2 курс / Биохимия / Лекции_по_Биохимии

111

кислоты R*

Разветвление процесса с образованием большого количества новых радикалов:

R* + О2→ RОО* (перекись жирной кислоты).

Образовавшиеся радикалы воздействуют на новые молекулы жирных кислот:

RН + RОО*→ R* + RООН (гидроперекись жирной кислоты). Гидроперекись также служит источником новых радикальных форм при

участии ионов металлов переменной валентности: RООН + Fе2+→ RО* + ОН* + Fе3+.

Образовавшиеся радикалы атакуют новые жирные кислоты. Некоторое количество гидроперикиси жирных кислот превращается в малоновый диальдегид (МДА)– конечный продукт ПОЛ.

Обрыв (затухание процесса) происходит при взаимодействии радикальных форм жирных кислот между собой:

R*+R*1→RR1, R*+RОО*→ RООR.

В физиологических условиях образуются невысокие концентрации продуктов ПОЛ, которые участвуют в обновлении фосфолипидов клеточных мембран, в регуляции проницаемости клеточных мембран, в фагоцитозе, пиноцитозе и синтезе эйкозаноидов.

Активность ПОЛ уменьшают антиоксидантные ферменты: супероксиддесмутаза, каталаза, глютадионпероксидаза, некоторые микроэлементы, витамины Е, А, С.

7.18.1.Витамин Е

Всвоём составе витамин Е (токоферол, антистерильный витамин) содержит циклический спирт токол и ненасыщенный боковой радикал, Витамин Е относится к жирорастворимым витаминам. Он широко распространён в природе. Суточная потребность в витамине Е для взрослого человека составляет 20-50 мг. Витамин Е является мощным антиоксидантом, «ловушкой» для свободных радикалов, участвует в обмене селена. Авитаминоз Е встречается редко и проявляется в повсеместном повреждении клеточных мембран. В эритроцитах авитаминоз проявляется гемолизом, в мышцах - мышечной слабостью, дистрофией, в репродуктивных органах – нарушением подвижности сперматозоидов, рассасыванием плода, невынашиванием беременности.

7.19. Эйкозаноиды Эйкозаноиды – биологически активные производные арахидоновой (С20:4)

кислоты и эйкопентановой (С20:5) кислоты.

Все эйкозаноиды делятся на следующие группы:

I.простаноиды ( циклические соединения):

∙простагландины;

∙простациклины;

∙тромбоксаны;

II. лейкотриены (нециклические вещества);

112

III. липоксины (нециклические соединения).

7.19.1. Синтез и краткая характеристика эйкозаноидов Источником синтеза различных видов эйкозаноидов является

арахидоновая кислота, входящая в состав фосфолипидов:

Простагландины – циклические производные арахидоновой кислоты, основу которых составляет простаноевая кислота.

В зависимости от добавочной группы у 9 атома углерода простаноевоей кислоты выделяют: РgЕ (в девятом положении кето - группа) и РgF (в девятом положении ОН - группа). Индекс в названии простагландина (PgE2) отражает количество двойных связей в его молекуле.

Простагландины рассматривают как тканевые местные гормоны. Они обладают аутокринным или паракринным эффектом. РgF обладают сосудосуживающим действием, вызывают бронхоспазм, усиливают сокращение миометрия матки. PgЕ обладают сосудорасширяющим, антиаритмическим действием на сердце, антисекреторным эффектом на слизистую желудка (противоязвенное действие). Они увеличивает диурез, участвуют в болевой рецепции, терморегуляции, в иммунологических процессах. В патологических условиях в больших концентрациях Pg являются медиаторами воспаления и аллергических реакций.

Тромбоксаны – циклические производные арахидоновой кислоты. Они синтезируются в тромбоцитах, обладают сосудосуживающим эффектом, увеличивают агрегацию тромбоцитов, способствуют тромбообразованию.

Простациклины синтезируется в эндотелии сосудов, оказывают сосудорасширяющее действие, снижают агрегацию тромбоцитов, обладают фибринолитическим, противовоспалительным, антиоксидатным действием.

Лейкотриены синтезируется в лейкоцитах. Они относятся к нециклическим производным арахидоновой кислоты, содержат в своём составе 3 сопряженные двойные связи. Различают несколько видов лейкотриенов. Наиболее распространены ЛТА и ЛТВ, в составе которых отсутствуют аминокислоты. В ЛТС, ЛТД, ЛТЕ содержится несколько аминокислот. Неимунные эффекты лейкотриенов заключаются в том, что они вызывают длительный

113

Са-независимый спазм гладкой мускулатуры. Иммунные эффекты ЛТ проявляются в активировании перемещения лейкоцитов в очаг воспаления и синтеза антител. В больших концентрациях ЛТ участвует в воспалительных и аллергических реакциях.

Липоксины содержат 4 сопряжённые двойные связи, являются факторами хемотаксиса, фагоцитоза.

8. ОБМЕН БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ

8.1. Общие сведения об азотистом обмене Белки пищевых продуктов являются основным источником азота для

организма. Азот выводится из организма в виде конечных продуктов азотистого обмена. Состояние азотистого обмена характеризуется понятием азотистый баланс.

Азотистый баланс – соотношение между поступающим в организм и выводимым из организма азотом. Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие, положительный азотистый баланс, отрицательный азотистый баланс

При положительном азотистом балансе поступление азота преобладает над его выделением. В физиологических условиях встречается истинный положительный азотистый баланс (беременность, лактация, детский возраст). Для детей в возрасте 1 года жизни он составляет +30%, в 4 года +25%, в подростковом возрасте +14%. При заболевании почек возможен ложный положительный азотистый баланс, при котором происходит задержка в организме конечных продуктов азотистого обмена.

При отрицательном азотистом балансе преобладает выделение азота над его поступлением. Это состояние возможно при таких заболеваниях как туберкулез, ревматизм, онкологические заболевания.

Азотистое равновесие характерно для здоровых взрослых людей, у которых поступление азота равно его выделению.

Азотистый обмен характеризуется коэффициентом изнашивания, под которым понимают то количество белка, которое теряется из организма в условиях полного белкового голодания. Для взрослого человека он составляет 53 мг N/ кг (или 24 г белка/сутки). У новорожденных коэффициент изнашивания выше и составляет 120 мг N на 1 кг массы тела. Азотистое равновесие обеспечивается белковым питанием.

Белковый рацион характеризуется опредёленными количественными и качественными критериями.

Количественные критерии белкового питания Белковый минимум – то количество белка, которое обеспечивает

азотистое равновесие при условии, что все энергетические затраты обеспечиваются углеводами и жирами. Он составляет 40-45 г/сутки. При длительном использовании белкового минимума страдают иммунные процессы, процессы кроветворения, репродуктивная система. Поэтому для взрослых людей необходим белковый оптимум - то количество белка, которое обеспечивает выполнение всех его функций без ущерба для здоровья. Он

114

составляет 100 – 120 г/сутки.

Для детей норма потребления в настоящее время пересматривается в сторону её снижения. Для новорожденного потребность в белках составляет около 2 г/кг, к концу первого года снижается при естественном вскармливании до 1 г/кг, при искусственном вскармливании остаётся в пределах 1,5 – 2 г/кг

Качественные критерии белкового питания

Более ценные для организма белки должны отвечать следующим требованиям:

∙содержать набор всех незаменимых аминокислот (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, аргинин, гистидин, триптофан, фенилаланин);

∙соотношение между аминокислотами должно быть близким к соотношению их в тканевых белках;

∙хорошо перевариваться в желудочно-кишечном тракте.

Этим требованиям в большей степени отвечают белки животного происхождения. Для новорожденных все белки должны быть полноценными (белки грудного молока). В возрасте 3-4 лет около 70-75% должно приходиться на полноценные белки. Для взрослых людей их доля должна составлять около

50%.

8.2. Переваривание белков Переваривание белков происходит в желудке и в тонком кишечнике. Оно

сводится к ферментативному гидролитическому расщеплению белков пищи до аминокислот. Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте имеет ряд особенностей:

∙протеолитические ферменты выделяются в неактивном состоянии (защитный механизм от переваривания тканевых белков);

∙их активирование происходит в просвете желудочно-кишечного тракта путём частичного протеолиза;

∙протеазы желудочно–кишечного тракта отличаются субстратной специфичностью, могут относиться или к эндопептидам, или экзопептидазам.

Вжелудке основным ферментом, расщепляющим белки, является пепсин. Он выделяется в неактивном состоянии в виде профермента пепсиногена. При участии HCl происходит частичный протеолиз пепсиногена и превращение его в активную форму пепсин. При частичном протеолизе уменьшается молекулярная масса, изменяется структура фермента, обнажается его активный центр.

Пепсин относится к эндопептидазам, разрывает в белках внутренние пептидные связи, образованные с участием остатков тирозина и фенилаланина..

Роль HCl в переваривании белков:

∙участвует в активации пепсиногена;

∙обеспечивает оптимум рН для пепсина (рН = 1-2);

115

∙вызывает частичную денатурацию белка, способствует их набуханию;

∙является бактерицидным барьером.

Слизистая желудка имеет целый ряд защитных механизмов от агрессивного действия пепсина и соляной кислоты. К ним относятся:

а) выработка слизи (основной её компонент протеогликаны); б) выделение пепсина в неактивном состоянии;

У детей процессы переваривания белков в желудке менее активны, чем у взрослых людей, так как снижена активность пепсина и продукция соляной кислоты. У грудных детей в желудке кроме пепсина в переваривании белков участвуют ферменты химозин (фермент, створаживающий молоко), гастриксин (оптимум рН 4-5), катепсины, а также протеазы грудного молока. В желудке происходит частичное переваривание белков до полипептидов.

Дальнейшее переваривание белков осуществляется в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы и собственных ферментов слизистой оболочки кишечника. К ферментам поджелудочной железы относятся трипсин, химотрипсин, эластаза, карбоксипептидазы. Трипсин выделяется поджелудочной железой в неактивном состоянии в виде трипсиногена, который активируется ферментом энтеропептидазой (энтерокиназой), вырабатываемой слизистой кишечника. Активация трипсиногена происходит путём частичного протеолиза с отщеплением 6 аминокислот и освобождением активного центра. В зоне связывания активного центра трипсина преобладают кислые аминокислоты (глютаминовая, аспарагиновая), поэтому трипсин расщепляет в пищевых белках внутренние пептидные связи, образованные щелочными аминокислотами (лизином и аргинином). Трипсин, в свою очередь, активирует в кишечнике другие протеолитические ферменты. Химотрипсин вырабатывается в неактивном состоянии в виде химотрипсиногена, активируется частичным протеолизом трипсином. Химотрипсин относится к эндопептидазам, содержит в активном центре гидрофобные аминокислоты, расщепляет в белках связи, образованные СООН – группами ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин). Эластаза образуется из проэластазы под действием трипсина путём частичного протеолиза. В активном центре эластазы преобладают аминокислоты с разветвлённым радикалом, поэтому она расщепляет в белках внутренние пептидные связи, образованные глицином, не содержащим радикала. Карбоксипептидазы относятся к экзопептидазам, отщепляют от белков концевые аминокислоты. Карбоксипептидазы «А» отщепляют С-концевые ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин), карбоксипептидазы «В» отщепляют С-концевые аминокислоты лизин и аргинин.

К ферментам кишечника относятся аминопептидазы и дипептидазы. Аминопептидазы – экзопептидазы, отщепляют N-концевые аминокислоты. К аминопептидазам относится, в частности, лейцинаминопептидаза (ЛАП). Дипептидазы кишечника расщепляют дипептиды. В тонком кишечнике происходит полное гидролитическое расщепление пищевых белков до аминокислот, которые не обладают видовой специфичностью. Образовавшиеся аминокислоты подвергаются всасыванию. У детей снижена активность протеолитических ферментов слизистой кишечника и поджелудочной железы.

116

8.3. Всасывание аминокислот

Всасывание аминокислот представляет собой активный Na-зависимый процесс, требующий затрат энергии АТФ. Перенос отдельных аминокислот осуществляется специальными переносчиками с участием трипептида глютатиона.

У детей могут всасываться не только аминокислоты, но также пептиды и низкомолекулярные белки. Это, с одной стороны, обеспечивает поступление в организм ребёнка иммуноглобулинов, антител грудного молока. С другой стороны, может вызывать аллергические реакции.

8.4. Гниение белков в толстом кишечнике Процессу гниения в толстом кишечнике под действием ферментов

гнилостной микрофлоры подвергаются не полностью расщепившиеся белки и отдельные не всосавшиеся аминокислоты. При гниении белков образуется большое количество газообразных и негазообразных веществ. К продуктам гниения белков относятся CO2, CH4, NH3, H2S, меркаптаны, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, диамины, вещества циклической структуры.

Диамины образуются при декарбоксилировании диаминокислот лизина и орнитина

Диамины могут выводиться из кишечника или обезвреживаться в печени При гниении белков могут образовываться токсичные циклические продукты. Гниение тирозина ведёт к появлению крезола и фенола, гниение

триптофана сопровождается образованием скатола и индола.

Продукты гниения белков чрезвычайно токсичны, по системе vena porta, они поступают в печень, где подвергаются процессам обезвреживания.

8.4.1. Обезвреживание продуктов гниения белков в печени Выделяют несколько вариантов обезвреживания в печени токсичных

117

продуктов гниения белков.

1. Синтез нетоксичной мочевины из чрезвычайно токсичного NН3.

2.Микросомальное окисление токсичных веществ при участии ферментов монооксинегаз. В результате процесса гидроксилирования снижается токсичность, повышается водорастворимость, увеличивается реакционная способность обезвреживаемого вещества.

3. Образование парных нетоксичных соединений путём присоединения к обезвреживаемым продуктам Н2SО4 , глюкуроновой кислоты, глицина. Серная кислота в процессах обезвреживания участвует в активной форме ФАФС – фосфоаденозилфосфосульфат (состав: аденин – рибоза – фосфат –

сульфат - фосфат).

Калиевая соль индоксилсерной кислоты называется индиканом, выводится через почки. Повышенное количество индикана в моче свидетельствует об усилении гнилостных процессов.

Глюкуроновая кислота в процессах детоксикации участвует в активной форме в виде УДФ-глюкуроновой кислоты (состав: урацил-рибоза-фосфат-фосфат-глюкуроновая кислота)

Глицин, взаимодействуя с бензойной кислотой, образует гиппуровую кислоту. На данной реакции основана проба Квика для оценки антитоксической функции печени. Более современная антипириновая проба характеризует активность микросомального окисления в печени.

У новорожденных детей гнилостные процессы отсутствуют. У взрослых людей усиление гнилостных процессов наблюдается при снижении активности протеолитических ферментов желудка и кишечника, при снижении моторики кишечника, дисбактериозах, при преобладании в пищевом рационе неполноценных белков.

8.5. Динамическое состояние белков в тканях организма Белки тканей организма постоянно обновляются, то есть подвергается

распаду, и постоянно замещаются вновь синтезированными белками. Период полуобмена белков в таких тканях как кровь, слизистая кишечника, печень составляет приблизительно 10 дней. В таких тканях, как кожа, мышцы период полуобмена белков более продолжителен,

Распад тканевых белков (катаболизм) осуществляют особые тканевые протеолитические ферменты катепсины. Выделяют несколько их видов, которые обозначают буквами (А В, Д, Н, N) или римскими цифрами. Катепсины локализованы как в лизосомах, так и в цитозоле. Лизосомальные катепсины называются кислыми катепсинами, так как оптимум рН для них равен 4,5-5,5. Катепсины могут относиться как к эндопептидазам, так и к экзопептидазам. В активном центре катепсинов могут присутствовать цистеин, аспарагиновая кислота, серин. Например, катепсин «Д» по своему действию аналогичен

118

пепсину желудочного сока, катепсин «Н» активен в печени, катепсин «N» обладает коллагенолитической активностью.

Биологическая роль катепсинов:

∙участвуют в обновлении тканевых белков;

∙разрушают дефектные, денатурированные белки (обычно подобные белки вначале соединяются с особым белком убиквинтином, после чего разрушаются катепсинами);

∙реконструктивная функция – катепсины переводят неактивные формы белков в активные белки;

∙при голодании, кровопотере, интоксикации катепсины обеспечивают мобилизацию белков из депо белков (плазма крови, мышцы, печень).

8.5.1.Пути образования и использования аминокислот в тканях

Вткани всегда существует определённый запас аминокислот. Он поддерживается на достаточно постоянном уровне благодаря сбалансированности путей образования и использования аминокислот.

Пути пополнения запаса тканевых аминокислот:

1.аминокислоты, всосавшиеся из кишечника в результате переваривания пищевых белков (1/3 фонда);

2.аминокислоты, образовавшиеся при распаде тканевых белков;

3.синтезированные в тканях заменимые аминокислоты.

Одной из транспортных систем аминокислот в ткани является система, в которой участвуют трипептид глютатион (глю-гли-цис) и фермент γ - глютамилтранспептидаза. Аминокислота, подвергающаяся всасыванию, связывается со свободной γ - карбоксильной группой глютаминовой кислоты глютатиона. Затем этот комплекс распадается с освобождением глютамата. Данная транспортная система активна в отношении аминокислот цистеина, серина, треонина

Пути расходования аминокислот в тканях:

1.синтез тканевых белков и пептидов;

2.образование небелковых N-содержащих веществ (пуриновые основания, креатинин, биогенные амины, фосфолипиды);

3.использование на энергетические цели;

4.расходование на синтез углеводов (глюконеогенез);

5.образование из аминокислот некоторых метаболитов липидного обмена (кетоновые тела).

Катаболизм аминокислот условно делят на общие реакции (происходят в отношении радикала, аминогрупп, карбоксильных групп) и специфические реакции.

8.6. Катаболизм аминогруппп аминокислот

8.6.1. Трансаминирование аминокислот Начальным процессом деградации аминогрупп является процесс

трансаминирования. Трансаминирование - ферментативный процесс переноса NН2 - группы с аминокислоты на α - кетокислоту при участии ферментов

120

аспартатаминотрансферазы, в печени - аланинаминотрансферазы. Нередко определяют коэффициент де Ритиса: АсАт/АлАТ = 1,33. При инфаркте миокарда этот коэффициент увеличивается, при заболеваниях печени снижается.

8.6.2.Дезаминирование аминокислот

Втканях различают несколько вариантов дезаминирования: окислительное, непрямое, внутримолекулярное дезаминирование.

8.6.2.1. Окислительное дезаминирование Окислительное дезаминирование – это ферментативный процесс

отщепления NН2 – группы от аминокислоты после предварительного окисления аминокислоты. В окислительном дезаминировании участвуют ферменты:

∙L - аминокислотоксидазы – флавиновые кислоты, имеющие ФМН в качестве ко-ферментов. Эти ферменты в тканях малоактивны, поскольку их оптимум рН = 10;

∙D - аминокислотоксидазы – флавиновые ферменты, использующие ФАД в качестве коферментов;

∙глютаматдегидрогеназа – НАД (НАДФ) - зависимый аллостерический, олигомерный фермент. Он обладает высокой активностью в процессе окислительного дезаминирования глютаминовой кислоты;

∙глициноксидаза.

∙

Окислительное дезаминирование глютаминовой кислоты приведено в качестве примера.

Биологическое значение реакций окислительного дезаминирования

состоит в том, что эта реакция позволяет аминокислотам освобождаться от аминогруппы и, переходя в альфа - кетокислоту, включатся в цикл Кребса.

8.6.2.2. Непрямое дезаминирование В тканях для большинства аминокислот реакции трансаминирования и

окислительного дезаминирования тесно друг с другом связаны, Сочетание их получило название непрямого дезаминирования. Так как возможности окислительного дезаминирования большинства аминокислот очень малы, вначале они вступает в реакцию трансаминирования с α - кетоглютаровой кислотой. Образовавшаяся при этом глютаминовая кислота в дальнейшем