой и щавелевоуксусной.

Между аспарагиновой кислотой и α-кетоглутаровой (в печени и мышечной ткани) реакция происходит с участием трансфераз (трансаминаз); коферментом является фосфо- пиридоксаль (витамин B 6).

Аминогруппа через основание Шиффа переходит на фосфопиридоксаль, в результате синтезируется фоофопиридоксамин и соответствующая кетокислота. Фосфопиридоксамин реагирует с новой кетокислотой, образуя новую аминокислоту с освобождением фосфопирид оксаля. Процесс образования промежуточного продукта можно представить следующим образом:

Процесс образования промежуточного продукта можно представить следующим образом:

Переаминирование играет очень важную роль при синтезе в тканях необходимых аминокислот.

Таким образом, фонд свободных аминокислот клеток формируется за счет:

1) поступления из органов пищеварения;

2) распада белков;

3) синтеза заменимых аминокислот в реакциях трансаминирования, восстановительного аминирования кетокислот.
Дезаминирование аминокислот

Различают четыре способа дезаминирования аминокислот: 1. Восстановительное дезаминирование:

В результате образуется органическая кислота и аммиак.

2. Гидролитическое дезаминирование:

В результате реакции образуется оксикислота и аммиак.

Эти виды дезаминирования характерны для бактерий (преджелудка жвачных, толстого отдела кишечника других животных).

3. Внутримолекулярное дезаминирование:

В результате образуется ненасыщенная органическая кислота и аммиак.

Такой вид дезаминирования характерен для бактерий, растений, а в животном организме дезаминируется гистидин. Под действием фермента гистидиндезаминазы происходит образование аммиака и урокиноновой кислоты.

1. 
   Окислительное дезаминирование:

Это наиболее распространенная форма дезаминирования. Реакция происходит с участием ферментов, где акцептором водорода, как правило, является НАД, реже – ФМН. Она проходит в

две стадии. На первой стадии образуется неустойчивая иминокислота, во второй стадии с участием молекулы воды образуется аммиак и кетокислота:

В тканях организма важно дезаминирование Д-аминокислот, так как в белках содержатся только L-аминокислоты. Поэтому в организме весьма активна дегидрогеназа а-глутаминовой кислоты, которая превращает ее в а-кетоглутаревую кислоту.

Реакция весьма распространена. Глутаматдегидрогеназа играет решающую роль в процессах окислительного дезаминирования большинства аминокислот путем непрямого Дезаминирования.

Коферментом глутамат дегидрогеназы является НАД (НАДФ):

НАДН 2 в дыхательной цепи митохондрий обеспечивает синтез трех молекул АТФ (печень, мышца, почки, мозг и т.д.).

Трансаминирование – непрямой путь дезаминирования

аминокислот

В метаболизме аминокислот трансаминирование занимает ключевое место. Так, глутаматдегидрогеназа весьма активно ведет к образованию α-кетоглутаровой кислоты, которая является субстратом для трансаминирования с другими аминокислотами. Например:

Глутаминовая кислота затем дезаминируется по схеме, представленной выше. Щавелевоуксусная кислота так же может быть субстратом для переаминирования и для дезаминирования:

Механизм непрямого дезаминирования обеспечивает дезаминирование всех аминокислот в организме животных.
Декарбоксилирование аминокислот
В тканях животных декарбоксилированию подвергаются аминокислоты: гистидин, тирозин, глутаминовая кислота, 5-окситриптофан, 3,4-диоксифенилаланин (ДОФА), цистеиновая кислота.

Первые три входят в состав белков, остальные – продукты обмена – тирозина, триптофана, цистеина.

Декарбоксилазы в качестве кофактора имеют фосфопиридоксаль (витамин B 6), они декарбоксилируют только α-аминокислоты. Амины, образующиеся при этом, влияют на обмен веществ. При декарбоксилировании цистеина образуется таурин – необходимый для синтеза желчных кислот. При декарбоксилировании гистидина образуется гистамин:


Гистамин вызывает спазм гладких мышц (включая мышцы бронхов), снижает кровяное давление, расширяет капилляры, вызывает отек, усиливает в 8-10 раз выделение желудочного сока.

При декарбоксилировании тирозина и ДОФА соответственно образуется тирамин и 3,4-диокситирамин:

Как тирамин, так и 3,4-диокситирамин обладают мощным фармакологическим действием. ДОФА и дофамин содержатся в высокой концентрации в двигательных центрах головного мозга и играют важную роль в управлении мышцами.

При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется γ-аминомасляная кислота – природный фактор, тормозящий деятельность нервных клеток. Амины окисляются моноаминооксидазами до альдегидов и выводятся из организма.

Окислительное расщепление аминокислот
Большую часть энергии организм получает в результате окисления углеводов и нейтральных жиров (до 90 %). Остальную часть 10% за счет окисления аминокислот. Аминокислоты, прежде всего, используются для синтеза белка. Окисление их происходит:

1) если аминокислоты, образующиеся при обновлении белков не используются для синтеза новых белков;

2) если в организм поступает избыток белка;

3) в период голодания или при сахарном диабете , когда нет углеводов или их усвоение нарушено, в качестве источника энергии используются аминокислоты.

Во всех этих ситуациях аминокислоты теряют свои аминогруппы и превращаются в соответствующие α-кетокислоты, которые затем окисляются до СО 2 и H 2 O. Частично это окисление идет через цикл трикарбоновых кислот. В результате дезаминирования и окисления образуются пировиноградная кислота, ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА, α-кетоглутаровая кислота, сукцинил-КоА, фумаровая кислота. Некоторые аминокислоты могут превращаться в глюкозу, а другие – в кетоновые тела.
Пути обезвреживания аммиака в тканях животных

Аммиак токсичен, и накопление его в организме может привести к смерти. Существуют следующие пути обезвреживания аммиака:

1. Синтез аммонийных солей.

2. Синтез амидов дикарбоновых аминокислот.

3. Синтез мочевины.

Синтез аммонийных солей происходит ограниченно в почках, это как дополнительное защитное приспособление организма при ацидозах. Аммиак и кетокислоты частично используются для ресинтеза аминокислот и для синтеза других азотистых веществ. Кроме того, в тканях почек аммиак участвует в процессе обезвреживания оргинических и неорганических кислот, образуя с ними нейтральные и кислые соли:

1. 
   R – COOH + NH 3 → R – COONH 4 ;
2. 
   H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4) 2 SO 4 ;
3. 
   H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

Этим путем организм защищается от потери с мочой при выведениикислот знпачительного количества катионов (Na, K, отчасти Са, Mg), что могло бы привести к резкому снижению щелочного резерва крови. Количество аммонийных солей, выводимых с мочой, заметно повышается при ацидозе, так как аммиак используется для нейтрализации кислоты. Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака является использование его для образования амидной связи глутамина и аспарагина. При этом из глутаминовой кислоты под действием фермента глутаминсинтетазы синтезируется глутамин, из аспарагиновой кислоты при участии аспарагинсинтетазы – аспарагин:

Этим путем происходит устранение аммиака во многих органах (мозг, сетчатка, почки, печень, мышцы). Амиды глутаминовой и аспарагиновой кислот могут образоваться и тогда, когда эти аминокислоты находятся в структуре белка, то есть акцептором аммиака может быть не только свободная аминокислота, но и белки, в состав которых они входят. Аспарагин и глутамин доставляются в печень и используются в синтезе мочевины. Аммиак переносится в печень и с помощью аланина (глюкозо-аланиновый цикл). Этот цикл обеспечивает перенос аминогрупп из скелетных мышц в печень, где они превращаются в мочевину, а работающие мышцы получают глюкозу. В печени глюкоза синтезируется из углеродного скелета аланина. В работающей мышце из α-кетоглутаровой кислоты образуется глутаминовая кислота, которая затем передает аминную группу - NH 2 пировиноградной кислоте, в результате синтезируется аланин – нейтральная аминокислота. Схематически указанный цикл выглядит следующим образом:

Глутаминовая кислота + пировиноградная кислота ↔

↔ α-кетоглутаровая кислота + аланин

Рис. 10.1. Глюкозо-аланиновый цикл.

Этот цикл выполняет две функции: 1) переносит аминогруппы из скелетных мышц в печень, где они превращаются в мочевину;

2) обеспечивает работающие мышцы глюкозой, поступающей с кровью из печени, где для ее образования используется углеродный скелет аланина.

Образование мочевины – основной путь обезвреживания аммиака. Этот процесс изучали в лаборатории И.П.Павлова. Показано, что мочевина синтезируется в печени из аммиака, CO 2 и воды.

Мочевина выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Главным местом синтеза мочевины в организме является печень. Сейчас доказано, что синтез мочевины происходит в несколько этапов.

1 стадия – образование карбамоилфосфата происходит в митохондриях под действием фермента карбомоилфосфат-синтетазы:

На следующей стадии с участием орнитина синтезируется цитруллин:

Цитруллин переходит из митохондрий в цитозоль клеток печени. После этого в цикл вводится вторая аминогруппа в форме аспарагиновой кислоты. Происходит конденсация молекул цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргинин-янтарной кислоты.

Цитруллин аспарагиновая аргинин-янтарная

кислота кислота
Аргинин-янтарная кислота расщепляется на аргинин и фумаровую кислоты.

Под действием аргиназы аргинин гидролизуется, образуется мочевина и орнитин. В дальнейшем орнитин поступает в митохондрии и может включиться в новый цикл обезвреживания аммиака, а мочевина выделяется с мочой.

Таким образом, в синтезе одной молекулы мочевины нейтрализуется две молекулы NH 3 и CO 2 (HCO 3), что также имеет значение в поддержании рН. Для синтеза одной молекулы мочевины расходуется 3 молекулы АТФ, в том числе две при синтезе карбомоилфосфата, одна для образования аргинин-янтарной кислоты; фумаровая кислота может превращаться в яблочную и щавелевоуксусную кислоты (цикл Кребса), а последняя в результате трансаминирования или восстановительного аминирования может превратиться в аспарагиновую кислоту. Некоторая часть азота аминокислот выделяется из организма в виде креатинина , который образуется из креатина и креатинфосфата.

Из всего азота мочи на долю мочевины приходится до 80-90%, аммонийных солей – 6 %. При избыточном кормлении белком доля азота мочевины возрастает, а при недостаточном белковом кормлении снижается до 60 %.

У птиц и рептилий – нейтрализация аммиака происходит путем образования мочевой кислоты. Птичий помет на птицефабриках - это источник азотсодержащего удобрения (мочевая кислота).

Особенности обмена отдельных аминокислот
Глицин – легко синтезируется в организме животных, лишь для птиц может быть лимитирующей аминокислотой.


Дезаминируется в тканях под влиянием глициноксидазы с образованием глиоксалевого альдегида. При этом НАД восстанавливается в НАДН 2 , который в дыхательной цепи митохондрий дает три молекулы АТФ. Глицин используется для синтеза парных желчных кислот, глутатиона, креатина, серина, коламина, пуринов, порфиринов. Идет на обезвреживание бензойной и фенилуксусной кислот.
Серин – при дезаминировании его образуется пировиноградная кислота и аммиак.

Серин входит в состав серинсодержащих фосфолипидов, является исходным продуктом образования этаноламина и холина, цистеина.

Общую схему катаболизма и глюконеогенез можно представить в следующем виде (рис.10.2., по Николаеву А.Я.):

Рис. 10.2. Введение аминокислот в общий путь катаболизма и глюконеогенез.
Треонин - незаменимая аминокислота для всех видов животных. Под действием альдолазы превращается в глицин и уксусный альдегид.

Цистеин и цистин . К недостатку серосодержащих аминокислот чувствителен крупный рогатый скот и овцы. Цистеин и цистин легко превращаются друг в друга путем окислительно-восстановительных реакций:


Наличие –SH, -S-S- группировок определяет высокую реактивность ферментов и гормонов. Часть цистеина превращается в таурин, который используется в синтезе парных желчных кислот.

При декарбоксилировании цистеина образцется тиоэтаноламин – кофактор фермента активирования кислот HS-KoA.

Цистеин входит в состав глутатиона – трипептида, широко представленного в эритроцитах, печени, который может быть в восстановленной (HS-глутатион) и окисленной (-S-S-) формах. Глутатион является кофактором дегидрогеназы 3-фосфоглицеринового альдегида и глиоксилазы.

Метионин – незаменимая аминокислота, принимает участие в синтезе цистеина. Метионин имеет CH 3 метильную группу активную в трансметилировании. Это универсальный донор метальных групп (для этаноламина, карнозина, гуанидинуксусной кислоты, норадреналина, пиримидиновых оснований).

Аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Их много в белках растений. Играют роль в трансаминировании, дезаминировании других аминокислот. Синтезируются из кетокислот. Глутамин используется в синтезе пуриновых оснований мононуклеотидов. При декарбоксилировании аспарагиновой кислоты может образоваться β и α-аланин:


β-аланин идет на синтез пантотеновой кислоты. При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется у-аминомасляная кислота.

Лизин – незаменимая аминокислота. Биологический распад лизина проходит по сложному пути с образованием α-аминоадипиновой, α- кетоадипиновой и глутаровой кислот.

Фенилаланин и тирозин являются субстратами для синтеза тироксина, адреналина, норадреналина. Валин, лейцин, изолейцин – превращения их направлены на синтез жирных кислот и кетоновых тел. Остальные аминокислоты и два амида могут служить субстратами для синтеза глюкозы и гликогена. Глюконеогенез из аминокислот (синтез глюкозы) происходит интенсивно из гликогенных аминокислот при преимущественно белковом кормлении животных или голодании. При голодании используются белки собственных тканей.

Катаболизм лейцина и лизина не включает стадии образования пировиноградной кислоты.

Белки – обязательный компонент сбалансированного пищевого рациона.

Главными источниками белков для организма являются пищевые продукты растительного и животного происхождения. Переваривание белков в организме происходит с участием протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта. Протеолиз – гидролиз белков. Протеолитические ферменты – ферменты, осуществляющие гидролиз белков. Данные ферменты подразделяются на две группы – экзопепетидазы , катализирующие разрыв концевой пептидной связи с освобождением одной какой-либо концевой аминокислоты, и эндопептидазы , катализирующие гидролиз пептидных связей внутри полипептидной цепи.

В ротовой полости расщепления белков не происходит из-за отсутствия протеолитических ферментов. В желудке имеются все условия для переваривания белков. Протеолитические ферменты желудка – пепсин, гастриксин – проявляют максимальную каталитическую активность в сильно кислой среде. Кислая среда создается желудочным соком (рН = 1,0–1,5), который вырабатывается обкладочными клетками слизистой оболочки желудка и в качестве основного компонента содержит соляную кислоту. Под действием соляной кислоты желудочного сока происходит частичная денатурация белка, набухание белков, что приводит к распаду его третичной структуры. Кроме того, соляная кислота переводит неактивный профермент пепсиноген (вырабатывается в главных клетках слизистой оболочки желудка) в активный пепсин. Пепсин

катализирует гидролиз пептидных связей, образованных остатками ароматических и дикарбоновых аминокислот (оптимум рН = 1,5–2,5). Слабее проявляется протеолитическое действие пепсина на белки соединительной ткани (коллаген, эластин). Не расщепляются пепсином протамины, гистоны, мукопротеины и кератины (белки шерсти и волос).

По мере переваривания белковой пищи с образованием продуктов гидролиза щелочного характера рН желудочного сока изменяется до 4,0. С уменьшением кислотности желудочного сока проявляется деятельность другого протеолитического фермента – гастриксина

(оптимум рН= 3,5–4,5).

В желудочном соке детей обнаружен химозин (реннин), расщепляющий казеиноген молока.

Дальнейшее переваривание полипептидов (образовавшихся в желудке) и нерасщепившихся белков пищи осуществляется в тонком кишечнике под действием ферментов панкреатического и кишечного соков. Протеолитические ферменты кишечника – трипсин, химотрипсин – поступают с панкреатическим соком. Оба фермента наиболее активны в слабощелочной среде (7,8–8,2), что соответствует рН тонкого кишечника. Профермент трипсина – трипсиноген, активатор – энтерокиназа (вырабатывается стенками кишечника) или ранее образованный трипсин. Трипсин

гидролизует пептидные связи, образованные арг и лиз. Профермент химотрипсина – химотрипсиноген, активатор – трипсин. Химотрипсин расщепляет пептидные связи между ароматическими амк, а также связи, которые не были гидролизованы трипсином.

Благодаря гидролитическому действию на белки эндопептидаз (пепсин, трипсин, химотрипсин) образуются пептиды различной длины и некоторое количество свободных аминокислот. Дальнейший гидролиз пептидов до свободных аминокислот осуществляется под влиянием группы ферментов – экзопептидаз . Одни из них – карбоксипептидазы – синтезируются в поджелудочной железе в виде прокарбоксипептидазы, активируются трипсином в кишечнике, отщепляют аминокислоты с С-конца пептида; другие – аминопептидазы – синтезируются в клетках слизистой оболочки кишечника, активируются трипсином, отщепляют аминокислоты с N – конца.

Курсовая работа: 34 с., 12 источников, 5 рисунков

Объект исследования – Белковый обмен в организме человека.

Цель работы – исследование нарушения белкового обмена в организме человека.

Метод исследования – описательный

валин, треонин, фенилаланин, аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин, Белок, аминокислоты, гемоглобин, пуринових, инацина, гидрофильность, ураты, креатинина

Введение

1. Обмен белков

1.1 Промежуточный обмен белков

1.2 Роль печени и почек в обмене белков

1.3 Обмен сложных белков

1.4 Баланс азотистого обмена

1.5 Нормы белков в питании

1.6 Регуляция белкового обмена

2. Тканевой обмен аминокислот

2.1 Участие аминокислот в процессах биосинтеза

2.2 Участие аминокислот в процессах катаболизма

2.3 Образование конечных продуктов обмена простых белков

3 Тканевой обмен нуклеотидов

3.1 Синтез ДНК и РНК

3.2 Катаболизм ДНК и РНК

4 Регуляция процессов азотистого обмена

5 Радиоизотопное исследование азотистого обмена

6 Патология азотистого обмена

6.1 Белковая недостаточность

6.2 Патология обмена аминокислот

7 Азотистый обмен в облученном организме

8 Изменение азотистого обмена в процессе старения

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8%). Он постоянно расходует эти вещества на образование энергии, необходимой для функционирования внутренних органов, поддержания тепла и осуществления всех жизненных процессов, в том числе физической и умственной работы.

Одновременно происходят восстановление и создание клеток и тканей, из которых построен организм человека, восполнение расходуемой энергии за счет веществ, поступающих с пищей. К таким веществам относят белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины, воду и др., их называют пищевыми. Следовательно, пища для организма является источником энергии и пластических (строительных) материалов.

Это сложные органические соединения из аминокислот, в состав которых входят углерод (50-55%), водород (6-7 %), кислород (19-24 %), азот (15-19 %), а также могут входить фосфор, сера, железо и другие элементы.

Белки - наиболее важные биологические вещества живых организмов. Они служат основным пластическим материалом, из которого строятся клетки, ткани и органы тела человека. Белки составляют основу гормонов, ферментов, антител и других образований, выполняющих сложные функции в жизни человека (пищеварение, рост, размножение, иммунитет и др.), способствуют нормальному обмену в организме витаминов и минеральных солей. Белки участвуют в образовании энергии, особенно в период больших энергетических затрат или при недостаточном количестве в питании углеводов и жиров. Энергетическая ценность 1 г белка составляет 4 ккал (16,7 кДж).

При недостатке белков в организме возникают серьезные нарушения: замедление роста и развития детей, изменения в печени взрослых, деятельности желез внутренней секреции, состава крови, ослабление умственной деятельности, снижение работоспособности и сопротивляемости к инфекционным заболеваниям.

Белок в организме человека образуется беспрерывно из аминокислот, поступающих в клетки в результате переваривания белка пищи. Для синтеза белка человека необходим белок пищи в определенном количестве и определенного аминокислотного состава. В настоящее время известно более 80 аминокислот, из которых 22 наиболее распространены в пищевых продуктах. Аминокислоты по биологической ценности делят на незаменимые и заменимые.

Незаменимы восемь аминокислот - лизин, триптофан, метионин, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин; для детей нужен также гистидин. Эти аминокислоты в организме не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей в определенном соотношении, т. е. сбалансированными. Особенно ценны незаменимые аминокислоты триптофан, лизин, метионин, содержащиеся в основном в продуктах животного происхождения, соотношение которых в пищевом рационе должно составлять 1:3:3.

Заменимые аминокислоты (аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин и др.) могут синтезироваться в организме человека.

Пищевая ценность белка зависит от содержания и сбалансированности незаменимых аминокислот. Чем больше в нем незаменимых аминокислот, тем он ценней. Источниками полноценного белка являются мясо, рыба, молочные продукты, яйца, бобовые (особенно соя), овсяная и рисовая крупы.

Суточная норма потребления белка 1,2-1,6 г на 1 кг массы человека, т. е всего 57-118 г в зависимости от пола, возраста и характера труда человека. Белки животного происхождения должны составлять 55 % суточной нормы. Кроме того, при составлении рациона питания следует учитывать сбалансированность аминокислотного состава пищи. Наиболее благоприятный аминокислотный состав представлен в сочетании таких продуктов, как хлеб и каша с молоком, пирожки с мясом, пельмени.

1 Обмен белков

Биологическое значение и специфичность белков. Белки являются основным веществом, из которого построена протоплазма клеток и межклеточные вещества. Жизнь - есть форма существования белковых тел (Ф. Энгельс). Без белков нет и не может быть жизни. Все ферменты, без которых не могут протекать обменные процессы, являются белковыми телами. С белковыми телами - миозином и актином - связаны явления мышечного сокращения. Переносчиками кислорода в крови являются пигменты белковой природы, у высших животных - гемоглобин, а у низших - хлорокруорин и гемоцианин. Белку плазмы, фибриногену, кровь обязана своей способностью к свертыванию. С некоторыми белковыми веществами плазмы, так называемыми антителами, связаны иммунные свойства организма. Одно из белковых веществ сетчатки - зрительный пурпур, или родопсин - повышает чувствительность сетчатки глаза к восприятию света. Нуклеопротеиды ядерные и цитоплазматические принимают существенное участие в процессах роста и размножения. С участием белковых тел связаны явления возбуждения и его распространения. Среди гормонов, участвующих в регуляции физиологических функций, имеется ряд веществ белковой природы.

Строение белков отличается большой сложностью. При гидролизе кислотами, щелочами и протеолитическими ферментами белок расщепляется до аминокислот, общее число которых более двадцати пяти. Помимо аминокислот, в состав различных белков входят и многие другие компоненты (фосфорная кислота, углеводные группы, липоидные группы, специальные группировки).

Белки отличаются высокой специфичностью. В каждом организме и в каждой ткани имеются белки, отличные от белков, входящих в состав других организмов и других тканей. Высокая специфичность белков может быть выявлена при помощи следующей биологической пробы. Если ввести в кровь животного белок другого животного или растительный белок, то организм отвечает на это общей реакцией, заключающейся в изменении деятельности ряда органов и в повышении температуры. При этом в организме образуются специальные защитные ферменты, способные расщеплять введенный в него чужеродный белок.

Парэнтеральное (т. е. минуя пищеварительный тракт) введение чужеродного белка делает животное через некоторый промежуток времени чрезвычайно чувствительным к повторному введению этого белка. Так, если морской свинке парэнтерально ввести небольшое количество (1 мг и даже меньше) чужеродного белка (сывороточные белки других животных, яичные белки и т. д.), то через 10-12 дней (инкубационный период) повторное введение нескольких миллиграммов этого же самого белка вызывает бурную реакцию организма морской свинки. Реакция проявляется в судорогах, рвоте, кишечных кровоизлияниях, понижении кровяного давления, расстройстве дыхания, параличах. В результате этих расстройств животное может погибнуть. Такая повышенная чувствительность к чужеродному белку получила название анафилаксии (Ш. Рише, 1902), а описанная выше реакция организма - анафилактического шока. Значительно большая доза чужеродного белка, вводимая первый раз или до истечения инкубационного срока, не вызывает анафилактического шока. Повышение чувствительности организма к тому или иному воздействию называется сенсибилизацией. Сенсибилизация организма, вызванная парентеральным введением чужеродного белка, сохраняется в течение многих месяцев и даже лет. Она может быть устранена, если ввести этот же белок повторно до истечения срока инкубационного периода.

Явление анафилаксии наблюдается и у людей в форме так называемой «сывороточной болезни» при повторном введении лечебных сывороток.

Высокая специфичность белков понятна, если учесть, что путем различного комбинирования аминокислот возможно образование бесчисленного количества белков с различным сочетанием аминокислот. Расщепление белков в кишечнике обеспечивает не только возможность их всасывания, но и снабжение организма продуктами для синтеза своих собственных специфических белков.

Основное значение белков заключается в том, что за их счет строятся клетки и межклеточное вещество и синтезируются вещества, принимающие участие в регуляции физиологических функций. В известной мере белки, однако, наряду с углеводами и жирами, используются и для покрытия энергетических затрат.

1.1 Промежуточный обмен белков

Белки в пищеварительном канале подвергаются расщеплению протеолитическими ферментами (пепсином, трипсином, химотрипсином, полипептидазами и дипептидазами) вплоть до образования аминокислот. Поступившие из кишечника в кровь аминокислоты разносятся по всему организму и из них в тканях синтезируются белки.

Как показали исследования с применением тяжелого изотопа азота (N18), в теле все время происходит перестройка белковых тел с выхождением из них и обратным включением в их состав аминокислот. Белки тела находятся в состоянии постоянного обмена с теми аминокислотами, которые находятся в составе небелковой фракции. В теле происходят также превращения одних аминокислот в другие. К числу таких превращений относится переаминирование, заключающееся в переносе аминогруппы с аминокислот на кетокислоты (А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман). При окислительном распаде аминокислот прежде всего происходит дезаминирование. Аммиак, отщепляющийся в качестве одного из конечных продуктов белкового обмена, у высших животных в значительной своей части подвергается дальнейшему превращению в мочевину. У человека азот мочевины составляет в среднем 85% всего азота мочи.

У птиц и рептилий главным конечным продуктом обмена белков является не мочевина, а мочевая кислота. Даже введенная в организм мочевина превращается в организме птиц в мочевую кислоту. Такая особенность азотистого обмена связана с тем, что эмбриональный период жизни птиц протекает в замкнутом пространстве, внутри яйца. Мочевая кислота обладает очень низкой растворимостью и слабо проникает через животные перепонки. Поэтому накопление в полости аллантоиса и эмбрионов такого продукта азотистого обмена, как мочевая кислота, не приносит вреда эмбрионам.

У млекопитающих мочевая кислота также является одним из конечных продуктов, выводимых с мочой. Она образуется только из пуриновых тел, которые входят в состав нуклеопротеидов и нуклеотидов, являющихся коферментами некоторых ферментативных систем.

У собак мочевая кислота подвергается дальнейшему расщеплению, и конечным продуктом обмена пуринових тел у них является аллантоин.

К числу важных конечных продуктов азотистого обмена относятся также креа-тинин и гиппуровая кислота. Креатинин представляет собой ангидрид креатина. Креатин находится в мышцах и в мозговой ткани в свободном состоянии и в соединении с фосфорной кислотой (фосфокреатин).

Креатинин образуется из фосфокреатинина путем отщепления фосфорной кислоты. Количество выводимого с мочой из организма креатинина сравнительно постоянно (1,5 г в суточной моче) и мало зависит от количества белков, принимаемых с пищей. Только при мясной пище, богатой креатином, количество креатинина в моче возрастает.

Гиппуровая кислота синтезируется из бензойной кислоты и гликокола (у собак преимущественно в почках, у большинства животных и у человека преимущественно в печени и в меньших размерах в почках).

Этот синтез, невидимому, направлен на обезвреживание бензойной кислоты. Особенно много образуется гиппуровой кислоты у травоядных животных в связи с тем, что в растительной пище содержатся вещества, превращающиеся _в животном организме в бензойную кислоту. Увеличение содержания гиппуровой кислоты в моче наблюдается и у человека при переходе на растительную диету.

Продуктами распада белков, подчас имеющими большое физиологическое значение, являются амины (например, гистамин).

1.2 Роль печени и почек в обмене белков

При протекании крови через печень аминокислоты частично задерживаются в ней и из них синтезируется «запасный» белок, легко потребляемый организмом при ограниченном введении белка. Незначительный запас белка, невидимому, может откладываться и в мышцах (А. Я. Данилевский).

Рисунок 1.1 – Схема экк-павловской фистулы.

І - схема хода сосудов до операции; II - экк-павловская фистула. Наложено соустье между воротной веной и нижней полой веной; воротная вена между соустьем и печенью перевязана; ІІІ - «перевернутая» экк-павловская фистула. После наложения соустья между воротной веной и нижней полой веной последняя перевязана выше соустья - в этом случае развиваются коллатерали между v. porta n v. azygos.

В печени происходит, вероятно, также образование белков. Так, после кровопотерь нормальное содержание альбуминов и глобулинов плазмы крови быстро восстанавливается. Если же функция печени нарушена отравлением фосфором, то восстановление нормального белкового состава крови чрезвычайно замедлено. Образование альбуминов в печени показано в опытах с ее измельченной тканью. Печень играет центральную роль и в промежуточном белковом обмене. В ней в большом объеме совершаются процессы дезаминирования, а также синтез мочевины. В печени же происходит обезвреживание ряда ядовитых продуктов кишечного гниения белка (фенолы, индол). Удаление печени вызывает через некоторое время гибель животного даже при условии повторного введения глюкозы. Очевидно, это обусловлено отравлением продуктами промежуточного обмена белков, в частности, накоплением аммиака. Очень большую роль в изучении функции печени сыграл метод наложения соустья между венами (фистула Экка-Павлова).

Экк-павловская фистула представляет соустье между воротной веной и нижней полой веной (рис. 157), причем участок воротной вены вблизи печени перевязывается. В результате такой операции кровь, оттекающая от кишечника и поступающая в воротную вену, не может из нее поступать в печень, а изливается в нижнюю полую вену, минуя печень. Такая операция сохраняет печень жизнеспособной, так как последняя снабжается кровью через печеночную артерию. Но при этом исключается возможность задержки печенью токсических веществ, всасываемых кишечником. Впервые эта трудная операция была осуществлена Н. В. Экком в лаборатории И. Р. Тараханова. Однако сохранять в живых собак с таким свищом Экку не удалось. И. П. Павлов в 1892 г. прооперировал около 60 собак, причем около трети их остались живыми и были подвергнуты изучению. Биохимическая часть исследований была проведена М. В. Ненцким и его сотрудниками. Оказалось, что собаки с экк-павловской фистулой могут жить в течение значительного срока, если только их пища содержит мало белка. При белковой пище, в частности, при даче собакам большого количества мяса, происходит отравление организма ядовитыми продуктами распада белков. Животное становится возбужденным, координация движений нарушается, наступают судороги и затем смерть. В крови при этом обнаруживается повышенное содержание аммиака. Органом, принимающим значительное участие в белковом обмене, являются почки. В почках происходит отщепление аммиака от аминокислот, причем отщепляющийся аммиак идет на нейтрализацию кислот. Последние в форме аммонийных солей выделяются с мочой.

Через почки происходит освобождение организма от образовавшихся азотистых конечных продуктов белкового обмена (мочевина, креатинин, мочевая кислота, гиппуровая кислота, аммиак). При нарушении функции почек в результате их заболевания происходит задержка всех этих продуктов в тканях и в крови, что приводит к накоплению небелкового (так называемого остаточного) азота в крови (азотемия и уремия). Если накопление азотсодержащих продуктов обмена в крови прогрессирует, то человек погибает.

1.3 Обмен сложных белков

Нуклеопротеиды принимают участие в явлениях роста и размножения. В тканях, не увеличивающих уже своей массы, роль нуклеопротеидов, по-видимому, сводится к участию в воспроизведении белковых веществ ткани. Обмен цитоплазматических нуклеопротеидов (рибонуклеопротеидов) происходит интенсивнее, чем обмен ядерных нуклеопротеидов, дезоксирибонуклеопротеидов. Так, скорость обновления фосфора в рибонуклеиновой кислоте печени в ЗО раз, а в рибонуклеиновой кислоте мозга в 10 раз больше, чем в дезоксирибонуклеиновой кислоте этих тканей. Об обмене нуклеопротеидов в организме человека судят по выведению пуриновых тел, в частности, мочевой кислоты. В обычных условиях питания ее выделяется 0,7 г в сутки. При мясной пище образование ее в организме повышено. При нарушении обмена, выражающемся в заболевании подагрой, трудно растворимая мочевая кислота откладывается в тканях, в частности, в окружности суставов.

В организме непрерывно происходит распад и синтез гемоглобина. При синтезе геминовой группы используется гликокол и уксусная кислота. Необходимо также достаточное поступление в тело железа.

Об интенсивности распада гемоглобина в теле можно получить представление по образованию желчных пигментов, возникновение которых связано с расщеплением порфиринового кольца геминовой группировки и отщеплением железа. Желчные пигменты поступают с желчью в кишечник и в толстых кишках подвергаются восстановлению до стеркобилиногена или уробилиногена. Часть уробилиногена теряется с каловыми массами, а часть всасывается в толстых кишках и затем попадает в печень, из которой вновь поступает в желчь. При некоторых страданиях печени уробилиноген не задерживается полностью в печени и попадает в мочу. Содержащийся в моче уробилиноген в присутствии кислорода окисляется в уробилин, отчего моча темнеет.

1.4 Баланс азотистого обмена

Изучение белкового обмена облегчается тем, что в состав белка входит азот. Содержание азота в различных белках колеблется от 14 до 19%, в среднем же составляет 16%. Каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка, air азота, следовательно, - 6,25 г белка. Поэтому, изучая азотистый баланс, т. е. количество азота, введенного с пищей, и количество азота, выведенного из организма, можно охарактеризовать суммарно и белковый обмен. Усвоение азота организмом равно азоту пищи минус азот кала, выведение - количеству азота, выделенного с мочой. Умножая эти количества азота на 6,25, определяют количество потребленного и распавшегося белка. На точности этого метода сказываются потери организмом белков с кожной поверхности (слущивающиеся клетки рогового слоя эпидермиса, отрастающие волосы, ногти). Процессы расщепления белков в организме и выведение продуктов обмена, так же как усвоение воспринятых белков, требуют многих часов. Поэтому для определения величины белкового распада в организме необходимо собирать мочу в течение суток, а при ответственных исследованиях - даже в течение многих суток подряд.

Во время роста организма или прироста в весе за счет усвоения увеличенного количества белков (например, после голодания, после инфекционных болезней и т. д.) количество вводимого с пищей азота больше, чем количество выводимого. Азот задерживается в теле в форме белкового азота. Это обозначается как положительный азотистый баланс. При голодании, при заболеваниях, сопровождающихся большим распадом белков, наблюдается превышение выделяемого азота над вводимым, что обозначается как отрицательный азотистый баланс. Когда количество вводимого и выводимого азота одинаково, говорят об азотистом равновесии.

Обмен белка существенно отличается от обмена жиров и углеводов тем, что во взрослом здоровом организме почти не происходит откладывания легко используемого запасного белка. Количество резервного белка, откладываемого в печени, незначительно, и удержания этого белка на длительный срок не происходит. Увеличение общей массы белков в организме наблюдается только в период роста, в период восстановления после инфекционных болезней или голодания и в известной мере в период усиленной мышечной тренировки, когда происходит некоторое увеличение общей массы мускулатуры. Во всех остальных случаях избыточное введение белка вызывает увеличение распада белка в организме.

Если поэтому человек, находящийся в состоянии азотистого равновесия, начинает принимать с пищей большое количество белков, то количество выводимого с мочой азота также увеличивается. Однако состояние азотистого равновесия на более высоком уровне устанавливается не сразу, а в течение нескольких дней. То же самое происходит, но в обратном порядке, если переходить на более низкий уровень азотистого равновесия. По мере уменьшения количества азота, вводимого с пищей, уменьшается и количество азота, выводимого с мочой, причем через несколько дней устанавливается равно1 весне на более низком уровне.

В обычных условиях питания азотистое равновесие устанавливается при выделении 14-18 г азота с мочой. При понижении количества белков в пище оно может быть установлено и на 8-10 г. Дальнейшее понижение количества белков в пище приводит уже к отрицательному азотистому балансу. То минимальное количество вводимого с пищей белкового азота (6-7 г), при котором еще возможно сохранение азотистого равновесия, называется белковым минимумом. Количество выводимого с мочой азота при белковом голодании зависит от того, вводятся ли другие питательные вещества или нет. Если все энергетические затраты организма могут быть обеспечены за счет других питательных веществ, то количество азота, выводимого с мочой, может быть снижено до 1 г в сутки и даже ниже.

При поступлении в тело белков в количестве меньшем, чем это соответствует белковому минимуму, организм испытывает белковое голодание: потери белков организмом восполняются в недостаточной степени. В течение более или менее продолжительного срока в зависимости от степени голодания отрицательный белковый баланс не грозит опасными последствиями. Описаны наблюдения над «искусниками голодания», которые не принимали пищи, ограничиваясь лишь небольшим количеством воды, в течение 20-50 дней. Однако, если голодание не прекратится, наступает смерть.

При продолжительном общем голодании количество азота, выводимого из организма, в первые дни резко снижается, затем устанавливается на постоянном низком уровне (рис. 158). Опыты на животных показали, что незадолго перед смертью азотистый распад в организме вновь повышается. Это обусловлено исчерпанием последних остатков других энергетических ресурсов, в частности, жиров.

Рисунок 1.2 – Влияние полного голодания на суточное выведение с мочой валового азота (по Бенедикту).

1.5 Нормы белков в питании

В связи с тем, что при различных условиях питания минимум может изменяться, а значение больших количеств белков в пище не выяснено, белковые нормы не являются определенными. Фойт, исходя из статистических цифр, предложил в качестве суточной нормы 118 г белка. Нормы Читтендена (50-60 г) и Хиндхеде (25-35 г), как показывает большой ряд наблюдений, являются совершенно недостаточными и, как правило, приводят к отрицательному азотистому балансу.

Внимание к минимальным суточным нормам белков за границей является показателем стремления правящих классов в капиталистических странах оправдать наступление на жизненный уровень трудящихся масс, обреченных на полуголодное существование в результате возросшей эксплуатации. Исследования советских ученых (О. П. Молчанова и др.) позволяют считать наиболее обоснованным минимумом 100-120 г белков за сутки. Прием в пищу больших количеств белка для здоровых людей не является вредным.

Следует иметь в виду, что количественные нормы в белковом питании сохраняют свое значение только при условии надлежащего состава пищевых белков. Поступление с пищей ряда аминокислот, синтез которых в животном теле невозможен, является совершенно необходимым для того, чтобы обеспечить синтез белков организма. Напротив, некоторые аминокислоты могут быть синтезированы из других аминокислот и даже из

безазотистых тел и аммиака, и их поступление в организм с пищей не обязательно. Исследования последних лет показали, что число таких аминокислот больше, чем раньше предполагали.

Из приведенных ниже 20 аминокислот жизненно необходимыми для человека являются только 8.

Незаменимые аминокислоты

Изолейцин

Метионин

Фенилаланин

Триптофан

Заменимые аминокислоты

Гликокол

Цитруллин

Аспарагиновая кислота

Глютаминовая кислота

Оксипролин

Гистидин

При выключении из пищи одной из незаменимых аминокислот процессы синтеза белков в организме нарушаются. У растущего организма происходит задержка роста, а затем потеря веса. Таким образом, к белковому питанию применим «закон минимума», по которому синтез белка в организме ограничивается той из незаменимых аминокислот, которая вводится с пищей в минимальном количестве.

Те белки, которые содержат необходимые аминокислоты в пропорции, наиболее благоприятной для синтеза белков в организме, используются организмом наиболее полно. Поэтому оказывается, что для поддержания нормального роста животного требуется неодинаковое количество различных белков, т. е. биологическая ценность белков в зависимости от их аминокислотного состава неодинакова. Биологическую ценность белков измеряют количеством белка организма, которое может образоваться из 100 г белка пищи. Оказывается, что белки животного происхождения (мяса, яиц и молока) имеют высокую биологическую ценность (70-95%), а большинство белков растительного происхождения (ржаного хлеба, овса, кукурузы) - более низкую биологическую ценность (60-65%). Имеются, однако, и белки животного происхождения (например, желатина), не содержащие некоторых ценных аминокислот (триптофана, тирозина, цистина), а поэтому являющиеся неполноценными.

1.6 Регуляция белкового обмена

Интенсивность белкового - обмена в большой мере зависит от гуморальных влияний со стороны щитовидной железы. Гормон щитовидной железы, тироксин, повышает интенсивность белкового обмена. При базедовой болезни, характеризующейся усиленным выделением гормонов щитовидной железы (гипертиреоз), белковый обмен повышен. Напротив, при гипофункции щитовидной, железы (гипотиреоз) интенсивность белкового обмена резко снижается. Так как деятельность щитовидной железы находится под контролем нервной системы, то последняя и является истинным регулятором белкового обмена (стр. 480).

На ход обмена белков оказывает большое влияние характер пищи. При мясной пище повышено количество образующейся мочевой кислоты, креатинина и аммиака. При растительной пище эти вещества образуются в значительно меньших количествах, так как в растительной пище мало пуринових тел и креатина. Количество аммиака, образующегося в почках, зависит от кислотно-щелочного равновесия в организме - при ацидозе его образуется больше, при алкалозе - меньше. С растительной пищей вводится значительное количество щелочных солей органических кислот. Органические кислоты окисляются до углекислого газа, выводимого через легкие. Соответствующая доля основания, остающаяся в организме и выводимая затем с мочой, сдвигает кислотно-щелочное равновесие в сторону алкалоза. Поэтому при растительной пище нет необходимости в образовании в почках аммиака для нейтрализации избытка кислот, и в этом случае содержание его в моче незначительно.