Теоретична частина:

Кожному виду організмів властиві свої характерні білки, які володіють видовою і тканьовою специфічністю. Чужорідні білки їжі можуть засвоюватися організмом тільки після розщеплення їх протеолітичними ферментами на амінокислоти.

Протеолітичні ферменти, які каталізують розщеплення пептидних зв'язків, діляться на екзопептидази і ендопептидази. До екзопептидаз відносяться: амінопептидаза (послідовно відщеплює N-кінцеві амінокислотні залишки), карбоксипептидаза (послідовно відщеплює С-кінцеві амінокислотні залишки), а так само ди- і трипептидази. У групу ендопептидаз входять: пепсин, трипсин, хімотрипсин і внутрішньоклітинні протеїнази-катепсини. Трипсин специфічно розриває пептидні зв'язки в молекулі білка, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи лізину й аргініну, а хімотрипсин - карбоксильними групами ароматичних амінокислот. Пепсин розщеплює пептидні зв'язки, в утворенні яких беруть участь аміногрупи ароматичних амінокислот і карбоксильні групи дикарбонових амінокислот (глютамінової й аспарагінової).

Н₂N-Лей-Вал-Арг-Цис-Фен-Лиз-Тир-Ала-Глу-Тир-Ала-Вал-СООН

трипсин пепсин

амінопептидаза хімотрипсин химотрипсин

трипсин карбоксипептидаза

Рис.2. Місце дії протеолітичних ферментів на поліпептидний ланцюг

Травлення харчових білків починається у шлунку під впливом ферменту пепсину при рН 1,5-2. У результаті утворюються високомолекулярні пептиди – альбумози та пептони. У тонкому кишечнику під впливом ферментів підшлункової залози – трипсину та хімотрипсину – альбумози та пептони переварюються до невеликих поліпептидів, які розщеплюються потім у клітинах тонкого кишечнику амінопептидазами, карбоксипептидазами та дипетидазами до амінокислот.

Протеолітичні ферменти (пепсин, трипсин, хімотрипсин) синтезуються у виді неактивних попередників – проферментів. Таким засобом клітини, які їх секретують захищають свої власні білки від руйнування цими ферментами. Слизова оболонка шлунку та кишечнику також захищені від дії протеаз шаром слизу. Далі амінокислоти всмоктуються у кров, розносяться нею до органів та тканин, де використовуються в будові тканьових білків, ферментів, гормонів, пігментів та ряду інших речовин.

Амінокислоти, які залишилися не використаними, а також ті, які звільнилися в наслідок розпаду тканьових білків підлягають дезамінуванню, декарбоксилюванню або переамінуванню.

Катаболізм амінокислот:

Переамінування – це перенос аміногрупи з амінокислоти на кетокислоту. У результаті утворюється нова амінокислота та нова кетокислота. Ферменти переамінування - трансамінази, або амінотрансферази - містять в якості коферменту піридоксальфосфат (фосфорильоване похідне вітаміну В₆ ), який у ході ферментативного каталізу відіграє роль проміжного переносника аміногрупи від амінокислоти до кетокислоти. Трансамініруванню підлягають всі природні α-амінокислоти, але найбільш активні аланінамінотрансфераза і аспартатамінотрансфераза. Ці трансамінази представлені в тканинах у вигляді ізозимів, локалізованих у цитоплазмі і мітохондріях. Установлено, що цитоплазматичні ізозими беруть участь у регуляції глюконеогенезу в печінці. Кетокислоти, які утворилися – щавлевооцтова і піровиноградна – використовуються для синтезу вуглеводів. Реакції, які каталізуються амінотрансферазами, легко зворотні. Значення констант рівноваги близькі до одиниці.

Кінцевим акцептором аміногруп більшості амінокислот є α-кетоглутарова кислота, що перетворюється в глютамінову кислоту. Глютамінова кислота підлягає окисному дезамінуванню з утворенням α-кетоглютарової кислоти й аміаку. Реакцію каталізує глютаматдегідрогеназа, яка представляє собою єдиний високоактивний фермент, який діє на амінокислоту L-ряду. Коферментами для нього служать НАД і НАДФ. Такий шлях окисного дезамінування більшості природних α-амінокислот одержав назву непрямого дезамінування (через переамінування).

Пряме окисне дезамінування L-амінокислот каталізують оксидази L-амінокислот, які містять в якості коферменту ФМН (флавинмононуклеотид), здатний окислятися безпосередньо киснем повітря. Але активність цих ферментів дуже низька і їх значення в процесі окисного дезамінування L-амінокислот украй невелике.

Отже дезамінування – це перетворення амінокислот у відповідні -кетокислоти в наслідок відщеплення аміногрупи у вигляді аміаку.

Аміак, який утворився в результаті дезамінування амінокислот (в остаточному підсумку за рахунок глютамінової кислоти), а також при дезамінуванні пуринових основ, знову може бути використаний для синтезу амінокислот, завдяки зворотності глютаматдегідрогеназної реакції. Процес одержав назву відновлювального амінування і служить основним шляхом включення азоту до складу аміногруп.

Фермент глютамінсинтетаза каталізує утворення глютаміну із глютамінової кислоти й аміаку. Реакція протікає у дві стадії і вимагає присутності АТФ і Mg²⁺. В якості проміжного продукту утворюється γ-глютамілфосфат. Під дією іншого ферменту відбувається перенос амідної групи глютаміну на аспарагінову кислоту з утворенням аспарагіну. Глютамін у більшості хребетних тварин служить переносником аміаку від тканин до нирок, де він розщеплюється зі звільненням аміаку.

Вуглецеві скелети багатьох амінокислот піддаються окисним перетворенням, включаючись у цикл трикарбонових кислот у вигляді а-кетоглутарової, щавлевооцтової, бурштинової і фумарової кислот.

Одним зі шляхів перетворення амінокислот у тканинах є їх декарбоксилювання з утворенням амінів і вуглекислого газу. Декарбоксилази амінокислот містять в якості коферменту піридоксальфосфат. Активність декарбоксилаз амінокислот у тваринному організмі відносно невелика. Багато з амінів, які утворюються, відіграють важливу роль у процесах обміну речовин. До них відносяться: гістамін, тирамін, серотонін, (γ-аміномасляна кислота, адреналін, норадреналін і ряд поліамінів - путресцин, кадаверин, спермидин, спермін. Поліаміни беруть участь у регуляції процесів синтезу білка і нуклеїнових кислот, а також у стабілізації структури ДНК завдяки взаємодії з негативно зарядженими фосфатними групами полінуклеотидних ланцюгів. Під дією амінооксидаз аміни окислюються з утворенням аміаку і відповідних альдегідів, які далі окислюються до кінцевих продуктів – вуглекислого газу й води.

Аміак, який утворився при дезамінуванні амінокислот (при фізіологічних значеннях рН аміак знаходиться у вигляді іонів амонію) токсичний та повинний бути виведеним із організму. Іон амонію може прямо включатися в біологічні молекули декільками засобами:

• відновлювальне амінування  -кетоглутарату з утворенням глутамату:

 -кетоглутарат + NH₃ + NADH → глутамат + NAD⁺.

• утворення аміду глютамінової кислоти:

глютамінова кислота + NH₃ + ATP → глютамін +ADP + H₃PO₄.

Ця реакція відбувається в багатьох тканинах, але найбільш важлива для нервової тканини, особливо чутливої до токсичної дії аміаку. Глютамін виконує функцію транспортної форми аміаку. У печінці він розщеплюється на глютамінову кислоту та аміак, і останній включається в процес синтезу сечовини.

Утворення карбамоїлфосфату шляхом конденсації NH₃, CO₂ и АТФ здійснюється в печінці та є початковою стадією синтезу сечовини – кінцевого продукту метаболізму азоту:

NН₃+СО₂+2АТР+Н₂О → H₂N-СО-РО₃Н₂+2ADP+Н₃РО₄