Metabolizam bjelančevina u ljudskom tijelu karakterizira jedna važna značajka - ni bjelančevine ni aminokiseline ne mogu se pohraniti za buduću upotrebu, poput lipida u masnom tkivu ili ugljikohidrata u obliku glikogena.
Neesencijalne aminokiseline mogu se sintetizirati u ljudskom tijelu. Za to postoji nekoliko načina: aminacija nezasićene kiseline, redukcijska aminacija i transaminacija.
Aluminizacija nezasićene kiseline Asp nastaje iz fumarne kiseline pod utjecajem aspartat:amonijak liaza(vidi sliku 6.40). Reakcija je reverzibilna i stoga se Asp, pretvarajući se u fumarnu kiselinu, može potpuno oksidirati u Krebsovom ciklusu.
Reduktivna aminacija- proces obrnut od oksidativne deaminacije (vidi sl. 3.14 i 12.1). Ali samo Ala i Glu nastaju na ovaj način, jer je aktivnost njihovih dehidrogenaza značajna.
Tako vjeruju Ala, Asp i Glu primarni, a sve druge neesencijalne aminokiseline nastaju u reakcijama transaminacije (vidi sl. 3.15).
Aminokiseline iz hrane (nastale tijekom probave bjelančevina) prenose se iz krvi u različite organe i tkiva gdje se koriste za sintezu proteina. Procjenjuje se da se u organizmu odrasle osobe dnevno sintetizira 1,3 g proteina na 1 kg tjelesne težine (u prosjeku 90-100 g). Istodobno je izotopskim metodama utvrđeno da aminokiseline iz hrane čine samo 1/4 ukupnog broja. To ukazuje da se proteini u tkivima tijela stalno obnavljaju. Različiti se proteini obnavljaju različitim brzinama. Na primjer, vrijeme djelovanja inzulina je 20-30 minuta, proteina crijevne sluznice - 2-4 dana, hemoglobina - 100-120 dana, kolagena - 6-8 mjeseci.
Proteinske molekule koje su odslužile svoj vijek trajanja izložene su tkivnim peptidnim hidrolazama i razgrađuju se na slobodne aminokiseline prema sljedećoj shemi:
Protein -? Visoka molekularna težina -? Niska molekularna težina -? Aminokiseline, polipeptidi polipeptidi
Razgradnja proteina događa se na sličan način izvan tijela, u različitim biološkim tkivima, tekućinama i prehrambenim sustavima. Na primjer, kada sirevi sazrijevaju, sve komponente prikazane u ovom dijagramu uvijek su prisutne u gotovom proizvodu. Omjer produkata razgradnje: peptidi, aminokiseline, amini značajno utječe na okus i miris. Peptidi srednje i niske molekularne mase koji imaju gorak okus daju nekim sirevima karakterističan gorak okus.
Procesi metabolizma proteina u ljudskom tijelu regulirani su uz sudjelovanje niza hormona (tablica 12.4).
Tablica 12.4
Regulacija metabolizma proteina i aminokiselina
|
Orgulje |
Sintetizirani hormoni i njihov učinak |
|
Hipofiza |
Somatotropin pojačava procese sinteze proteina |
|
Štitnjača |
Tiroksin povećava brzinu biosinteze proteina |
|
Gušterača |
Inzulin osigurava prevlast sinteze proteina nad njihovom razgradnjom; stimulira vezanje mRNA na ribosome |
|
Srž nadbubrežne žlijezde |
Adrenalin povećava brzinu razgradnje proteina u tkivima i oslobađanje dušikovih metaboličkih produkata u urinu |
|
Kora nadbubrežne žlijezde |
Kortizon inhibira sintezu proteina, povećava njihovu razgradnju i otpuštanje dušikovih metaboličkih produkata u urinu |
|
Testisi |
Testosteron stimulira biosintezu proteina u mišićno tkivo uzrokujući nakupljanje dušika u tijelu |
Kao rezultat metabolizma proteina, neke aminokiseline se razgrađuju. Obavezan korak u ovom slučaju je deaminacija. ili reamii-rovaiy(vidi paragraf 3.2). Najčešća opcija je oksidativna deaminacija. Na sl. Slika 3.14 prikazuje sumarnu jednadžbu. U stvarnosti, reakcija se odvija u dvije faze: dehidrogenacija i hidroliza (vidi sliku 12.1). Kada se oksidira djelovanjem specifičnog NAD-dehidrogenaza nastaje imino kiselina. Tijekom hidrolize dolazi do cijepanja dvostruke veze u imino skupini i oslobađanja NH3.
Ova transformacija ima veliki značaj za metabolizam proteina, budući da su oba njegova stupnja reverzibilna i stoga se aminokiselina može formirati iz keto kiseline.
Na temelju smjera korištenja bezdušičnog ostatka aminokiseline se dijele u dvije skupine: ketogene i glikogene (tablica 12.5).
Istovremeno ketogeni i glikogeni - Ile, Liz, Fen, Tyr, Tri.
Trenutno su poznati putevi razgradnje svih proteinogenih aminokiselina.
Primjeri ketogenih i glikogenih aminokiselina
Metabolizam pojedinih aminokiselina
Glicin- najjednostavnija aminokiselina. Sintetizira se uglavnom iz Sera, čiju hidroksimetilnu skupinu uklanja enzim koji sadrži vitamin By. Kao i GABA, Gly je inhibitorni neurotransmiter. Gly je uključen u sintezu purinskih dušičnih baza (vidi sliku 13.9) i pirolnih ciklusa. Sudjeluje u neutralizaciji toksičnih aromatskih spojeva koji nastaju iz biljnih proizvoda, ako prevladavaju u prehrani. Gly stvara spojeve topive u vodi s benzojevom, octenom kiselinom i fenolima, koji se izlučuju putem bubrega. Na primjer, kompleks Gly s benzojevom kiselinom naziva se hiinurična kiselina (slika 12.2).
Riža. 12.2.
S kolnom kiselinom, Gly tvori glikokolnu kiselinu (slika 12.3), koja ima svojstva surfaktanta i uključena je u emulzifikaciju masti tijekom probave.
Gly deaminacija se provodi prema oksidativnom tipu NAD-ovisne dehidrogenaze uz stvaranje glioksilne kiseline (slika 12.4).
Riža. 12.4.
Serin - zamjenjiva hidroksiaminokiselina. Njegov kostur je formiran od 3-PGA, čiji je izvor glukoza, a NH 2 -rpynna se unosi transaminacijom. Ser je neophodan za sintezu fosfolipida (vidi sl. 11.42 i 11.43), te je prekursor aminoetanola (sl. 12.5) i kolina.
Riža. 12.5.
Ser hidroksi skupina je dio aktivnih mjesta mnogih enzima, kao što su tripsin, kimotripsin, esteraze, fosforilaze, fosfataze.
Tijekom razgradnje Ser se prvo oslobađa od alkoholne hidroksilne, a zatim hidrolitički od amino skupine (sl. 12.6). Kao rezultat, nastaje PVC, koji se lako uključuje u TCA ciklus i tamo se oksidira u H 2 0 i C0 2.
Riža. 12.6.
metionin - esencijalne aminokiseline koje sadrže sumpor. Prenosi metilnu skupinu na druge spojeve. Kao rezultat toga nastaju kolin, kreatin, adrenalin i dušične baze.
Nakon što se oslobodi metilne skupine, Met sumpor uglavnom prelazi u Cys sumpor.
Zapravo, sve se transformacije događaju kada je Met u svom aktivnom obliku - u obliku 8+-adenozilmetionina (vidi sliku 6.31).
Iako je Met esencijalna aminokiselina, može se regenerirati iz homocisteina u reverzibilna reakcija, prikazano na sl. 12.7. Transformaciju kataliziraju enzimi koji sadrže vitamine B 9 i B 12. Po-
Riža. 12.7.
Budući da je Met jedini izvor homocisteina, opskrba tijela ovom aminokiselinom ovisi isključivo o njenom sadržaju u hrani.
cistein- neesencijalna aminokiselina koja sadrži sumpor, jer se može sintetizirati iz dvije aminokiseline: Ser i Met (vidi sliku 12.7). Cys sadrži visoko reaktivnu sulfhidrilnu skupinu koja se lako može oksidirati u disulfidnu vezu. Ta se transformacija događa između različitih polipeptidnih lanaca ili unutar jednog polipeptidnog lanca tijekom stvaranja tercijarne strukture proteina i naziva se posttranslacijska modifikacija proteina. Tako se molekule inzulina, kimotripsina i drugih proteina stabiliziraju u tercijarnoj strukturi.
Djelovanje sulfhidrilne skupine očituje se u enzimskoj katalizi. Na primjer, mnogi enzimi sadrže SH skupine u aktivnom mjestu, koje su neophodne za katalitičku reakciju. Poznato je da se aktivnost takvih enzima gubi nakon oksidacije SH-rpynn.
Eksperimenti na životinjama su dokazali da se cistein transformira u tripeptid glutation, koji ima redoks svojstva. Vjeruje se da glutation održava aktivni reducirani oblik enzima zahvaljujući vlastitoj oksidaciji. Dokazano je pozitivno antioksidativno djelovanje glutationa:
- u poboljšanju procesa neutralizacije teških metala i toksina;
- smanjenje neželjenih učinaka zračenja i kemoterapije tijekom liječenja onkološke bolesti;
- u usporavanju procesa starenja.
U tkivima se cistein može dekarboksilirati u aminoetantiol (Sl. 12.8), koji je neophodan za sintezu Co A ili se oksidira u taurin (Sl. 12.9).
Dakle, cistein je prekursor taurina, koji ima ulogu neurotransmitera i ima antikonvulzivno djelovanje. Taurin poboljšava energetski metabolizam, stimulira procesi oporavka, na primjer, u tkivima oka.
U jetri taurin stvara taurokolnu kiselinu, sličnu glikokolnoj kiselini (vidi sl. 12.3), koja pridonosi emulgiranju masti u crijevima.
Riža. 12.9.
Često se kompleksi žučnih kiselina s taurinom i glicinom nazivaju konjugati ili upareni spojevi.
Asparaginska kiselina I glutaminska kiselina igraju važnu ulogu u metabolizmu proteina i provode trans- i deaminaciju aminokiselina. Oni mogu prihvatiti NH 3 ne samo u slobodnom obliku, već i kao dio proteina. Kao rezultat toga nastaju odgovarajući amidi: aspragin (Asi) i glutamin (Gln). Dakle, Asi i Glu sudjeluju u neutralizaciji NH 3.
Metabolizam većine aminokiselina prolazi kroz fazu stvaranja asparaginske i glutaminske kiseline u reakcijama transaminacije.
Obje aminokiseline sudjeluju u sintezi dušikovih baza (vidi sl. 13.8 i 13.9).
Dekarboksilacija asparaginske kiseline dovodi do stvaranja a- ili (3-alapina (slika 12.10). Potonji se može uključiti u sintezu pantotetske kiseline (vidi sliku 6.47).
Riža. 12.10.
Tijekom α-dekarboksilacije glutaminske kiseline nastaje γ-aminomaslačna kiselina (sl. 12.11), koja inhibira procese ekscitacije u sivoj tvari kore velikog mozga i koristi se kao lijek za neke bolesti središnjeg živčanog sustava.
Fenilalanin- esencijalna aromatična aminokiselina. Oksidira se u tirozin, koji se dalje pretvara u kinon (slika 12.12). Kinoni su dio melanonroteina - složenih proteina koji daju boju koži, kosi i krznu.
Riža. 12.12.
1 - reakciju katalizira fenilalanin hidroksilaza;2 - reakcija je katalizirana
tirozinaza
U metabolizmu Fena može se uočiti nasljedni neuspjeh - sinteza niza neispravnih enzima. Na primjer, s defektom sinteze fenilalanin hidroksilaza opaža se bolest fensketonurija. U tom slučaju ne nastaje Tyr, već fenil laktat, fenilpiruvat i fenilacetat, koji se nakupljaju u krvi i izlučuju mokraćom. Ta je hrana toksična za mozak i uzrokuje ozbiljne zastoje u razvoju djece. mentalni razvoj(fenilpiruvična oligofrenija), čiji se razvoj može spriječiti dijetom koja ne sadrži fen. Konkretno, glikomakropeptid, koji se odcjepljuje enzimskom hidrolizom kazeina i prelazi u sirutku, ne sadrži Fen, što znači da se može koristiti u prehrani takve djece.
Još jedno kršenje događa se kada postoji nedostatak tirozinaza i zove se albinizam(od lat. albus- bijela). Zbog neuspjeha u sintezi pigmenta melanina, koža i kosa osobe slabo su pigmentirani, a zjenice su crvene, jer su žile fundusa vidljive zbog nedostatka pigmenata u irisu.
Tirozin je neesencijalna aminokiselina, budući da se sintetizira iz Phena (vidi sliku 12.12). Međutim, katalizirana je oksidacija Phena u Tyr fenilalanin hidroksilaza - nepovratan proces, stoga, ako postoji nedostatak fena u proizvodima, Tyr ga ne može nadomjestiti.
Tyr je prethodnik niza važnih spojeva. Prvo, hormoni se sintetiziraju iz Tyra Štitnjača: tetrajodtironin (T) i trijodtironin (T 3).
Drugo, Tyr, uz sudjelovanje tirozinaze, oksidira se u dioksifenilalanin (DOPA), a zatim u DOPA-kinon, koji je neophodan za sintezu obojenih proteina - melanonroteina.
Konačno, dioksifenilalanin se može podvrgnuti dekarboksilaciji i formirati dopamin (dioksifeniletilamin), koji je prekursor kateholamina (neurotransmitera) norepinefrina i epinefrina (vidi sliku 8.3).
Riža. 12.13.
Triptofan je esencijalna aminokiselina za ljude i životinje. Iz njega se sintetiziraju biološki aktivni spojevi kao što su serotonin (slika 12.14) i ribonukleotid nikotinske kiseline. Serotonin je visoko aktivan biogeni amin s vazokonstriktorskim djelovanjem. Regulira arterijski tlak, tjelesnu temperaturu, disanje, bubrežnu filtraciju i posrednik je živčanih procesa u središnjem živčanom sustavu.
Riža. 12.14.
Normalno, ne više od 1% Tri se pretvara u serotonin. Više od 95% Tri se oksidira kroz put koji dovodi do stvaranja NAD, smanjujući tjelesnu potrebu za vitaminom B5.
Prolil je neesencijalna aminokiselina pa u životinjskom tijelu postoji mogućnost njegove sinteze: bilo iz γ-semialdehida glutaminske kiseline (a-amino-γ-oksopentanske kiseline) ili iz ornitina koji nastaje tijekom hidroliza Apr (sl. 12.15).
Riža. 12.15.
Tijekom razgradnje, Pro se prvo oksidira istom NLD dehidrogenazom u 5-pirolin-2-karboksilnu kiselinu, u kojoj se hidrolitički razara ciklus na mjestu dvostruke veze. Kao rezultat nastaje γ-semialdehid. Njegova aldehidna skupina je oksidirana u karboksilnu skupinu. Tako nastaje Glu, načini njegove upotrebe ovise o potrebama stanice.
Nastavni rad: 34 str., 12 izvora, 5 crteža
Predmet proučavanja– Metabolizam proteina u ljudskom tijelu.
Cilj rada– proučavanje poremećaja metabolizma proteina u ljudskom tijelu.
Način istraživanja– opisno
valin, treonin, fenilalanin, arginin, cistin, tirozin, alanin, serin, proteini, aminokiseline, hemoglobin,purini, inacin, hidrofilnost, urati, kreatinin
Uvod
1. Metabolizam proteina
1.1 Intermedijarni metabolizam proteina
1.2 Uloga jetre i bubrega u metabolizmu proteina
1.3 Metabolizam složenih proteina
1.4 Ravnoteža metabolizma dušika
1.5 Proteinski standardi u prehrani
1.6 Regulacija metabolizma proteina
2. Tkivni metabolizam aminokiselina
2.1. Sudjelovanje aminokiselina u procesima biosinteze
2.2 Sudjelovanje aminokiselina u kataboličkim procesima
2.3 Stvaranje krajnjih produkata jednostavnog metabolizma proteina
3 Metabolizam nukleotida u tkivu
3.1 Sinteza DNA i RNA
3.2 Katabolizam DNA i RNA
4 Regulacija procesa metabolizma dušika
5 Radioizotopska istraživanja metabolizam dušika
6 Patologija metabolizma dušika
6.1 Nedostatak proteina
6.2 Patologija metabolizma aminokiselina
7 Metabolizam dušika u ozračenom tijelu
8 Promjene u metabolizmu dušika tijekom starenja
Književnost
UVOD
Ljudsko tijelo sastoji se od bjelančevina (19,6%), masti (14,7%), ugljikohidrata (1%), minerala (4,9%), vode (58,8%). Ono neprestano troši te tvari za proizvodnju energije potrebne za funkcioniranje. unutarnji organi, održavanje topline i odvijanje svih životnih procesa, uključujući fizički i psihički rad.
Istodobno dolazi do obnove i stvaranja stanica i tkiva od kojih je izgrađeno ljudsko tijelo, a potrošena energija nadopunjuje se iz tvari unesenih hranom. U takve tvari spadaju bjelančevine, masti, ugljikohidrati, minerali, vitamini, voda itd., nazivaju se prehrambenim tvarima. Shodno tome, hrana za tijelo je izvor energije i plastičnih (građevinskih) materijala.
To su složeni organski spojevi aminokiselina, koji uključuju ugljik (50-55%), vodik (6-7%), kisik (19-24%), dušik (15-19%), a mogu uključivati i fosfor, sumpor , željezo i drugi elementi.
Proteini su najvažnije biološke tvari živih organizama. Oni služe kao glavni plastični materijal od kojeg su građene stanice, tkiva i organi ljudskog tijela. Bjelančevine čine osnovu hormona, enzima, protutijela i drugih tvorevina koje obavljaju složene funkcije u ljudskom životu (probava, rast, reprodukcija, imunitet itd.), te pridonose normalnom metabolizmu vitamina i mineralnih soli u tijelu. Bjelančevine sudjeluju u stvaranju energije, osobito u razdobljima velike potrošnje energije ili kada u prehrani nema dovoljno ugljikohidrata i masti. Energetska vrijednost 1 g proteina je 4 kcal (16,7 kJ).
S nedostatkom bjelančevina u organizmu nastaju ozbiljni poremećaji: usporen rast i razvoj djece, promjene na jetri odraslih, u radu žlijezda s unutarnjim izlučivanjem, sastavu krvi, slabljenje mentalne aktivnosti, smanjena radna sposobnost i otpornost na zarazne bolesti.
Protein u ljudskom tijelu kontinuirano se stvara od aminokiselina koje ulaze u stanice kao rezultat probave proteina hrane. Za sintezu proteina kod ljudi potrebni su proteini iz hrane u određenoj količini i određenog sastava aminokiselina. Trenutno je poznato više od 80 aminokiselina, od kojih su 22 najzastupljenije u hrani. Prema biološkoj vrijednosti aminokiseline se dijele na esencijalne i neesencijalne.
Osam aminokiselina je esencijalno - lizin, triptofan, metionin, leucin, izoleucin, valin, treonin, fenilalanin; Za djecu je također potreban histidin. Ove aminokiseline se ne sintetiziraju u tijelu i moraju se unositi hranom u određenom omjeru, tj. uravnotežene. Osobito su vrijedne esencijalne aminokiseline triptofan, lizin, metionin, koje se uglavnom nalaze u proizvodima životinjskog podrijetla, čiji bi omjer u prehrani trebao biti 1:3:3.
Neesencijalne aminokiseline (arginin, cistin, tirozin, alanin, serin itd.) mogu se sintetizirati u ljudskom tijelu.
Hranjiva vrijednost proteina ovisi o sadržaju i ravnoteži esencijalnih aminokiselina. Što više esencijalnih aminokiselina sadrži, to je vrijedniji. Izvori potpunih proteina su meso, riba, mliječni proizvodi, jaja, mahunarke (osobito soja), zobene pahuljice i riža.
Dnevni unos bjelančevina je 1,2-1,6 g po 1 kg ljudske težine, odnosno samo 57-118 g, ovisno o spolu, dobi i vrsti posla osobe. Životinjske bjelančevine trebaju biti 55% dnevna norma. Osim toga, pri sastavljanju dijete treba voditi računa o ravnoteži aminokiselinskog sastava hrane. Najpovoljniji sastav aminokiselina predstavljen je u kombinaciji proizvoda kao što su kruh i kaša s mlijekom, mesne pite i okruglice.
1 Metabolizam proteina
Biološki značaj i specifičnosti proteina. Proteini su glavna tvar od koje je građena protoplazma stanica i međustanična tvar. Život je oblik postojanja proteinskih tijela (F. Engels). Bez proteina nema i ne može biti života. Svi enzimi, bez kojih se metabolički procesi ne mogu odvijati, su proteinska tijela. Fenomeni su povezani s proteinskim tijelima - miozinom i aktinom kontrakcija mišića. Nositelji kisika u krvi su pigmenti proteinske prirode, kod viših životinja - hemoglobin, a kod nižih životinja - klorokruorin i hemocijanin. Krv svoju sposobnost zgrušavanja duguje proteinu plazme, fibrinogenu. Neki proteini plazme, takozvana antitijela, povezani su s imunološkim svojstvima tijela. Jedan od proteina mrežnice - vizualni ljubičasti ili rodopsin - povećava osjetljivost mrežnice na percepciju svjetlosti. Nukleoproteini jezgre i citoplazme značajno sudjeluju u procesima rasta i razmnožavanja. Fenomeni ekscitacije i njezino širenje povezani su s sudjelovanjem proteinskih tijela. Među hormonima koji sudjeluju u regulaciji fizioloških funkcija, postoji niz proteinskih tvari.
Struktura proteina je vrlo složena. Kada se hidrolizira kiselinama, alkalijama i proteolitičkim enzimima, protein se razgrađuje na aminokiseline, ukupni broj kojih ima više od dvadeset i pet. Osim aminokiselina, različiti proteini sadrže i mnoge druge komponente (fosfornu kiselinu, ugljikohidratne skupine, lipoidne skupine, posebne skupine).
Proteini su vrlo specifični. Svaki organizam i svako tkivo sadrži proteine koji se razlikuju od proteina koji čine druge organizme i druga tkiva. Visoka specifičnost proteina može se otkriti korištenjem sljedećeg biološkog testa. Ako u krv životinje unesete bjelančevine druge životinje ili biljne bjelančevine, tijelo na to odgovara općom reakcijom koja se sastoji u promjeni aktivnosti niza organa i povećanju temperature. Istodobno se u tijelu stvaraju posebni zaštitni enzimi koji mogu razgraditi strani protein uveden u njega.
Parenteralna (zaobilazeći probavni trakt) primjena strane bjelančevine čini životinju nakon određenog vremena izrazito osjetljivom na ponovnu primjenu te bjelančevine. Dakle, ako se zamorac ne primjenjuje parenteralno veliki broj(1 mg ili čak i manje) stranih bjelančevina (proteini sirutke drugih životinja, bjelanjci jaja itd.), zatim nakon 10-12 dana ( trajanje inkubacije) ponovljena primjena nekoliko miligrama istog proteina izaziva burnu reakciju u tijelu zamorca. Reakcija se očituje u konvulzijama, povraćanju, crijevnim krvarenjima, niskom krvnom tlaku, respiratornom distresu i paralizi. Kao posljedica ovih poremećaja, životinja može uginuti. Ova povećana osjetljivost na strani protein naziva se anafilaksija (C. Richet, 1902.), a gore opisana reakcija tijela naziva se anafilaktički šok. Značajno veća doza stranog proteina, primijenjena prvi put ili prije kraja inkubacijskog razdoblja, ne uzrokuje anafilaktički šok. Povećanje osjetljivosti organizma na određeni učinak naziva se senzibilizacija. Senzibilizacija tijela uzrokovana parenteralnom primjenom stranog proteina traje mjesecima, pa čak i godinama. Može se eliminirati ako se isti protein ponovno uvede prije isteka razdoblja inkubacije.
Fenomen anafilaksije opaža se i kod ljudi u obliku takozvane "serumske bolesti" kod opetovane primjene ljekovitih seruma.
Visoka specifičnost proteina je razumljiva ako uzmemo u obzir da je različitim kombinacijama aminokiselina moguće formirati bezbroj proteina s razne kombinacije aminokiseline. Razgradnja bjelančevina u crijevima omogućuje ne samo njihovu apsorpciju, već opskrbljuje tijelo produktima za sintezu vlastitih specifičnih bjelančevina.
Glavna važnost proteina je u tome što izgrađuju stanice i međustaničnu tvar te se sintetiziraju tvari koje sudjeluju u regulaciji fizioloških funkcija. Bjelančevine se, međutim, uz ugljikohidrate i masti, u određenoj mjeri koriste i za pokrivanje energetskih troškova.
1.1 Intermedijarni metabolizam proteina
Proteini se u probavnom kanalu razgrađuju proteolitičkim enzimima (pepsin, tripsin, kimotripsin, polipeptidaze i dipeptidaze) do stvaranja aminokiselina. Aminokiseline primljene iz crijeva u krv raznose se po tijelu i iz njih se u tkivima sintetiziraju proteini.
Kao što su studije koje su koristile teški izotop dušika (N18) pokazale, tijelo neprestano restrukturira proteinska tijela s aminokiselinama koje ih napuštaju i ponovno ih ugrađuju natrag u njihov sastav. Tjelesni proteini su u stanju stalne izmjene s onim aminokiselinama koje su dio neproteinske frakcije. Pretvorbe nekih aminokiselina u druge također se događaju u tijelu. Takve transformacije uključuju transaminaciju, koja uključuje prijenos amino skupine s aminokiselina na keto kiseline (A.E. Braunshtein i M.G. Kritsman). Tijekom oksidativne razgradnje aminokiselina prvo dolazi do deaminacije. Amonijak, koji se odcjepljuje kao jedan od konačnih produkata metabolizma bjelančevina, kod viših životinja, velikim dijelom prolazi kroz daljnju pretvorbu u ureu. Kod ljudi, dušik iz uree čini prosječno 85% ukupnog dušika u mokraći.
Kod ptica i gmazova glavni krajnji produkt metabolizma proteina nije urea, već mokraćna kiselina. Čak se i urea unesena u tijelo pretvara u mokraćnu kiselinu u tijelu ptica. Ova značajka metabolizma dušika posljedica je činjenice da se embrionalno razdoblje života ptica odvija u zatvorenom prostoru, unutar jajeta. Mokraćna kiselina ima vrlo nisku topljivost i slabo prodire kroz životinjske membrane. Stoga nakupljanje u šupljini alantoisa i embrija takvog produkta metabolizma dušika kao što je mokraćna kiselina ne šteti embriju.
U sisavaca je mokraćna kiselina također jedan od krajnjih produkata koji se izlučuju mokraćom. Nastaje samo od purinskih tijela, koja su dio nukleoproteina i nukleotida, koji su koenzimi nekih enzimskih sustava.
Kod pasa se mokraćna kiselina dalje razgrađuje, a krajnji proizvod metabolizma purina u tijelu je alantoin.
Važni krajnji produkti metabolizma dušika također uključuju kreatinin i hipuričnu kiselinu. Kreatinin je kreatin anhidrid. Kreatin se nalazi u mišićima i moždanom tkivu u slobodnom stanju i u kombinaciji s fosfornom kiselinom (fosfokreatin).
Kreatinin nastaje iz fosfokreatinina eliminacijom fosforne kiseline. Količina kreatinina izlučenog iz organizma urinom relativno je konstantna (1,5 g u dnevnom urinu) i malo ovisi o količini proteina unesenoj hranom. Samo kod mesne hrane bogate kreatinom povećava se količina kreatinina u mokraći.
Hipurna kiselina se sintetizira iz benzojeve kiseline i glikokola (kod pasa, uglavnom u bubrezima, kod većine životinja i kod ljudi, uglavnom u jetri i, manjim dijelom, u bubrezima).
Čini se da je cilj ove sinteze detoksikacija benzojeve kiseline. Hipurne kiseline posebno ima u biljojedima zbog činjenice da biljna hrana sadrži tvari koje se u životinjskom tijelu pretvaraju u benzojevu kiselinu. Povećanje sadržaja hipurinske kiseline u urinu također se opaža kod ljudi pri prelasku na biljnu prehranu.
Proizvodi razgradnje proteina, ponekad imaju veliku fiziološki značaj, su amini (na primjer, histamin).
1.2 Uloga jetre i bubrega u metabolizmu proteina
Dok krv teče kroz jetru, aminokiseline se djelomično zadržavaju u njoj i iz njih se sintetiziraju “rezervni” proteini koje tijelo lako troši uz ograničeni unos proteina. Mala zaliha proteina, očito, može se taložiti u mišićima (A. Ya. Danilevsky).
Slika 1.1 – Shema Ecc-Pavlovljeve fistule.
I - dijagram tijeka krvnih žila prije operacije; II - Ecc-Pavlovljeva fistula. Između portalne vene i donje šuplje vene stvara se anastomoza; podveže se portalna vena između anastomoze i jetre; III - "obrnuta" Ecc-Pavlovljeva fistula. Nakon nanošenja anastomoze između portalne vene i donje šuplje vene, potonja se podveže iznad anastomoze - u ovom slučaju, kolaterale se razvijaju između v. porta n v. azygos.
Stvaranje proteina vjerojatno se također događa u jetri. Dakle, nakon gubitka krvi, normalni sadržaj albumina i globulina u krvnoj plazmi brzo se obnavlja. Ako je funkcija jetre oslabljena trovanjem fosforom, tada je obnova normalnog proteinskog sastava krvi izuzetno spora. Stvaranje albumina u jetri prikazano je u pokusima sa smrvljenim tkivom jetre. Jetra također igra središnju ulogu u intermedijarnom metabolizmu proteina. U njemu u veliki volumen odvijaju se procesi deaminacije, te sinteza uree. U jetri se neutralizira niz toksičnih produkata truljenja crijevnih bjelančevina (fenoli, indol). Uklanjanje jetre uzrokuje smrt životinje nakon nekog vremena, čak i uz opetovano davanje glukoze. Očito je to zbog trovanja intermedijarnim produktima metabolizma proteina, posebno nakupljanjem amonijaka. Metoda primjene anastomoze između vena (Eck-Pavlov fistula) odigrala je vrlo važnu ulogu u proučavanju funkcije jetre.
Eck-Pavlovljeva fistula predstavlja anastomozu između portalne vene i donje šuplje vene (Slika 157), a dio portalne vene u blizini jetre je ligiran. Kao rezultat takve operacije, krv koja teče iz crijeva i ulazi u portalnu venu ne može teći iz nje u jetru, već teče u donju šuplju venu, zaobilazeći jetru. Ova operacija održava jetru održivom, budući da se potonja opskrbljuje krvlju kroz jetrenu arteriju. Ali to eliminira mogućnost da jetra zadrži otrovne tvari apsorbirane u crijevima. Ovu tešku operaciju prvi je izveo N.V. Ekk u laboratoriju I.R. Tarakhanova. Međutim, Eck nije uspio održati pse s takvom fistulom na životu. I. P. Pavlov je 1892. operirao oko 60 pasa, a oko trećina ih je ostala živa i proučavana. Biokemijski dio istraživanja proveli su M. V. Nenetsky i njegovi kolege. Pokazalo se da psi s Eck-Pavlovljevom fistulom mogu živjeti dosta dugo, sve dok njihova hrana sadrži malo proteina. Kada se jede proteinska hrana, posebno kada se psima daje velika količina mesa, tijelo se truje toksičnim produktima razgradnje proteina. Životinja postaje uznemirena, koordinacija pokreta je poremećena, javljaju se konvulzije i smrt. U tom slučaju u krvi se otkriva povećana razina amonijaka. Organ koji ima značajnu ulogu u metabolizmu proteina su bubrezi. U bubrezima se amonijak odvaja od aminokiselina, a oslobođeni amonijak se koristi za neutralizaciju kiselina. Potonji se izlučuju urinom u obliku amonijevih soli.
Preko bubrega tijelo se oslobađa od nastalih dušičnih krajnjih produkata metabolizma bjelančevina (urea, kreatinin, mokraćna kiselina, hipurinska kiselina, amonijak). Kada je bubrežna funkcija oštećena kao posljedica njihove bolesti, svi ti proizvodi se zadržavaju u tkivima i krvi, što dovodi do nakupljanja neproteinskog (tzv. rezidualnog) dušika u krvi (azotemija i uremija). Ako nakupljanje metaboličkih proizvoda koji sadrže dušik u krvi napreduje, osoba umire.
1.3 Metabolizam složenih proteina
Nukleoproteini sudjeluju u fenomenima rasta i razmnožavanja. U tkivima koja više ne povećavaju svoju masu, čini se da je uloga nukleoproteina svedena na sudjelovanje u reprodukciji proteinskih tvari u tkivu. Razmjena citoplazmatskih nukleoproteina (ribonukleoproteina) odvija se intenzivnije od razmjene nuklearnih nukleoproteina, deoksiribonukleoproteina. Tako je stopa obnove fosfora u ribonukleinskoj kiselini jetre 30 puta veća, a u ribonukleinskoj kiselini mozga 10 puta veća nego u deoksiribonukleinskoj kiselini tih tkiva. O metabolizmu nukleoproteina u ljudskom tijelu prosuđuje se izlučivanje purinskih tijela, posebno mokraćne kiseline. U normalnim uvjetima hranjivih tvari oslobađa se 0,7 g dnevno. Pri konzumiranju mesa povećava se njegovo stvaranje u tijelu. Kada postoji metabolički poremećaj, izražen u bolesti gihta, slabo topljiva mokraćna kiselina taloži se u tkivima, posebno u opsegu zglobova.
Tijelo kontinuirano razgrađuje i sintetizira hemoglobin. U sintezi hem skupine koriste se glikokol i octena kiselina. Neophodan je i adekvatan unos željeza u organizam.
Intenzitet razgradnje hemoglobina u tijelu može se dobiti iz stvaranja žučnih pigmenata, čija je pojava povezana s cijepanjem porfirinskog prstena heminske skupine i eliminacijom željeza. Žučni pigmenti ulaze u crijeva sa žuči i reduciraju se u sterkobilinogen ili urobilinogen u debelom crijevu. Nešto urobilinogena se gubi sa izmet, a dio se apsorbira u debelom crijevu i zatim ulazi u jetru, iz koje opet ulazi u žuč. U nekim bolestima jetre urobilinogen se ne zadržava u potpunosti u jetri i završava u mokraći. Urobilinogen sadržan u urinu u prisutnosti kisika oksidira se u urobilin, uzrokujući tamnjenje urina.
1.4 Ravnoteža metabolizma dušika
Proučavanje metabolizma proteina olakšava činjenica da proteini sadrže dušik. Sadržaj dušika u različitim proteinima kreće se od 14 do 19%, s prosjekom od 16%. Svakih 16 g dušika odgovara 100 g bjelančevina, zračnog dušika, dakle, 6,25 g bjelančevina. Dakle, proučavanjem ravnoteže dušika, odnosno količine dušika unesene hranom i količine dušika izlučene iz tijela, može se ukupno karakterizirati metabolizam bjelančevina. Apsorpcija dušika u tijelu jednaka je dušiku iz hrane minus fekalni dušik, izlučivanje je količina dušika izlučenog urinom. Množenjem tih količina dušika sa 6,25 određuje se količina potrošene i razgrađene bjelančevine. Na točnost ove metode utječe gubitak tjelesnih proteina s površine kože (ljuštenje stanica stratum corneuma epidermisa, rastuća kosa, nokti). Procesi razgradnje bjelančevina u tijelu i odstranjivanje produkata metabolizma, kao i apsorpcija unesenih bjelančevina, zahtijevaju više sati. Stoga, za određivanje količine razgradnje proteina u tijelu, potrebno je prikupljati urin tijekom dana, au kritičnim studijama čak i više dana zaredom.
Tijekom rasta tijela ili debljanja zbog asimilacije povećane količine bjelančevina (npr. nakon posta, nakon zaraznih bolesti i sl.), količina dušika unesena hranom veća je od količine izlučene. Dušik se u tijelu zadržava u obliku proteinskog dušika. To se naziva pozitivna ravnoteža dušika. Tijekom posta, kod bolesti praćenih velikom razgradnjom bjelančevina, dolazi do viška oslobođenog dušika u odnosu na unos, što se naziva negativna bilanca dušika. Kada je količina unesenog i izlaznog dušika jednaka, govorimo o ravnoteži dušika.
Metabolizam bjelančevina bitno se razlikuje od metabolizma masti i ugljikohidrata u odraslih osoba zdravo tijelo Gotovo da nema taloženja rezervnih proteina koji se lako koriste. Količina rezervnih bjelančevina deponiranih u jetri je neznatna, te se te bjelančevine ne zadržavaju dugo. Povećanje ukupne mase bjelančevina u tijelu uočava se samo tijekom razdoblja rasta, tijekom razdoblja oporavka od zaraznih bolesti ili posta, te u određenoj mjeri tijekom razdoblja povećanog trening mišića kada postoji određeni porast ukupne mišićne mase. U svim ostalim slučajevima prekomjeran unos proteina uzrokuje povećanu razgradnju proteina u tijelu.
Ako, dakle, osoba koja je u stanju dušične ravnoteže s hranom počne uzimati veliku količinu bjelančevina, tada se povećava i količina izlučenog dušika urinom. Međutim, stanje ravnoteže dušika je više visoka razina Ne postavlja se odmah, već u roku od nekoliko dana. Ista stvar se događa, ali obrnutim redoslijedom, ako prijeđete na više niska razina ravnoteža dušika. Kako se smanjuje količina dušika unesena hranom, tako se smanjuje i količina dušika izlučenog mokraćom, koji se nakon nekoliko dana spušta na nižu razinu.
U normalnim prehrambenim uvjetima ravnoteža dušika se uspostavlja kada se mokraćom izluči 14-18 g dušika. Kada se količina bjelančevina u hrani smanji, može se postaviti na 8-10 g. Daljnje smanjenje količine bjelančevina u hrani dovodi do negativne ravnoteže dušika. Minimalna količina proteinskog dušika unesena hranom (6-7 g), pri kojoj je još moguće održati ravnotežu dušika, naziva se proteinski minimum. Količina dušika izlučenog urinom tijekom proteinskog posta ovisi o tome jesu li uvedene druge hranjive tvari ili ne. Ako sav energetski utrošak tijela mogu osigurati drugi hranjivim tvarima, tada se količina dušika izlučenog urinom može smanjiti na 1 g dnevno ili čak niže.
Kada proteini uđu u tijelo u količinama manjim od onoga što odgovara minimumu proteina, tijelo doživljava proteinsko gladovanje: gubici proteina u tijelu se nedovoljno nadoknađuju. Za više ili manje dugo razdoblje, ovisno o stupnju posta, negativna ravnoteža proteina ne prijeti opasne posljedice. Opisuju se zapažanja o “umjetnicima posta” koji nisu uzimali hranu, ograničavajući se samo na malu količinu vode, 20-50 dana. Međutim, ako post ne prestane, nastupa smrt.
Kod duljeg općeg gladovanja količina dušika izlučenog iz tijela prvih dana naglo opada, a zatim se ustaljuje na konstantno nisku razinu (slika 158). Eksperimenti na životinjama pokazali su da se neposredno prije smrti ponovno povećava razgradnja dušika u tijelu. To je zbog iscrpljivanja posljednjih ostataka drugih izvora energije, posebice masti.
Slika 1.2 - Učinak potpunog gladovanja na dnevno izlučivanje bruto dušika mokraćom (prema Benedictu).
1.5 Proteinski standardi u prehrani
Zbog činjenice da kada različitim uvjetima Nutritivni minimum može varirati, a značenje velikih količina proteina u hrani nije jasno, standardi proteina nisu sigurni. Voith je na temelju statističkih podataka predložio 118 g proteina kao dnevnu potrebu. Norme Chittenden (50-60 g) i Hindhede (25-35 g), kao što pokazuje veliki broj promatranja, potpuno su nedovoljne i, u pravilu, dovode do negativne ravnoteže dušika.
Fokus na minimalne dnevne potrebe za proteinima u inozemstvu pokazatelj je želje vladajućih klasa u kapitalističkim zemljama da opravdaju napad na životni standard radnih masa, osuđenih na polugladnu egzistenciju kao rezultat povećane eksploatacije. Istraživanja sovjetskih znanstvenika (O.P. Molchanov i drugi) dopuštaju nam da 100-120 g proteina dnevno smatramo najrazumnijim minimumom. Konzumiranje velikih količina proteina nije štetno za zdrave ljude.
Treba imati na umu da kvantitativni standardi u proteinskoj prehrani zadržavaju svoje značenje samo ako je sastav proteina hrane pravilan. Unos niza aminokiselina iz hrane, čija je sinteza u životinjskom organizmu nemoguća, prijeko je neophodan kako bi se osigurala sinteza tjelesnih bjelančevina. Naprotiv, neke se aminokiseline mogu sintetizirati iz drugih aminokiselina, pa čak i iz
tijela bez dušika i amonijaka te nije potrebno njihovo unošenje u organizam hranom. Istraživanja posljednjih godina pokazala su da je broj takvih aminokiselina veći nego što se mislilo.
Od 20 dolje navedenih aminokiselina, samo 8 je vitalno za ljude.
Esencijalne aminokiseline
Izoleucin
metionin
Fenilalanin
Triptofan
Neesencijalne aminokiseline
glikokol
Citrulin
Asparaginska kiselina
Glutaminska kiselina
Oksiprolin
Histidin
Kada se jedna od esencijalnih aminokiselina ukloni iz hrane, procesi sinteze proteina u tijelu su poremećeni. Rastući organizam doživljava usporavanje rasta, a zatim i gubitak težine. Dakle, za proteinsku prehranu vrijedi “zakon minimuma” prema kojem je sinteza proteina u tijelu ograničena na onu esencijalnih aminokiselina koje se unose hranom u minimalnoj količini.
One bjelančevine koje sadrže potrebne aminokiseline u omjeru koji je najpovoljniji za sintezu bjelančevina u organizmu tijelo najpotpunije koristi. Stoga se ispostavlja da su za održavanje normalnog rasta životinje potrebne nejednake količine različitih bjelančevina, odnosno da biološka vrijednost bjelančevina, ovisno o njihovom aminokiselinskom sastavu, nije ista. Biološka vrijednost bjelančevina mjeri se količinom tjelesnih bjelančevina koje se mogu stvoriti iz 100 g bjelančevina hrane. Pokazalo se da životinjski proteini (meso, jaja i mlijeko) imaju visoku biološku vrijednost (70-95%), a većina proteina biljnog porijekla(raženi kruh, zob, kukuruz) - manja biološka vrijednost (60-65%). Postoje, međutim, proteini životinjskog podrijetla (npr. želatina) koji ne sadrže neke vrijedne aminokiseline (triptofan, tirozin, cistin) pa su zbog toga nepotpuni.
1.6 Regulacija metabolizma proteina
Intenzitet metabolizma proteina uvelike ovisi o humoralnim utjecajima štitnjače. Hormon štitnjače, tiroksin, povećava intenzitet metabolizma proteina. Kod Gravesove bolesti, koju karakterizira pojačano lučenje hormona štitnjače (hipertireoza), metabolizam proteina je pojačan. Naprotiv, s hipofunkcijom štitnjače (hipotireoza), intenzitet metabolizma proteina naglo se smanjuje. Budući da je aktivnost štitnjače pod kontrolom živčani sustav, onda je potonji pravi regulator metabolizma proteina (str. 480).
Priroda hrane ima veliki utjecaj na tijek metabolizma bjelančevina. Pri konzumiranju mesa povećava se količina proizvedene mokraćne kiseline, kreatinina i amonijaka. Kod biljne hrane te se tvari stvaraju u znatno manjim količinama, budući da biljna hrana sadrži malo purinskih tijela i kreatina. Količina amonijaka koja nastaje u bubrezima ovisi o acidobaznoj ravnoteži u tijelu - kod acidoze se stvara više, kod alkaloze - manje. Značajna količina alkalnih soli organskih kiselina unosi se biljnom hranom. Organske kiseline se oksidiraju u ugljični dioksid koji se izlučuje kroz pluća. Odgovarajući udio baze, koja ostaje u tijelu i zatim se izlučuje urinom, mijenja se acidobazna ravnoteža prema alkalozi. Dakle, kod biljne prehrane nema potrebe za stvaranjem amonijaka u bubrezima za neutralizaciju viška kiseline, au ovom slučaju njegov sadržaj u mokraći je zanemariv.
Proteini su bitna komponenta uravnotežene prehrane.
Glavni izvori proteina za tijelo su prehrambeni proizvodi biljnog i životinjskog podrijetla. Probava proteina u tijelu odvija se uz sudjelovanje proteolitičkih enzima gastrointestinalnog trakta. Proteoliza je hidroliza proteina. Proteolitički enzimi su enzimi koji hidroliziraju proteine. Ovi enzimi se dijele u dvije skupine – egzopepetidaze, katalizirajući cijepanje terminalne peptidne veze s otpuštanjem jedne terminalne aminokiseline, i endopeptidaze, katalizirajući hidrolizu peptidnih veza unutar polipeptidnog lanca.
U usnoj šupljini ne dolazi do razgradnje proteina zbog nedostatka proteolitičkih enzima. Želudac ima sve uvjete za probavu bjelančevina. Proteolitički enzimi želuca - pepsin, gastrixin - pokazuju maksimalnu katalitičku aktivnost u jako kiseloj sredini. Kiselu sredinu stvara želučani sok (pH = 1,0–1,5) koji proizvode parijetalne stanice želučane sluznice, a kao glavnu komponentu sadrži solnu kiselinu. Pod utjecajem klorovodične kiseline želučanog soka dolazi do djelomične denaturacije proteina, bubrenja proteina, što dovodi do raspada njegove tercijarne strukture. Osim toga, klorovodična kiselina pretvara neaktivni proenzim pepsinogen (proizveden u glavnim stanicama želučane sluznice) u aktivni pepsin. Pepsin
katalizira hidrolizu peptidnih veza koje tvore ostaci aromatskih i dikarboksilnih aminokiselina (optimalni pH = 1,5–2,5). Proteolitički učinak pepsina na bjelančevine je slabiji vezivno tkivo(kolagen, elastin). Pepsin ne razgrađuje protamine, histone, mukoproteine i keratine (proteine vune i dlake).
Kako se proteinska hrana probavlja uz stvaranje alkalnih proizvoda hidrolize, pH želučanog soka se mijenja na 4,0. Sa smanjenjem kiselosti želučanog soka, očituje se aktivnost drugog proteolitičkog enzima - gastricin
(optimalni pH = 3,5–4,5).
U želučanom soku djece pronađen je kimozin (renin), koji razgrađuje mliječni kazeinogen.
Daljnja probava polipeptida (nastalih u želucu) i neprobavljenih proteina hrane odvija se u tankom crijevu pod djelovanjem enzima gušterače i crijevnih sokova. Proteolitički enzimi crijeva - tripsin, kimotripsin - dolaze sa sokom gušterače. Oba enzima najaktivnija su u blago alkalnoj sredini (7,8–8,2), što odgovara pH tanko crijevo. Proenzim tripsina je tripsinogen, aktivator je enterokinaza (proizvedena u stijenkama crijeva) ili prethodno formirani tripsin. tripsin
hidrolizira peptidne veze koje stvaraju Arg i Lys. Proenzim kimotripsina je kimotripsinogen, aktivator je tripsin. kimotripsin cijepa peptidne veze između aromatskih aminokiselina, kao i veze koje nisu hidrolizirane tripsinom.
Zbog hidrolitičkog učinka na proteine, ndopeptidaze(pepsin, tripsin, kimotripsin) nastaju peptidi različite duljine i određena količina slobodnih aminokiselina. Daljnja hidroliza peptida u slobodne aminokiseline provodi se pod utjecajem skupine enzima - egzopeptidaze. Jedan od njih - karboksipeptidaze – sintetiziran u gušterači u obliku prokarboksipeptidaze, aktiviran tripsinom u crijevima, odcjepljuje aminokiseline s C-kraja peptida; ostalo - aminopeptidaze – sintetizirani u stanicama crijevne sluznice, aktivirani tripsinom, cijepaju aminokiseline s N-kraja.
U odraslom ljudskom tijelu, metabolizam dušika općenito uravnotežena, odnosno količine ulaznog i izlaznog proteinskog dušika približno su jednake. Ako se oslobodi samo dio novodobavljenog dušika, ravnoteža pozitivan. To se opaža, na primjer, tijekom rasta organizma. Negativan ravnoteža je rijetka, uglavnom kao posljedica bolesti.
Proteini dobiveni iz hrane podvrgavaju se potpunoj hidrolizi u gastrointestinalni trakt na aminokiseline, koje se apsorbiraju i distribuiraju krvotokom u tijelu (vidi). 8 od 20 proteinskih aminokiselina ne može se sintetizirati u ljudskom tijelu (vidi). ove esencijalne aminokiseline moraju se opskrbiti hranom (vidi).
Tijelo konstantno gubi bjelančevine putem crijeva, a manjim dijelom i putem bubrega. Zbog ovih neizbježnih gubitaka potrebno je iz hrane dnevno unijeti najmanje 30 g bjelančevina. Ovaj minimalni standard jedva da je ispunjen u nekim zemljama, dok je u industrijaliziranim zemljama sadržaj proteina u hrani najčešće značajno viši od norme. Aminokiseline se ne pohranjuju u tijelu, s viškom zaliha aminokiselina u jetri oksidira se ili iskoristi do 100 g aminokiselina dnevno. Dušik koji sadrže pretvara se u ureu (vidi) iu tom obliku se izlučuje urinom, a ugljični kostur se koristi u sintezi ugljikohidrata, lipida (vidi) ili se oksidira u ATP.
Pretpostavlja se da se u tijelu odrasle osobe dnevno razgrađuje 300-400 g proteina na aminokiseline ( proteoliza). Istodobno, približno ista količina aminokiselina uključena je u novostvorene proteinske molekule ( biosinteza proteina). Neophodan je visok promet proteina u tijelu jer su mnogi proteini relativno kratkotrajni: počinju se obnavljati nekoliko sati nakon sinteze, a biokemijski poluživot je 2-8 dana. Ispada da su čak i kraćeg vijeka ključni enzimi posredna razmjena. Ažuriraju se nekoliko sati nakon sinteze. Ova stalna razgradnja i ponovna sinteza omogućuje stanicama da brzo prilagode razine i aktivnost najvažnijih enzima kako bi zadovoljile metaboličke potrebe. Nasuprot tome, strukturni proteini, histoni, hemoglobin ili komponente citoskeleta posebno su izdržljivi.
Gotovo sve stanice sposobne su za izvođenje biosinteza proteini (u dijagramu gore lijevo). Konstrukcija peptidnog lanca po emitiranja na ribosomu raspravlja se u člancima. Međutim, aktivni oblici većine proteina nastaju tek nakon niza daljnjih koraka. Prije svega, uz pomoć pomoćnih šaperonskih proteina, mora se formirati biološki aktivna konformacija peptidnog lanca ( zgrušavanje, cm. , ). S postprevoditeljskim sazrijevanje mnogim proteinima su uklonjeni ili dodani dijelovi peptidnog lanca dodatne grupe, kao što su oligosaharidi ili lipidi. Ovi se procesi odvijaju u endoplazmatskom retikulumu iu Golgijevom aparatu (vidi.
Metabolizam proteina
Metabolizam proteina središnja je karika svih biokemijskih procesa koji su temelj postojanja živog organizma. Karakterizira se intenzitet metabolizma proteina ravnoteža dušika, budući da većina dušika u tijelu dolazi iz proteina. Ovo uzima u obzir dušik iz hrane, dušik iz tijela i dušik iz produkata izlučivanja. Bilanca dušika može biti pozitivna (kada dolazi do povećanja težine životinje i zadržavanja dušika u tijelu), jednaka nuli ili se može promatrati ravnoteža dušika (iz tijela se ukloni onoliko dušika koliko se unese s hranom). ), i negativan (razgradnju proteina ne nadoknađuju proteini hrane). Karakterizira se ravnoteža dušika minimum proteina- najmanja količina bjelančevina u hrani, koja je neophodna za održavanje ravnoteže dušika u tijelu. Minimum proteina, izračunat na 1 kg žive težine, ima sljedeće prosječne vrijednosti, g:
| Krava u laktaciji | 1 |
| Krava koja ne doji | 0,6-0,7 |
| ovce | 1 |
| Jarac | 1 |
| Svinja | 1 |
| Radni konj | 1,24,42 |
| Konj ne radi | 0,7-0,8 |
Proteini krme se dijele na punopravan I inferioran. Potpuna krmiva sadrže ostatke esencijalnih aminokiselina koje tijelo životinje ne može sintetizirati: valin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, treonin, triptofan i fenilalanin. U uvjetno esencijalne aminokiseline spadaju
histidina, budući da se njegov blagi nedostatak u hrani nadoknađuje sintezom mikroflore u probavnom kanalu. Preostale aminokiseline su zamjenjive i mogu se sintetizirati u tijelu životinje: alanin, asparaginska i glutaminska kiselina, serije. Pet aminokiselina smatra se djelomično esencijalnim: arginin, glicin, tirozin, cistin i cistein. Iminokiseline prolin i hidroksiprolin mogu se sintetizirati u tijelu.
Različita hrana za životinje i prehrambeni proizvodi sadrže različite količine bjelančevina, %:
| Mahune graška | 26 | Hraniti kvasac | 16 |
| Soja | 35 | Krumpir | 2,0-5 |
| zrno pšenice | 13 | Kupus | 1,1-1,6 |
| zrno kukuruza | 9,5 | Mrkva | 0,8-1 |
| zrno riže | 7,5 | Repa | 1,6 |
Proizvodi životinjskog podrijetla bogati su kompletnim bjelančevinama, %:
| Nemasna govedina | 21,5 | Svježi sir | 14,6 |
| Nemasna janjetina | 19,8 | Sirevi | 20-36 |
| Masna janjetina | 25 | Kokošje jaje | 12,6 |
| Svinjetina je masna | 16,5 | Kravlje mlijeko | 3,5 |
| Riba | 9-20 | Kravlji maslac | 0,5 |
Standard kompletnog proteina je najčešće kazein koji sadrži sve esencijalne aminokiseline.
Probava bjelančevina. U probavnom kanalu proteini se razgrađuju na aminokiseline i prostatične skupine.
U usne šupljine hrana koja sadrži proteine mehanički se usitnjava, navlaži slinom i formira bolus hrane koji ulazi u želudac kroz jednjak (kod preživača - u proventriculus i abomasum, kod ptica - u žljezdani i mišićni želudac). Slina ne sadrži enzime koji mogu razgraditi proteine hrane. Sažvakana hrana ulazi u želudac (kod preživača u sirište), pomiješana i natopljena želučanim sokom.
Želučana kiselina- bezbojna i blago opalescentna tekućina gustoće 1,002-1,010. Osoba dnevno proizvede oko 2 litre, što je velika količina goveda- 30, za konja - 20, za svinju - 4, za psa - 2-3, za ovcu i kozu - 4 litre želučanog soka. Izlučivanje želučanog soka u prvom
(kompleksni refleks) faza određena je izgledom, mirisom i okusom hrane, u drugoj (neurohumoralnoj) fazi - njezinim kemijskim sastavom i mehaničkim nadražajem receptora sluznice. Sastav želučanog soka uključuje 99,5% vode i 0,5% čvrstih tvari. U guste tvari spadaju enzimi pepsin, renin, gastriksin, želatinaza, lipaza (kod svinja i amilaza); proteini - serumski albumini i globulini, mukoproteini, Castleov faktor; od mineralnih tvari, kiselina (uglavnom klorovodične) i soli.
Glavni enzim želučanog soka je pepsin, a kiselina koja stvara uvjete za njegovo katalitičko djelovanje je klorovodična kiselina. Glavne stanice žlijezda fundusa želuca sudjeluju u stvaranju pepsina, a parijetalne stanice sudjeluju u stvaranju klorovodične kiseline. Izvor kloridnih iona je NaCl, H + ioni - protoni koji dolaze iz krvi u citoplazmu parijetalnih stanica zbog redoks reakcija (G. D. Kovbasyuk, 1978).
Klorovodična kiselina stvara potrebnu kiselost za katalitičko djelovanje enzima. Tako je kod ljudi pH želučanog soka 1,5-2,0, kod goveda - 2,17-3,14, kod konja - 1,2-3,1, kod svinja - 1,1-2,0, kod ovaca - 1,9-5,6, kod ptica - 3,8. Klorovodična kiselina također stvara uvjete za pretvaranje pepsinogena u pepsin, ubrzava razgradnju bjelančevina na njihove sastavne dijelove, njihovu denaturaciju, bubrenje i labavljenje, sprječava razvoj procesa truljenja i fermentacije u želucu, potiče sintezu crijevnih hormona itd. U laboratorijskoj praksi ukupna, slobodna i vezana kiselost želučanog soka.
Renin (kimozin ili enzim sirišta) u mladih preživača stvaraju žlijezde sluznice sirišta. Sintetizira se u obliku prorenina koji pri pH
U trbuh Dolazi do hidrolitičke razgradnje većine proteina hrane. Tako se nukleoproteini pod utjecajem klorovodične kiseline i pepsina raspadaju na
nukleinske kiseline i jednostavni proteini. Ovdje također dolazi do razgradnje drugih proteina. Pod utjecajem pepsina dolazi do cijepanja peptidnih veza na rubovima proteinskih molekula. Najlakše se kidaju veze koje čine aromatske i dikarboksilne aminokiseline. Pepsin lako razgrađuje bjelančevine životinjskog podrijetla (kazein, mioglobin, miogen, miozin) i neke biljne bjelančevine, izgrađene uglavnom od monoaminodikarboksilnih kiselina (glijadin i glutelin žitarica), s izuzetkom keratina vune, fibroina svile, mukusnih mucina, ovomukoida, neke koštane bjelančevine i hrskavicu.
Neki proteini se razgrađuju drugim proteolitičkim enzimima želučanog soka, na primjer, kolageni - želatinaza, kasenny - rennin.
Pod utjecajem sastojaka želučanog soka, prvenstveno klorovodične kiseline i enzima, proteini u želucu se hidroliziraju do prostetičkih skupina, albumina, peptona, polipeptida, pa čak i aminokiselina.
Želučanu sekreciju potiču hormonoidi sluznice probavnog kanala: gastrin (u pilorusu), enterogastrin (u crijevima), histamin (u želucu) itd.
Značajke probave proteina u preživača. U preživača, bolus hrane iz jednjaka ulazi u proventrikul, gdje se podvrgava dodatnoj mehaničkoj obradi, a prilikom preživljavanja vraća se u usne šupljine, ponovno se drobi, zatim ulazi u burag, mrežicu, knjigu i sirište, gdje je završena prva faza probave.
U proventriculusu se odvija kemijska obrada krmnih tvari pod utjecajem enzima iz bakterija, ciliata i gljiva koje tamo simbiotiraju. Do 38% mikroba buraga goveda i 10% mikroba buraga ovaca ima proteolitičku aktivnost, 70-80% takvih enzima koncentrirano je unutar stanica, 20-30% u tekućini buraga. Enzimi djeluju slično tripsinu, cijepajući peptidne veze između karboksilne skupine arginina ili lizina i amino skupine drugih aminokiselina pri pH 5,5-6 i pH 6,5-7. Proteini se pod utjecajem peptidnih hidrolaza razgrađuju u peptide, peptidi pod djelovanjem peptidaza u oligopeptide, oligopeptidi u aminokiseline. Tako se kukuruzni zein hidrolizira za 60% u aminokiseline, i
kazein - 90%. Neke aminokiseline deaminiraju bakterijski enzimi.
Izvanredna značajka probave u proventriculusu je sinteza proteina mikroorganizama iz neproteinskih tvari stočne hrane i njenih prerađenih proizvoda. Glavninu biljne hrane čine ugljikohidrati, a prvenstveno vlakna. Vlakna u predželucu se pod utjecajem mikrobnih enzima celulaze i celobijaze razgrađuju na α-D(+)-glukoza i β-D(+)-glukoza.
Monoze prolaze različite vrste fermentacije, što dovodi do stvaranja masnih kiselina niske molekularne težine. Dakle, tijekom mliječne fermentacije uzrokovane Bact. lactis, mliječna kiselina nastaje iz glukoze: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 → CHOH - COOH. Tijekom maslačno-kiselog vrenja, uzrokovanog bakterijama iz roda Clostridium, nastaje maslačna kiselina: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 itd.
Količina hlapivih masnih kiselina u buragu krave može doseći 7 kg dnevno. Uz koncentriranu hranu sijenom, burag krava sadrži: octenu kiselinu - 850-1650 g, propionsku kiselinu - 340-1160, maslačnu kiselinu - 240-450 g.
U smislu octena kiselina U buragu ovce dnevno se stvara 200-500 g hlapivih masnih kiselina. Njihov postotni sastav je sljedeći:
Neke od tih kiselina služe za sintezu mliječne masti, glikogena i drugih tvari (slika 22), dok neke služe kao materijal mikroflori za sintezu aminokiselina i vlastitih proteina.
Sinteza aminokiselina mikroflorom u predmahu preživača događa se zbog proizvoda fermentacije bez dušika i amonijaka. Izvor amonijaka su produkti razgradnje uree, amonijeve soli i
drugi dodaci prehrani koji sadrže dušik. Tako se urea, pod utjecajem enzima ureaze koju proizvodi mikroflora buraga, razgrađuje na amonijak i ugljikov dioksid:
Izvor proizvoda bez dušika najčešće su keto kiseline, koje nastaju iz masnih kiselina (vidi gore). Ova biosinteza je obično po prirodi reduktivne aminacije:
Od aminokiselina mikroorganizmi sintetiziraju proteine potrebne za njihovu egzistenciju. Ovisno o prehrani, u buragu krava može se sintetizirati 300-700 g bakterijskih bjelančevina dnevno.
Iz proventrikula krmne mase ulaze u sirište, gdje pod utjecajem kiselog soka sirila umiru mikroorganizmi, a njihovi se proteini razgrađuju na aminokiseline.
Iz želuca (abomasum) krmne mase ulaze u malim obrocima tanko crijevo, gdje je razgradnja proteina završena. Uključuje proteolitičke enzime sekreta gušterače i crijevnog soka. Te se reakcije odvijaju u neutralnoj i blago alkalnoj sredini (pH 7-8,7). U tankom crijevu bikarbonati pankreasnog sekreta i crijevnog soka neutraliziraju klorovodičnu kiselinu: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3.
Ugljična kiselina se pod utjecajem enzima karboanhidraze razgrađuje na CO 2 i H 2 O. Prisutnost CO 2 doprinosi stvaranju stabilne emulzije u himusu, što olakšava probavu.
Oko 30% peptidnih veza proteina cijepa tripsin. Oslobađa se u obliku neaktivnog tripsinogena i pod utjecajem enzima crijevne sluznice enterokinaze prelazi u aktivni tripsin, gubeći heksapeptid koji je prethodno pokrivao aktivno središte (slika 23.) Tripsin cijepa peptidne veze. koju tvore - COOH skupine arginina i lizina i - NH 2 -skupine drugih aminokiselina.
Gotovo 50% peptidnih veza cijepa kimotripsin. Oslobađa se u obliku kimotripsinogena koji se pod utjecajem tripsina pretvara u kemotripsin. Enzim cijepa peptidne veze koje tvore COOH skupine fenilalanina, tirozina i triptofana te NH 2 skupine drugih aminokiselina. Preostale peptidne veze cijepaju peptidaze crijevnog soka i pankreasnog soka - karboksipeptidaze i aminopeptidaze.
Pankreasni sok sadrži kolagenazu (razgrađuje kolagen) i elastinazu (hidrolizira elastin). Djelovanje enzima aktiviraju mikroelementi: Mg 2+, Mn 2+, Co 2+ i dr. Završna faza Probava proteina prikazana je na dijagramu:
Probava proteina odvija se u crijevnoj šupljini i na površini sluznice (parijetalna probava).
U crijevnoj šupljini razgrađuju se proteinske molekule, a na površini sluznice - njihovi "fragmenti": albumoze, peptoni, polipeptidi, tripeptidi i dipeptidi.
Proteini i njihovi derivati koji se nisu razgradili u tankom crijevu su naknadno debelo crijevo podložni truljenju. Truljenje - višestupanjsko
proces u kojem u određenim stadijima sudjeluju različiti mikroorganizmi: anaerobne i aerobne bakterije iz rodova Bacillus i Pseudomonas, trepljašice i dr. Pod utjecajem bakterijskih peptidnih hidrolaza dolazi do razgradnje složenih proteina na proteine i protetske skupine. Proteini se pak hidroliziraju do aminokiselina i podvrgavaju se deaminaciji, dekarboksilaciji, intramolekularnom cijepanju, oksidaciji, redukciji, metilaciji, demetilaciji itd. Nastaju brojni toksični produkti koji se apsorbiraju kroz crijevnu sluznicu u cirkulacijski i limfni sustav i raznose se cijelim tijelom, trujući njegove organe, tkiva i stanice.
Dakle, tijekom propadanja u debelom crijevu, aminokiseline prolaze kroz dekarboksilaciju, što dovodi do stvaranja toksičnih amina, na primjer, kadaverina i putrescina.
Tijekom deaminacije (reduktivne, intramolekulske, hidrolitičke, oksidativne) nastaju amonijak, zasićene i nezasićene karboksilne kiseline, hidroksi kiseline i ketokiseline.
Bakterijske dekarboksilaze mogu uzrokovati daljnju razgradnju karboksilnih kiselina uz stvaranje ugljikovodika, aldehida, alkohola itd.: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;
Ti se procesi obično odvijaju u tandemu iu fazama, što u konačnici dovodi do pojave širokog spektra proizvoda truljenja. Dakle, tijekom truležne razgradnje cikličkih aminokiselina nastaju sljedeći fenoli.
Tijekom truležne razgradnje triptofana nastaju skatol i indol.
Tijekom truležne razgradnje cistina i cisteina nastaju merkaptani, sumporovodik, metan, ugljični dioksid.
Procesi truljenja proteina intenzivno se razvijaju kada se životinje hrane nekvalitetnom hranom, kršenjem režima hranjenja, kod bolesti probavnog sustava (atonija proventrikula, zatvor), zaraznih (kolibaciloza) i invazivnih (askaridoza) bolesti. To negativno utječe na zdravlje i produktivnost životinja.
Apsorpcija proteina. Proteini se apsorbiraju u obliku aminokiselina, peptida niske molekularne težine i prostetičkih skupina. Kod novorođenih životinja apsorbira se dio neprobavljenih bjelančevina kolostruma i mlijeka. Mjesto apsorpcije - mikrovili viloznog epitela sluznice tanko crijevo. Aminokiseline ulaze u stanicu kroz submikroskopske tubule mikrovila i egzoplazmatsku membranu procesima difuzije, osmoze, uz pomoć proteinskih nosača protiv koncentracijskih i elektrokemijskih gradijenata. Prije svega, aminokiselina se veže na transporter. To je polivalentan ion koji ima četiri mjesta za
vezanje na neutralne, kisele i bazične aminokiseline, kao i na Na + ion. Nakon što je prošla membranu, aminokiselina se odvaja od nosača i postupno se kreće kroz endoplazmatski retikulum i lamelarni kompleks od apikalnog ruba do bazalne regije enterocita (slika 24). Arginin, metionin, leucin se apsorbiraju brže; sporiji - fenilalanin, cistein, tirozin; polako - alanin, serin i glutaminska kiselina.
Natrijeva pumpa ima važnu ulogu u procesima apsorpcije, jer natrijev klorid ubrzava apsorpciju.
Kemijsku energiju koja se troši u ovom procesu osiguravaju mitohondriji.
Proteinski prijenosnik uključen je u kretanje aminokiselina kroz stanicu. U bazalnim i lateralnim regijama stanice dolazi do cijepanja kompleksa transporter + aminokiselina.
Aminokiselina difundira u međustanični prostor i ulazi u krv odn
limfni sustav resica, a Na + ioni se vraćaju na površinu stanice i stupaju u interakciju s novim dijelovima aminokiselina. Ovi procesi su regulirani živčanim i humoralnim sustavom.
U debelom crijevu apsorbiraju se produkti truljenja: fenol, krezol, indol, skatol itd.
Srednja razmjena. Produkti apsorpcije proteina ulaze u jetru kroz sustav portalne vene. Aminokiseline preostale u krvi nakon prolaska kroz jetru iz jetrene vene ulaze u veliki krug krvotok i prenose se do pojedinih organa, tkiva i stanica. Dio aminokiselina iz međustanične tekućine ulazi limfni sustav, zatim sistemska cirkulacija.
Krvna plazma sadrži određenu količinu aminokiselina i polipeptida. Njihov se sadržaj povećava nakon hranjenja.
Krvna plazma je bogata glutaminom i glutaminskom kiselinom.
Većina aminokiselina troši se na biosintezu proteina, dio - na biološku biosintezu djelatne tvari(neproteinski hormoni, peptidi, amini i dr.), neki od njih, nakon što su deaminirani, koriste se kao energetske sirovine i materijal za biosintezu lipida, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina i dr.
Biosinteza proteina
Biosinteza proteina odvija se u svim organima, tkivima i stanicama. Najveća količina proteina sintetizira se u jetri. Njegovu sintezu provode ribosomi. Po kemijskoj prirodi ribosomi su nukleoproteini koji se sastoje od RNA (50-65%) i proteina (35-50%).
Ribosomi nastaju samosastavljanjem iz prethodno sintetizirane RNA i proteina. Oni su komponente granularnog endoplazmatskog retikuluma, gdje se odvija biosinteza i kretanje sintetiziranih proteinskih molekula.
Ribosomi se u stanici nalaze u obliku nakupine od 3 do 100 jedinica – polisoma (poliribosoma, ergosoma). Ribosomi su obično međusobno povezani nekom vrstom niti, vidljivom pod elektronskim mikroskopom – mRNA (slika 25).
Svaki ribosom je sposoban sintetizirati
neovisno jedan polipeptidni lanac, skupina - više takvih lanaca i proteinske molekule. Primjer velikog poliribosomskog sustava su polisomi mišićnog tkiva koji sintetiziraju miozin. Polisom se sastoji od 60-100 ribosoma i provodi biosintezu proteinske molekule koja se sastoji od 1800 aminokiselinskih ostataka.
Biosinteza proteina u stanici odvija se kroz nekoliko faza.
Aktivacija aminokiselina. Aminokiseline ulaze u hijaloplazmu iz međustanične tekućine kao rezultat difuzije, osmoze ili aktivnog prijenosa. Svaka vrsta amino i iminokiselina stupa u interakciju sa svojim vlastitim aktivirajućim enzimom - aminoacil sintetazom. Reakciju aktiviraju kationi Mg 2+, Mn 2+ i Co 2+. Pojavljuje se aktivirana aminokiselina.
Spoj aktiviranih aminokiselina s tRNA. U drugom stupnju biosinteze proteina, aktivirane aminokiseline (aminoaciladenilati) iz njihovih spojeva s
odgovarajući enzimi se prenose u tRNA citoplazme. Proces kataliziraju aminoacil-RNA sintetaze.
Aminokiselinski ostatak povezan je karboksilnom skupinom s hidroksilnom skupinom drugog atoma ugljika riboznog nukleotida tRNA.
Transport kompleksa aktivirane aminokiseline s tRNA do ribosoma stanice. Aktivirana aminokiselina, zajedno sa svojom tRNA, prenosi se iz hijaloplazme u ribosom. Proces kataliziraju specifični enzimi, kojih u tijelu ima najmanje 20,
Određeni broj aminokiselina prenosi se s nekoliko tRNA (na primjer, valin i leucin - s tri tRNA). Ovaj proces koristi energiju GTP-a i ATP-a.
Vezanje aminoacil-tRNA na kompleks mRNA-ribosom. Aminoacil-tRNA, približavajući se ribosomu, stupa u interakciju s mRNA. Svaka tRNA ima regiju koja se sastoji od tri nukleotida - antigsodon. U mRNA odgovara regiji s tri nukleotida - kodon. Svaki kodon ima antikodon tRNA i jednu aminokiselinu. Tijekom biosinteze, aminokiseline se dodaju ribosomu u obliku aminoacil-tRNA, koje se zatim spajaju u polipeptidni lanac redoslijedom određenim položajem ko-dona u mRNA.
Inicijacija polipeptidnog lanca. Nakon što su dvije susjedne aminoacil-tRNA svojim antikodonima spojile kodone mRNA, stvaraju se uvjeti za sintezu polipeptidnog lanca. Nastaje prva peptidna veza. Ove procese kataliziraju peptidne sintetaze, a aktiviraju kationi Mg 2+ i proteinski inicijacijski faktori - F 1, F 2 i F 3. Izvor kemijske energije je
GTF. Do veze dolazi zbog CO skupine prve i NH 2 skupine druge aminoacil-tRNA.
Ove se reakcije odvijaju na slobodnoj 30S podjedinici. Podjedinica 50S pridružuje se inicijacijskom kompleksu i oni se kombiniraju da bi formirali ribosom vezan za mRNA. Svaki inicijacijski korak zahtijeva jednu GTP molekulu.
Produljenje polipeptidnog lanca. Inicijacija polipeptidnog lanca počinje s N-kraja, budući da je -NH 2 -skupina prve aminokiseline zadržana u nastalom dipeptidu. Prva tRNA koja donosi svoju aminokiselinu odvaja se od kompleksa mRNA-ribosoma i "šalje" u hijaloplazmu po novu aminokiselinu. Dipeptid povezan s drugom tRNA (vidi gore) stupa u interakciju s trećom amino-acil-tRNA, formira se tripeptid, a druga tRNA napušta ribosom u hijaloplazmu, itd. Peptidni lanac se produljuje (izdužuje) kao rezultat sekvencijalno dodavanje novih aminokiselinskih ostataka. Ribosom se postupno kreće duž mRNA, pretvarajući informacije kodirane u njemu u jasno organiziran polipeptidni lanac. Svakim korakom ribosoma stvara se nova peptidil-tRNA, uvećana za jedan aminokiselinski ostatak. Proces je kataliziran peptidil transferazom, a aktiviran kationima Mg 2+ i proteinskim faktorima (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Izvor energije je GTP. Na polisomu se sinkrono sintetizira nekoliko peptidnih lanaca. Time se stvara primarna struktura proteinske molekule.
Terminacija polipeptidnog lanca. Ribosom, na čijoj je površini sintetiziran polipeptidni lanac, dolazi do kraja lanca mRNA i "skače" s njega; novi ribosom se pričvrsti na suprotni kraj mRNA umjesto njega, sintetizirajući sljedeću polipeptidnu molekulu. Polipeptidni lanac se odvaja od ribosoma i otpušta u hijaloplazmu. Ovu reakciju provodi specifični faktor oslobađanja (R faktor), koji je povezan s ribosomom i olakšava hidrolizu esterske veze između polipeptida i tRNA. Sve faze su sažete dijagramom (boja, tablica III).
U hijaloplazmi od polipeptidnih lanaca nastaju jednostavni i složeni proteini. Nastaju sekundarne, tercijarne i, u nekim slučajevima, kvaternarne strukture proteinske molekule.
Obnavljanje proteina u tijelu. Proteini su unutra dinamično stanje, prolazeći stalne procese sinteze i raspadanja. Tijekom života postupno se "troše" - uništavaju im se kvartarne, tercijarne, sekundarne i primarne strukture. Proteinske funkcionalne skupine su inaktivirane i veze u proteinskoj molekuli su uništene. Postoji potreba za zamjenom "istrošenih" proteinskih molekula novima.
Ovisno o stupnju oštećenja proteinske molekule, ona se djelomično ili potpuno obnavlja. U prvom slučaju, pod utjecajem posebnih enzima, obnavljaju se mali dijelovi polipeptidnih lanaca ili pojedinačni aminokiselinski ostaci (transpeptidacija). U drugom slučaju, "istrošena" molekula proteina potpuno je zamijenjena novom. Oštećena proteinska molekula se razgrađuje pod utjecajem tkivnih proteaza ili katepsina I, II, III i IV, lokaliziranih u lizosomima. Molekula proteina prolazi kroz uobičajene transformacije za ove tvari.
Proteini se u ljudskom tijelu općenito obnavljaju unutar 135-155 dana. Proteini jetre, gušterače, stijenke crijeva i krvne plazme obnavljaju se u roku od 10 dana, mišića - 30 dana, kolagena - 300 dana. Sinteza proteinske molekule u stanici odvija se brzo - unutar 2-5 s. U tijelu odrasle osobe dnevno se sintetizira 90-100 g proteina (1,3 g na 1 kg
mise). Stupanj obnove opada starenjem, bolešću itd.
Biosinteza peptida
Neke endo- i egzogene aminokiseline koriste se za sintezu peptida.
Glutation. To je tripeptid formiran od ostataka glutaminske kiseline, cisteina i glicina.
Biosinteza se odvija u dvije faze. Dakle, u početku, pod utjecajem enzima γ -glutamilcistein sintetaza stvara dipeptid-, zatim uz sudjelovanje tripeptid sintetaze - tripeptid-glutation:
Sastavni je dio mnogih enzima i štiti SH skupine proteina od oksidacije.
Karnozin i anserin. Dipeptidi mišićnog tkiva. Karnozin nastaje iz histidina i β -alanin, anserin - iz 1-metilhistidina i β -alanin.
Peptidi se sintetiziraju pod utjecajem specifičnih enzima, uz sudjelovanje iona ATP i Mg 2+. Reakcije se odvijaju u dvije faze, na primjer sinteza karnozina.
Biosinteza i metabolizam pojedinih aminokiselina
Neesencijalne aminokiseline sintetiziraju se u tjelesnim tkivima; esencijalni ulaze u tijelo kao dio hrane; uvjetno esencijalni sintetiziraju se u tkivima u ograničenoj mjeri (arginin i histidin) ili u prisutnosti prekursora (tirozin i cistein). Određenu količinu aminokiselina sintetizira simbiotska mikroflora u probavnom sustavu.
Najčešći materijal koji se koristi za sintezu aminokiselina je α -keto- i α -hidroksi kiseline koje nastaju u tkivima tijekom intermedijarnog metabolizma ugljikohidrata, lipida i drugih spojeva. Izvor dušika su amonijak i amonijeve soli, a izvor vodika je NAD∙H 2 ili NADP∙H 2 .
Ako je izvor aminokiseline ketokiselina, tada se može podvrgnuti reduktivnoj aminaciji, koja se odvija u dvije faze: prvo nastaje iminokiselina, zatim aminokiselina.
Tako nastaje alanin iz pirogrožđane kiseline, asparaginska i glutaminska kiselina iz oksaloctene kiseline itd.
Nešto glutaminske kiseline može se sintetizirati iz α -ketoglutarna kiselina pod djelovanjem enzima L-glutamat dehidrogenaza.
Glutaminska kiselina se koristi u tkivima kao donor amino skupina.
Pojedinačne aminokiseline mogu nastati iz drugih aminokiselina transaminacijom (A.E. Braunstein i M.G. Kritsman, 1937.) pod utjecajem enzima aminoferaza, čiji je sastavni dio derivat vitamina B 6 - piridoksal fosfat, koji ima ulogu nositelj NH 2 skupina (str. 271).
Tako nastaje glicin iz serina ili treonina; alanin - iz glutaminske i asparaginske kiseline, triptofana ili cisteina; tirozin iz fenilalanina; cistein i cistin - od serina ili metionina; glutaminska kiselina nastaje iz prolina ili arginina itd.
Metabolizam pojedinih aminokiselina ima određene karakteristike.
Glicin. Sudjeluje u nizu važnih biosintetskih reakcija. Dakle, od njega se formiraju:
U tkivima jetre glicin sudjeluje u procesu neutralizacije toksičnih spojeva - benzoina,
feniloctene kiseline i fenola, tvori parne spojeve koji se izlučuju urinom.
Alanin. Nastaje transaminacijom pirogrožđane kiseline (vidi gore). Postoji u obliku α - I β -forme Sudjeluje u biosintezi.
Asparaginska kiselina. Obično nastaje transaminacijom oksaloctene kiseline (vidi gore). Zajedno s glutaminskom kiselinom osigurava odnos između metabolizma proteina, ugljikohidrata i lipida. Služi kao donor amino skupina u
reakcije transaminacije. Glavne reakcije prikazane su na dijagramu.
Glutaminska kiselina. Sadržan u tkivima kao dio proteina, u slobodnom stanju iu obliku amida. Donator amino skupine u reakcijama transaminacije. Glavne tvari u čijoj sintezi sudjeluje kiselina:
Serin i treonin. Njihov metabolizam usko je povezan s metabolizmom glicina. Serin u tkivima nastaje iz 3-fosfoglicerinske kiseline. Glicin nastaje iz serina kao rezultat prijenosa jednog ugljičnog fragmenta (C 1) u tetrahidrofolnu kiselinu (THFA, vidi str. 311). Glicin se može formirati iz treonina. C1 fragment se koristi za sintezu histidina i purina. Pirogrožđana kiselina nastaje iz serina i treonina, koji se uključuje u TCA ciklus uz pomoć acetil-CoA.
Neke od transformacija prikazane su na dijagramu:
Hidroksilna skupina serina dio je aktivnog centra mnogih enzima: tripsina, kemo-tripsina, esteraza, fosforilaza.
metionin. Sastavni je dio mnogih proteina. Služi kao donator za metal grupu. Prijenos metilne skupine tijekom procesa remetilacije događa se pod utjecajem odgovarajućih metil transferaza preko S-adenozilmetionina:
Prekursor metionina je asparaginska kiselina, koja kroz nekoliko faza (homoserin, 0-sukcinil-homoserin, cistein, cistationin, homocistein) prelazi u metionin.
Cistein i cistin. Sastojci mnogih proteina, peptida, hormona i drugih spojeva. SH skupina cisteina je sastavni dio aktivnih centara niza enzima. Sudjelovanje cisteina u metabolizmu djelomično se odražava na dijagramu:
Arginin i ornitin. Arginin nastaje tijekom pretvorbe ugljičnog dioksida i amonijaka u ureu.
Obje aminokiseline sudjeluju u stvaranju niza vitalnih tvari.
Lizin. Najvažnija aminokiselina. Sudjeluje u sintezi mnogih tvari.
Σ-amino skupina lizinskog ostatka uključena je u stvaranje veze između apo- i koenzima, posebno tijekom stvaranja enzima biotina. Lizin ima važnu ulogu u vezivanju fosfora tijekom mineralizacije koštanog tkiva i drugih procesa.
Fenilalanin i tirozin. Njihove transformacije u tijelu idu u sljedećim smjerovima: biosinteza proteina i peptida, stvaranje
proteinogeni amini, hormoni i pigmenti, oksidacija do krajnjih proizvoda s rupturom jezgre itd.:
Triptofan. Najvažnija aminokiselina. Njegove transformacije ilustrirane su dijagramom:
Histidin. Odnosi se na esencijalne aminokiseline. Sudjeluje u biosintezi i metabolizmu mnogih vitalnih tvari:
Prolin i hidroksiprolin. Hidroksiprolin nastaje iz prolina. Proces je nepovratan. Obje se iminokiseline koriste za biosintezu proteina itd.
Pretvorba ostatka aminokiselina bez dušika
Neke od aminokiselina koje se ne koriste u sintezi proteina i njihovih derivata podliježu procesima razgradnje na amonijak i karboksilne kiseline. Amonijak se neutralizira u jetri u ornitinskom ciklusu. Od nekoliko vrsta deaminacije prevladava oksidativna deaminacija. Dobivene keto kiseline tkiva koriste za razne potrebe. Na temelju smjera upotrebe bezdušičnog ostatka aminokiseline se dijele na dvije vrste: glukoplastične i lipoplastične. Glukoplastične aminokiseline (alanin, serin, cistein itd.) obično tvore pirogrožđanu kiselinu, koja služi kao početni materijal za biosintezu glukoze i glikogena.
Od lipoplastičnih aminokiselina (leucin, izoleucin, arginin, ornitin, lizin i dr.) nakon deaminacije nastaje acetooctena kiselina – izvor biosinteze viših masnih kiselina.
α -Ketokiseline nastale oksidativnom deaminacijom aminokiselina se dekarboksiliraju i istovremeno oksidiraju u masne kiseline.
Dobivena masna kiselina može se podvrgnuti β -oksidacijom, javlja se acetil-CoA – izvor kemijske energije ili sirovina za biosintezu mnogih tvari.
Značajke intermedijarnog metabolizma složenih proteina
Biosinteza složenih proteina odvija se slično kao i biosinteza proteina. U tom slučaju nastaju primarna, sekundarna, tercijarna i kvaternarna struktura proteinske molekule uz dodatak odgovarajuće prostetske skupine.
Metabolizam kromoproteina.Životinjski organizam sadrži brojne kromoproteine: hemoglobin, mioglobin, citokrome, heminske enzime itd.
Karakterizira ih prisutnost molekule hema. Biosinteza hemoglobina je najdetaljnije proučavana.
Glavne komponente molekule hemoglobina nastaju u hematopoetskim organima: crvenoj koštanoj srži, slezeni, jetri. Globin se sintetizira iz aminokiselina na uobičajeni način za proteine. Stvaranje hema odvija se uz sudjelovanje enzima kroz nekoliko faza.
Od dvije molekule δ -aminolevulinska kiselina proizvodi porfobilinogen, koji sadrži pirolni prsten.
Porfobilinogen zatim tvori ciklički spoj četiri pirolna prstena, uroporfirin.
U daljnjim transformacijama iz uroporfirina nastaje protoporfirin. Pod utjecajem enzima hemosintetaze željezo (Fe 2+) se ugrađuje u molekulu protoporfirina i nastaje hem koji se preko histidinskog ostatka veže na jednostavnu bjelančevinu globin tvoreći podjedinicu molekule hemoglobina.
Hemoglobin čini 90-95% suhe mase crvenih krvnih stanica.
Metabolizam lipoproteina, glikoproteina i fosfoproteina ne razlikuje se puno od metabolizma jednostavnih proteina. Njihova sinteza odvija se slično kao i kod drugih proteina - stvaranjem primarnih, sekundarnih, tercijarnih i kvarternih struktura. Razlika je u tome što se tijekom sinteze na proteinski dio molekula vežu različite prostetičke skupine. Kada se složena proteinska molekula razgradi, proteinski dio se razgrađuje na aminokiseline, a prostetičke skupine (lipidni, ugljikohidratni, fosforni esteri aminokiselina) na jednostavne spojeve.
Vrhunska razmjena. Tijekom međurazmjene nastaje niz kemijski spojevi, koji se izlučuju iz tijela kao produkti razgradnje proteina. Konkretno, ugljični dioksid oslobađaju pluća, vodu bubrezi, sa znojem, u fecesu i s izdahnutim zrakom. Mnogi drugi produkti metabolizma bjelančevina, osobito oni dušikovi, izlučuju se u obliku uree, parnih spojeva itd.
Pretvorba amonijaka. Amonijak nastaje tijekom deaminacije aminokiselina, purinskih i pirimidinskih baza, nikotinske kiseline i njezinih derivata te drugih spojeva koji sadrže dušik. Tijekom dana u ljudskom tijelu deaminira se 100-120 g aminokiselina, nastaje 16-19 g dušika ili 18-23 g amonijaka. U osnovi, amonijak se u tijelu domaćih životinja neutralizira u obliku uree, djelomično u obliku alantoina, mokraćne kiseline i amonijevih soli. U ptica i gmazova glavni krajnji produkt metabolizma dušika je mokraćna kiselina.
Urea- glavni krajnji produkt metabolizma dušika kod većine kralježnjaka i ljudi. Čini 80-90% svih dušičnih tvari u mokraći. Stvoreno moderna teorija stvaranje uree u jetri – ornitin Krebsov ciklus.
1. NH 3 i CO 2 koji se odvajaju tijekom deaminacije i dekarboksilacije spajaju se pod utjecajem enzima karbamoil fosfat sintetaze u karbamoil fosfat.
2. Karbamoil fosfat s ornitinom uz sudjelovanje ornitin karbamoiltransferaze tvori citrulin.
3. Pod utjecajem argininosukcinat sintetaze dolazi u interakciju s asparaginskom kiselinom, stvarajući argininosukcinatnu kiselinu.
4. Argininosukcinatna kiselina se pod utjecajem argininosukcinat liaze razgrađuje na arginin i fumarnu kiselinu.
5. Arginin se pod utjecajem arginaze razgrađuje na ornitin i ureu, koja se uklanja iz tijela urinom i znojem:
Ornitin reagira s novim dijelovima karbamoil fosfata i ciklus se ponavlja.
Dio amonijaka u tkivima se veže tijekom procesa stvaranje amida – asparagina ili glutamina koji se transportiraju u jetru. U jetri se hidroliziraju, nakon čega iz amonijaka nastaje urea. Nešto amonijaka tkiva koriste za reduktivnu aminaciju keto kiselina, što dovodi do stvaranja aminokiselina.
Osim toga, u tkivu bubrega, amonijak je uključen u proces neutralizacije organskih i anorganskih kiselina:
Pretvorbe ostalih proizvoda konačnog metabolizma proteina. U procesu metabolizma proteina nastaju i drugi produkti krajnjeg metabolizma, posebice derivati purinskih i pirimidinskih baza, plinovi (oslobađaju se pri pražnjenju crijeva), fenoli, indol, skatol, sumporne kiseline itd. Osobito mnogo takvih tvari nastaje u debelom crijevu pri raspadu bjelančevina.
Ti se otrovni spojevi neutraliziraju u jetri stvaranjem takozvanih parnih kiselina, koje se oslobađaju mokraćom, djelomično znojem i izmetom.
Indol i skatol, nastali tijekom truležne razgradnje triptofana, pretvaraju se u indoksil i skatoksil. Oni tvore parne spojeve s glukuronskom ili sumpornom kiselinom.
Transformacije produkata razgradnje kromoproteina. Kada se kromoproteini razgrađuju, nastaju globin i hem. Globin prolazi uobičajene transformacije tipične za proteine. Hem služi kao izvor formiranja
pigmenti žuči, urina i fecesa. Hemoglobin se, kada se oksidira, pretvara u verdohemoglobin(koleglobin). Verdohemoglobin gubi svoj proteinski dio i atome željeza, što dovodi do stvaranja zelene tvari - biliverdin. Biliverdin se reducira u crveni pigment - bilirubin. Bilirubin nastaje iz mezobilirubin, koji nakon sljedeće obnove postaje urobilinogen. Urobilinogen se u crijevima pretvara u pigmente stolice – sterkobilinogen I sterkobilin, u bubrezima - u pigment mokraće urobilin.
Produkte razgradnje hema tijelo koristi za razne potrebe. Dakle, željezo se taloži u organima kao feritini. Biliverdin i bilirubin su žučni pigmenti, ostale tvari su pigmenti urina i fecesa. Razgradnja mioglobina odvija se na sličan način.
Regulacija metabolizma proteina. Posebno mjesto u regulaciji pripada korteksu moždane hemisfere mozga i subkortikalnih centara. Hipotalamus sadrži centar za metabolizam proteina. Regulacija se provodi refleksno, kao odgovor na iritaciju.
Učinak hormona na biosintezu proteina provodi se poticanjem stvaranja mRNA. Somatotropin pojačava procese sinteze proteina. Biosintezu proteina aktivira inzulin, neki
andro- i estrogeni, tiroksin. Glukokortikoidi iz kore nadbubrežne žlijezde potiču razgradnju proteina i oslobađanje dušičnih tvari.
Učinak hormona na metabolizam proteina povezan je s promjenama u brzini i smjeru enzimskih reakcija. Biosinteza i, posljedično, aktivnost enzima uključenih u metabolizam proteina ovisi o prisutnosti dovoljne količine vitamina u hrani. Konkretno, piridoksal fosfat je koenzim dekarboksilaza aminokiselina, vitamin B 2 je komponenta koenzima aminooksidaza, vitamin PP je osnova dehidraze glutaminske kiseline, bez vitamina C ne može se odvijati biosinteza prolina i hidroksiprolina itd. .
Patologija metabolizma proteina. Metabolizam proteina je poremećen tijekom infektivnih, invazivnih i nezarazne bolesti. Poremećaji metabolizma proteina mogu biti uzrokovani nepravilno formuliranom prehranom, hranjenjem nekvalitetnom hranom, nepoštivanjem režima hranjenja itd. To dovodi do smanjenja razine produktivnosti životinja, pogoršanja njihovog zdravlja, a ponekad čak i smrt.
Patologija metabolizma proteina manifestira se u različitim oblicima.
Proteinski post. Postoje dvije vrste proteinskog gladovanja: primarno, kada u hrani nema dovoljno esencijalnih aminokiselina, i sekundarno, uzrokovano bolestima probavnog trakta, jetre i gušterače. Kod životinja se usporava rast, pojavljuju se opća slabost i oteklina, poremećeno je formiranje kostiju, gubitak apetita i proljev. Javlja se negativna ravnoteža dušika, javlja se hipoproteinemija (sadržaj proteina u krvi smanjuje se za 30-50%).
Poremećaj metabolizma aminokiselina. Pojavljuje se u nekoliko oblika. Tako se kod nekih bolesti jetre (hepatitis, ciroza, akutna žuta distrofija) sadržaj aminokiselina u krvi i urinu naglo povećava - javlja se alkaptonurija. Konkretno, kada je metabolizam tirozina poremećen, razvija se alkaptonurija, praćena oštrim zamračenjem urina nakon stajanja u zraku. Kod cistinoze, cistin se taloži u jetri, bubrezima, slezeni, limfnim čvorovima, crijevima i
Postoji višak cistina u mokraći (cistinurija). Kod fenilketonurije u urinu se pojavljuje velika količina fenilpiruvične kiseline. Nedostaci vitamina često su uzrok takvih poremećaja.
Kršenje metabolizma složenih proteina. Najčešće se manifestiraju u obliku poremećaja metabolizma nukleinske kiseline i porfirina. U potonjem slučaju, razmjena hemoglobina, mioglobina i drugih proteina je poremećena. Da, kada razne lezije jetre (hepatitis, fascioliasis i dr.), javlja se hiperbilirubinemija - sadržaj bilirubina u krvi raste na 0,3 - 0,35 g/l. Mokraća postaje tamna, u njoj se pojavljuju velike količine urobilina, javlja se urobilinurija. Ponekad se opaža porfirija - povećanje sadržaja porfirina u krvi i tkivima. To rezultira porfinurijom i urin postaje crven.
Kontrolna pitanja
1. Što su proteini, koji je njihov značaj, kemijski sastav, fizikalno-kemijske karakteristike, struktura (primarna, sekundarna, tercijarna, kvartarna)? Njihova klasifikacija.
2. Opišite glavne skupine i podskupine aminokiselina, navedite strukturne formule najvažnije od njih, analizirati njihova svojstva.
3. Što je to ravnoteža dušika, proteinski minimum, potpuni i nepotpuni proteini, neesencijalne, uvjetno esencijalne i esencijalne aminokiseline? Napiši formule esencijalnih aminokiselina.
4. Analizirati glavne faze metabolizma proteina u tijelu različitih vrsta domaćih životinja - probavu, apsorpciju, intermedijarni (biosinteza i razgradnja) i završni metabolizam.
5. Kako je reguliran metabolizam proteina u tijelu životinja i kako se manifestira patologija metabolizma proteina?
