Биологическое значение переваривания белков

Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте

Переваривание белков начинается в желудке под действием ферментов желудочного сока. За сутки его выделяется до 2,5 литров и он отличается от других пищеварительных соков сильно кислой реакцией, благодаря присутствию свободной соляной кислоты, секретируемой обкладочными клетками слизистой желудка.

Секреция соляной кислоты представляет активный транспорт, осуществляемый протонной АТФ-азой с затратой АТФ.

Роль соляной кислоты:

1. денатурирует белки;

2. стерилизует пищу;

3. вызывает набухание труднорастворимых белков;

4. активирует пепсиноген;

5. создает рН-оптимум для действия пепсина;

6. способствует всасыванию железа;

7. вызывает секрецию секретина в двенадцатиперстной кишке.

В желудочном соке содержатся протеолитические ферменты пепсин, гастриксин и реннин. Главным из них является пепсин. Он вырабатывается главными клетками слизистой желудка в виде профермента пепсиногена. Активация его осуществляется соляной кислотой (медленная) и аутокаталитически пепсином (быстрая) путем отщепления фрагмента полипептидной цепи с N-конца (частичный протеолиз). При этом происходит изменение конформации молекулы и формирование активного центра. Пепсин действует при значениях рН 1,5–2,5 и является эндопептидазой с относительной специфичностью действия, расщепляющей пептидные связи внутри белковой молекулы.

Кроме пепсина в желудочном соке содержится фермент гастриксин, проявляющий протеолитическую активность при рН 3,0–4,0. По-видимому, именно он начинает переваривание белков.

В желудочном соке грудных детей содержится фермент реннин, который имеет большое значение для переваривания белков у грудных детей, т.к. катализирует створаживание молока (превращение растворимого казеиногена в нерастворимый казеин), в результате чего замедляется продвижение нерастворимого казеина в двенадцатиперстную кишку и он дольше подвергается действию протеаз.

Образовавшиеся в результате действия пепсина в желудке полипептиды поступают в двенадцатиперстную кишку, куда выделяется сок поджелудочной железы. Панкреатический сок имеет щелочную реакцию (рН 7,5–8,2), что обусловлено высоким содержанием бикарбонатов. Кислое содержимое, поступающее из желудка нейтрализуется, и пепсин теряет свою активность.

В панкреатическом соке содержатся протеолитические ферменты трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза и эластаза, которые вырабатываются также в виде проферментов. Трипсиноген активируется энтерокиназой (вырабатывается клетками слизистой двенадцатиперстной кишки), переходит в активный трипсин, который активирует все остальные ферменты поджелудочного и кишечного сока. Клетки поджелудочной железы защищены от действия протеаз тем, что ферменты желудочного сока образуются в виде неактивных предшественников, а в панкреас синтезируется особый белок-ингибитор трипсина. В полости ЖКТ протеазы не контактируют с белками клеток, поскольку слизистая оболочка покрыта слоем слизи, а каждая клетка содержит на наружной поверхности плазматической мембраны полисахариды, которые не расщепляются протеазами. Разрушение клеточных белков ферментами желудочного или кишечного сока происходит при язвенной болезни.

Переваривание продуктов протеолиза пищевых белков в тонком кишечнике осуществляется с помощью амино-, ди-, и трипептидаз, которые функционируют преимущественно пристеночно.

Таким образом, конечными продуктами переваривания белков в ЖКТ являются свободные аминокислоты, которые всасываются.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Переваривание белков

Белки, поступившие в организм с пищей, в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) расщепляются до аминокислот при действии группы протеолитических ферментов — пептидгидролаз по современной номенклатуре; широко известно их тривиальное название — протеазы, или протеиназы. Эти ферменты катализируют гидролитическое расщепление пептидной связи в белках, представляющее собой экзэргоничсский процесс, при котором Д

Свойства пептидгидролаз. Протеолитические ферменты животных и человека изучены достаточно хорошо, в меньшей степени исследованы растительные протеазы.

Для протеолитических ферментов характерен ряд общих свойств и особенностей.

Ферменты, расщепляющие белки, обладают относительной субстратной специфичностью, которая определяется:

  • • длиной полипептидной цепи;
  • • структурой радикалов аминокислотных остатков, образующих гидролизуемую пептидную связь;
  • • положением связи в полипептиде.

Внутренние пептидные связи расщепляются эндопептидазами, концевые — экзопептидазами:

Известно, что скорость гидролиза протеазами денатурированных белков выше, чем нативных, поскольку при денатурации белков (например, в желудке под действием соляной кислоты при pH — 1,5—2,0) становятся доступными для протеолиза внутренние участки полипептидной цепи, ранее плотно упакованные в компактную глобулу.

Все протеолитические ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников, называемых зимогенами или проферментами, и таким образом клетки защищены от контакта с активной формой фермента и автолиза. Превращение зимогена в активный фермент происходит путем необратимой кова-

Рис. 24.2. Схема последовательной деградации пишевых белков в желудочно-кишечном тракте

пентнои моошрикации зимогена за счет локального протеолиза, т. е. разрыва одной или нескольких пептидных связей и отщепления ограниченного числа аминокислотных остатков. Это вызывает конформационные изменения в полипептиде, достаточные для формирования пространственной структуры активного центра фермента.

Общая схема деградации белков пищи протеолитическими ферментами в пищеварительном тракте представлена на рис. 24.2.

Расщепление пищевых белков начинается с действия протеолитического фермента желудка — пепсина. Специализированные (периетальные) клетки эпителия желудка секретиру- ют соляную кислоту, создавая в желудке кислую среду (pH — 1,5—2.0). Этот фактор имеет важное значение в переваривании белков: денатурирует белки пищи, оказывает бактерицидное действие, убивая попадающие с пищей микроорганизмы, является инициирующим фактором активации пепсиногена и превращения его в активную форму. Пспсиноген превращается в пепсин после отщепления от него 42 аминокислотных остатков, вначале под действием соляной кислоты (медленно), а затем аутокаталитически (очень быстро). Молекулярная масса пепсиногена 40,4 kDa, пепсина — 32,7 kDa. Пепсин является эндонуклеазой, и его действие приводит к накоплению смеси пептидов; наиболее активно он гидролизует пептидные связи, NH-rpynna которых принадлежит ароматическим аминокислотам — тирозину, фенилаланину, триптофану. В слизистой желудка человека выделен также протеолитический фермент гастриксин, сходный по свойствам с пепсином.

Секреция соляной кислоты активируется гистамином и гормонами гаст- ринами. их образование угнетается гормоном слизистой двенадцатиперстной кишки — секретином и гормоном гипофиза — соматостатином.

Дальнейшее переваривание высокомолекулярных пептидов и белков, не расщепленных пепсином, происходит тремя эндопептидазами, вырабатываемыми поджелудочной железой в виде предшественников — трипсиногена, хи- мотрипсиногена и проэластазы.

Процесс превращения трипсиногена в трипсин происходит под действием фермента, вырабатываемого в клетках слизистой оболочки кишечника — энте- ропептидазы, а затем аутокаталитически под влиянием трипсина и сводится к отщеплению с A-конца полипептида шести аминокислотных остатков (рис. 24.3).

Трипсин обладает сравнительно узкой субстратной специфичностью, разрывая пептидные связи, в образовании которых участвуют карбоксильные группы лизина и аргинина, т. е. основных аминокислот.

В поджелудочной железе синтезируется ряд химотрипсинов (а-, р-, я-хи- мотрипсины) из двух предшественников — химотрипсиногсна А и химотрип- синогена В. Активируются зимогены в кишечнике под действием активного трипсина и химотрипсина.

Химотрипсин обладает более широкой субстратной специфичностью, чем трипсин. Он катализирует гидролиз не только пептидов, но и эфиров, амидов и других ацилпроизводных, хотя наибольшую активность он проявляет по отношению к пептидным связям, в образовании которых принимают участие карбоксильные группы ароматических аминокислот — фенилаланина, тирозина и триптофана.

В поджелудочной железе синтезируется еще одна эндопептидаза — эластаза. Название фермент получил от субстрата эластина, который он гидролизует. Эластин богат глицином и аланином, содержится в соединительной ткани. Эластаза обладает широким спектром действия, гидролизуя субстраты, не расщепляемые трипсином и химотрипсином.

Рис. 24.3. Активация протеиназ в кишечнике

В переваривании нативных белков и продуктов их гидролиза в тонком кишечнике активное участие принимают экзопептидазы. Карбоксипептидазы синтезируются в неактивном состоянии в поджелудочной железе и активируются трипсином в кишечнике. Карбокс и пептидаза А гидролизует пептидные связи С-концевых аминокислот, образованные преимущественно ароматическими аминокислотами (фенилаланин, тирозин, триптофан), а карбоксипеп- тидаза В — связи, в образовании которых участвуют С-концевые лизин и аргинин.

Аминопсптидазы вырабатываются в клетках слизистой оболочки кишечника (энтсроцитах) сразу в активной форме. Из кишечного сока выделены два типа аминопептидаз, различающиеся по субстратной специфичности — ала- нинаминопептидаза и лейцинаминопептидаза, первая из которых гидролизует пептидную связь, образованную W-концевым аланином, а вторая способна гидролизовать практически любую пептидную связь, образованную УУ-конце- вой аминокислотой.

Процесс переваривания пептидов, их расщепление до свободных аминокислот в тонком кишечнике завершают три- и дипептидазы.

При избыточном потреблении животных жиров и ряде патологий в нижних отделах кишечника возможно развитие гнилостных и бродильных процессов. При действии микрофлоры кишечника происходят превращения аминокислот, получившие название гниения белков в кишечнике. Так, в процессе глубокого распада серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина и метионина) в кишечнике образуются сероводород H2S и меркаптан CH3SH. Диаминокислоты, в частности орнитин и лизин, подвергаются процессу дс- карбоксилирования с образованием диаминов, иногда называемых трупными ядами, поскольку они образуются также при гнилостном разложении трупов. Из орнитина образуется путресцин, а из лизина — кадаверин:

Следует отметить, что сравнительно недавно в животных тканях был открыт фермент, катализирующий декарбоксилирование орнитина. Путресцин (продукт этой реакции) наряду с 5-аденозил гомоцистеином (продуктом декар- боксилирования 5-аденизилметионина) участвует в синтезе биологически важных полиаминов — спермина и спермидина:

Полиамины, в том числе и диамин иутресцин, содержатся практически во всех тканях и входят в основном в состав ядерного хроматина. Известно их участие в регуляции клеточного деления, однако молекулярные механизмы их действия остаются не до конца выясненными.

Из фенилаланина, тирозина и триптофана при бактериальном декарбок- силировании образуются соответствующие биогенные амины: фенилэтил- амин, /7-гидроксифенилэтиламин (или тирамин) и индолилэтиламин (трипт- амин); при постепенном разрушении боковых цепей циклических аминокислот, в частности тирозина и триптофана, образуются ядовитые продукты обмена: соответственно крезол и фенол, скатол и индол:

Индол и скатол обезвреживаются в печени, предварительно окисляясь соответственно в индоксил и скатоксил, выводятся из организма в виде парных соединений, вступая в реакцию конъюгации с З-фосфоаденозин-5-фосфо- сульфатом (ФАФС) или уридиндифосфатглюкуроновой кислотой (УДФГК).

В качестве примера приведена реакция детоксикации индола, которая заканчивается образованием животного индикана, выводимого с мочой:

Переваривание белков в жкт

Переваривание– процесс гидролиза веществ до их ассимилируемых форм.

Всасывание – процесс поступления веществ из просвета ЖКТ в кровеносное русло.

В пищевых продуктах содержатся в основном белки и пептиды, которые, как правило, не способны всасываться, ассимилируемых свободных аминокислот в пище очень мало.

Переваривание белков и пептидов в ЖКТ происходит под действием пищеварительных соков, содержащих ферменты протеазы, которые относятся к классу гидролаз.

Протеазыгидролизуют пептидных связей в белках и пептидах, их делят напротеиназы(эндопептидазы) ипептидазы(экзопептидазы).

Протеиназы(эндопептидазы) катализируют расщепление внутренних пептидных связей в белках и пептидах.

Пептидазы (экзопептидазы) отщепляют от молекул белков и пептидов по одной аминокислоте с карбоксильного или аминного конца. Соответственно различаюткарбоксипептидазыиаминопептидазы. Экзопептидазы функционируют в тонкой кишке.

Дипептидазыгидролизуют дипептиды.

В зависимости от особенностей строения активного центра протеазы подразделяют на сериновые, тиоловые (цистеиновые), кислые протеиназы и металлоферменты, содержащие в активном центре атом металла (чаще Zn). К металлоферментам относится большинство известных пептидаз.

Протеазы различают по субстратной специфичности, т. е. способности гидролизовать связи между определёнными аминокислотными остатками.

Переваривание белков начинается в желудке.

Переваривание белков в желудке

Желудок выполняет несколько функций: защитную (обезвреживание пищи: HCl, лизоцим), переваривание (механическая и химическая обработка пищи: HCl, ферменты), всасывание, эндокринную (образование гастрина и гистамина) и экскреторную (выделение мочевины, мочевой кислоты, аммиака, креатинина, солей тяжелых металлов, йода, лекарственных веществ).

Основная пищеварительная функция желуд­ка – переваривание белка. Для пищеварения слизистая оболочка желудкавыделяет сложный по составу сок, который представляет собой бесцветную, слегка опалесцирующую жидкость с величиной рН=1,5-2,0 (1,6-1,8) и относительной плотностью 1005. В сутки выделяется 2-2,5 литра сока. Основной компонент желудочного сока вода (99,5%) в которой растворены органические и неорганические вещества.

Состав желудочного сока

Неорганические вещества

Кол-во

Органические вещества

Кол-во

Свободная НС1

20 ммоль/л, 0,4-0,5%

20-40 ТЕ

Пепсины (8 видов)

0—21 мг%

Связанная НС1

20-30 ТЕ

Ренин (только у грудных детей)

Хлориды

155,1 ммоль/л

Гастриксин

Натрий

31,3-189,3 ммоль/л

Желатиназа

Калий

5,6-35,3 ммоль/л

Липаза

кальций

Муцин

магний

Лизоцим

Азот небелковый

14,3—34,3 ммоль/л

Органические кислоты

Азот мочевины и аммиака

4,99—9,99 ммоль/л

Азот аминокислот

47,6-118,9 мкмоль/л

Сульфаты

фосфаты

бикарбонаты

Желудочный сок синтезируется железами, находящимися в слизистой оболочке желудка. Различают три вида желез: кардиальные, фундальные (собственные железы желудка) и пиллорические (железы привратника). Железы состоят из главных, париетальных (обкладочных), добавочных клеток и мукоцитов.

Главные клетки вырабатывают пепсиногены (пепсин, гастриксин, реннин), обкладочные (париетальные) — соляную кислоту, добавочные и мукоциты — мукоидный секрет. Фундальные железы содержат все три типа клеток.

Кислотность желудочного сока

Кислотность желудочного сока связана с наличием в нем различных неорганических (HCl, кислые фосфаты) и органических (оксо-, окси-, амино-, нуклеиновые, жирные кислоты и т.д.) кислот. В связи с этим выделяют понятие общая кислотность желудочного сока.Основная причина кислотности желудочного сока связана с наличием в нем соляной кислоты. Соляная кислота в желудочном соке находится в свободном и в связанном (с белками и продуктами их переваривания) состоянии.

Механизм образования соляной кислоты

Согласно карбоангидразной теории, источником Н+ для HCl является Н2СО3, которая об­разуется в обкладочных клетках желудка из СО2 и Н2О под действи­ем карбоангидразы: Н2О + СО2 → Н2СО3

Н2СО3 диссоциирует на бикарбонат, который выделяется в плазму крови в обмен на С1-, и Н+, который активно переносится Н+/К+-АТФ-азой в просвет желуд­ка в обмен на К+.

При этом в просвете желудка кон­центрация Н+ увели­чивается в 106 раз, концентрация НС1 достигает 0,16 М, а значения рН снижается до 1,0-2,0. При максимальной активности обкладочные клетки могут продуцировать до 23 ммоль HCl в час. Синтез HCl — аэробный процесс, требующий большого количества АТФ, поэтому при гипоксии он снижается.

Вода выходит из клеток в просвет желудка по осмотическому градиенту

Функции НС1:

  • Вызывает денатурацию и набухание белков пищи, что увеличивает доступность их пептид­ных связей для действия протеаз;

  • Обладает бактери­цидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник;

  • Регуляция активности протеолитических ферментов (активирует пепсиноген и со­здаёт оптимум рН для протеолитических ферментов);

  • Стимулирует работу кишечника и поджелудочной железы.

Ферменты желудка

Пепсиноген неактивный фермент, синтезируется в главных клетках, состоит из одной поли­пептидной цепи с молекулярной массой 40 кД.

В просвете желудка под действием НС1 от N-конца пепсиногена отщепляется пептид в 42 аминокислотных остатка, который содержит почти все положительно заряженные аминокислоты, име­ющиеся в пепсиногене. При этом пепсиноген превращается в актив­ный пепсин, он состоит преимущественно из от­рицательно заряженных аминокислот, которые участвуют в формировании активного центра. Образовавшиеся под действием НС1 активные молекулы пепсина быстро активируют осталь­ные молекулы пепсиногена аутокатализом.

Пепсин- белок,с молекулярной массой 34,5 кДа, 340АК, 3 дисульфидных мостика и фосфорная кислота. Пепсин – эндопептидаза с оп­тимумом рН=1,9.

. Пепсин гидролизует внутренниепептидные связи в белке (кроме кератинов и других склеропротеинов) с образованием коротких пептидов и АК: хорошо — между ароматическими аминокислотами (фенилаланин, триптофан, ти­розин) и хуже — между лейцином и дикарбоновыми аминокислотами.Естественным ингибитором пепсина является пепстатин.

Всего известно до 12 изоформ пепсина, которые различаются молекулярным весом, электрофоретической подвижностью, оптимумами рН протеолитической активности, при разном рН с неодинаковой скоростью гидролизуют разные белки, условиями инактивации.

Реннин (химозин, сычужный фермент) – эндопептидаза,с оп­тимумом рН=3-4. В составе преобладают кислые аминокислоты, вырабатывается главными клетками в виде прореннина (прохимозина). Активируется при рН<5, в присутствии кальция отщеплением пептида в 42 АК. Реннин вызывает створаживание молока в присутствии ионов кальция. Есть только у детей грудного возраста. Основной белок моло­ка — казеин, представляющий смесь несколь­ких белков, различающихся по аминокислот­ному составу и электрофоретической подвиж­ности. Реннин катализирует отщепление от казеина гликопептида, в результате чего обра­зуется параказеин. Параказеин присоединяет ионы Са2+, образуя нерастворимый сгусток, чем предотвращает быстрый выход молока из же­лудка. Параказеин медленно расщепляется под дей­ствием пепсина. В желудке взрослых людей реннина нет, молоко у них створаживается под действием НС1 и пепсина.

Муцин – мукопротеид образующийслизь. Существует в 2 формах: нерастворимая фракция — покрывает поверхность слизистой оболочки и изолирует эпителий от пищеварительного процесса (механическая и химическая защита); растворимая фракция — образует коллоидную систему, в которой растворены компоненты желудочного сока. Обладает буферными свойствами, способна нейтрализовать кислотность или щелочность.

Внутренний фактор Касла (гастромукопротеид) — комплексное соединение, состоящее из пептидов, отщепляющихся от пепсиногена при его превращении в пепсин, и мукоидов — секрета, выделяемого клетками слизистой оболочки желудка (мукоцитами).

Мукоидная часть комплекса защищает его от гидролиза пищеварительными ферментами и утилизации бактериями кишечника; белковая часть определяет его физиологическую активность. Основная роль внутреннего фактора Касла заключается в образовании с витамином В12 лабильного комплекса, который всасывается эпителиальными клетками подвздошной кишки.

Всасывание усиливается в присутствии ионов кальция, бикарбонатов и ферментов поджелудочной железы. В плазме крови витамин В12 связывается с белками плазмы, образуя белково-В12-витаминный комплекс, который депонируется в печени.

Лизоцим- белок, обеспечивающий бактерицидные свойства желудочного сока.

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕВАРИВАНИЯ БЕЛКОВ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ

Белки кормов животного и растительного происхождения в желудочно-кишечном тракте животного должны быть гидролизованы до стадии получения свободных аминокислот или (в отдельных случаях) до мелких пептидов. Протеолитические ферменты секретируются железами слизистой (желудок, тонкий кишечник) и поджелудочной железой.

В ротовой полости отсутствуют ферменты, способные гидролизовать белки кормов. Из ротовой полости кормовые массы поступают в желудок (у жвачных в сычуг), в котором они пропитываются желудочным соком. У крупного рогатого скота в течение суток выделяется до 30 л, у лошадей — до 20 л, у собак — до 3 л желудочного сока. Желудочный сок содержит 99,5% воды и 0,5% составляет плотный остаток, включающий такие ферменты, как пепсин, ренин, гастрин, различные простые белки, минеральные вещества и их соли.

Обкладочные клетки желудочных желез слизистой оболочки желудка из хлоридов натрия и угольной кислоты синтезируют соляную кислоту, а поэтому pH желудочного сока в норме составляет 1,5-2,5% и является оптимальной для активности пепсина, основного протеолитического фермента желудочного сока.

Пепсин вырабатывается слизистой желудка в неактивной форме в виде пепсиногена. Под влиянием НС1 от пепсиногена (м. м. порядка 42 тыс.) отщепляется часть молекулы, которая служит ингибитором фермента, после чего открываются активные центры и молекула становится активной (м. м. около 35 тыс.). Дополнительно соляная кислота разрушает микроорганизмы, поступающие в желудок с кормами. Под влиянием пепсина из белков кормов образуются пептиды, содержащие в среднем 5-10 аминокислот.

Пепсин (от греч. pepto — варю) — эндопептидаза, относится к классу гидролаз, активно проявляет свое каталитическое действие на уровне внутренних пептидных связей (-CO-NH-) ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин) полипеп- тидной цепи, приводя таким образом к получению полипептидов. Под влиянием пепсина легко гидролизуются белки животного происхождения. Каталитическая активность пепсина высокая: 1 г кристаллического пепсина способен гидролизовать за 1 ч до 25 кг денатурированного яичного белка.

В желудочном соке новорожденных телят есть сычужный фермент ренин (химозин), м. м. = 30 тыс., створаживающий в менее кислой среде в присутствии солей кальция казеиноген молока в казеиноген кальция, который нерастворим и выпадает в осадок в виде творога.

У взрослых жвачных животных ренин отсутствует, поскольку по своей специфичности действия он аналогичен пепсину, но имеет pH-оптимум только в области 5,0-5,3, что соответствует pH желудочного сока у новорожденных. У взрослых особей молоко створаживается под влиянием пепсина и HCI. Кислотность желудочного сока поддерживается белком гастри- ном — «пищеварительным гормоном» слизистой желудка. Это стимулятор продукции желудочного сока.

Биохимические процессы переваривания белков у жвачных животных имеют важные особенности. Желудок у них многокамерный и включает рубец, сетку, книжку и сычуг. Сычуг по своим функциям является железистым желудком, где вырабатывается сок, содержащий HCI, пепсин, куда поступает около трети белков корма. В преджелудках большая часть белков корма подвергается воздействию ферментов бактерий, инфузорий и грибов, обладающих протеолитической активностью, с образованием свободных аминокислот, часть из которых используется на синтез белков микробных клеток, тогда как другая их часть распадается с освобождением аммиака. Аммиак может служить субстратом для синтеза аминокислот в преджелудках животного или поступать в печень для синтеза мочевины.

Мочевина может также поступать в рубец с кормом, со слюной, из крови через стенку рубца. Под влиянием фермента уре- азы бактерий мочевина гидролизуется с образованием NH3, С02 и воды:

При распаде в рубце мочевина служит источником для синтеза как заменимых, так и незаменимых аминокислот микрофлоры, заменяя таким образом определенный процент аминокислот кормов и повышая содержание бактериального белка. С учетом этого в корма жвачных животных добавляют небольшие количества мочевины. В рубце коровы синтезируется до 700 г бактериального белка в сутки. Таким образом, в сычуге жвачных расщепляются как белки кормов, так и белки микрофлоры.

Основные процессы переваривания белков кормов происходят в тонком кишечнике, где завершается окончательный гидролиз белков. В них участвуют ферменты поджелудочной железы и слизистой тонкого кишечника. При этом соляная кислота нейтрализуется гидрокарбонатом поджелудочной железы:

В тонком кишечнике гидролиз белков происходит как в полости кишок, так и на поверхности слизистой оболочки (пристеночное пищеварение).

Сок поджелудочной железы богат проферментами экзо- и эндопептидаз, которые активируются лишь при их поступлении в просвет кишечника. Поджелудочная железа продуцирует такие протеолитические ферменты, как трипсин, химотрип- син, карбоксипептидазы, эластаза, коллагеназа. Все эти ферменты имеют в активном центре аминокислоту серин, поэтому их часто называют сериновыми протеазами.

Трипсин (м. м. = 26 тыс.) — эндопептидаза поджелудочной железы, вырабатывается в виде трипсиногена. Под влиянием энтеропептидазы (старое название энтерокиназа) 12-перстной кишки трипсиноген превращается в трипсин, активный при pH 8,0. Трипсин расщепляет в молекулах белков примерно 30% пептидных связей, образованных основными аминокислотами — лизином и аргинином. Более чувствительными к трипсину являются денатурированные белки по сравнению с нативными. В случае острого панкреатита в сыворотке крови появляется трипсин, что служит важным диагностическим тестом при патологии поджелудочной железы. Трипсин выполняет главенствующую роль среди ферментов поджелудочной железы. Сок поджелудочной железы в норме содержит низкомолекулярный пептид, который выступает как ингибитор трипсина и нейтрализует трипсин, образующийся преждевременно внутри клеток поджелудочной железы.

Химотрипсин (м. м. = 25 тыс.) — эндопептидаза поджелудочной железы, также вырабатывается в форме неактивного предшественника — химотрипсиногена. Под влиянием трипсина химотрипсиноген превращается в активный химотрипсин, который гидролизует около 50% пептидных связей остатков ароматических и гидрофобных аминокислот. Так, химотрипсин гидролизует связи типа тирозил -CO-NH-, хотя тирозин может быть замещен другими аминокислотами, такими как фенилаланин, триптофан, лейцин. Следовательно, химотрипсин имеет достаточно широкую субстратную специфичность при pH оптимуме порядка 8,0.

Химотрипсин — это одна полипептидная цепь, содержащая 245 аминокислотных остатков. В настоящее время последовательность аминокислот в молекулах химотрипсинов различного типа и их активных центров хорошо изучена.

Эластаза (м. м. = 25 тыс.) — эндопептидаза поджелудочной железы, вырабатывается в форме проэластазы. В тонком кишечнике проэластаза под действием трипсина превращается в эластазу. Эластаза — фермент, активный в отношении белков соединительной ткани типа эластина. Эластаза имеет широкую специфичность и активнее гидролизует пептидные связи, образованные аминокислотами с небольшими гидрофобными радикалами, такими как глицин, аланин, серин. По структуре эластаза является близким аналогом а-химотрипсина, включает также 245 аминокислотных остатков и содержит в активном центре серин-195 и гистидин-57.

Коллагеназа вырабатывается клетками поджелудочной железы и гидролизует пептидные связи коллагена костной и хрящевой ткани. Коллагеназа по строению и свойствам также является близким аналогом эластазы и а-химотрипсина.

Карбоксипептидазы-А и В — экзопептидазы поджелудочной железы вырабатываются в неактивной форме — в форме прокарбоксипептидаз (м. м. = 90 тыс.). Под влиянием трипсина они переходят в активную форму. Карбоксипептидазы разрывают пептидные связи белковых молекул со стороны свободной (концевой) карбоксильной группы, причем радикалом для этого концевого аминокислотного остатка должна служить объемная ароматическая или алифатическая группа. Так, максимальная активность карбоксипептидазы-А наблюдается, если радикал концевого аминокислотного остатка представлен фенилаланином или другими ароматическими аминокислотами. В структуре молекулы карбоксипептидазы есть атом цинка. Карбоксипептидаза-А содержит 305 аминокислотных остатков и включает в активном центре Glu-270, Tyr-248, Glu-72, His- 69, Arg-145. Карбоксипептидаза-В активна, если пептиды оканчиваются лизином или аргинином.

Аминопептидазы тонкого кишечника расщепляют пептидные связи полипептидных цепей со стороны свободных (концевых) аминогрупп. Эти ферменты активнее действуют на белки и пептиды, в которых радикалы концевого аминокислотного остатка представлены аланином или лейцином. Процесс переваривания белков кормов завершают трипептидазы и дипептидазы, действие которых приводит к получению свободных аминокислот из трипептидов и дипептидов соответственно. Поверхность эпителиальных клеток тонкого кишечника богато представлена аминопептидазами и различными три- и дипептидазами.

Таким образом, совместное действие различных пептидаз поджелудочной железы, желудка и тонкого кишечника приводит к образованию как свободных аминокислот, так и мелких пептидов. Отдельные белки, такие как кератины (белки волос, рогов, копыт, перьев), устойчивы к действию протеолитических ферментов. Это связано со спецификой их структуры, где присутствует большое число дисульфидных связей.

Полученные в результате переваривания белков свободные природные L-изомеры аминокислот и, возможно, мелкие пептиды быстро всасываются различными транспортными системами в стенку тонкого кишечника при участии ионов натрия, витамина В6. Вероятно, это активный энергозависимый процесс с передвижением аминокислот против градиента концентрации. При этом важна всасывающая способность ворсинок кишечника, обеспечивающая транспорт аминокислот через мембраны клеток кишечника и поступление их через воротную систему печени непосредственно в печень.

Аминокислоты не обладают антигенными свойствами и не вызывают иммунных реакций. Однако чужеродные белковые молекулы при поступлении в кровь вызывают реакции образования антител. Тонкий кишечник новорожденных животных способен абсорбировать нативные белки кормов (пиноцитоз). Процесс пи- ноцитоза является важным также для абсорбции материнских антител (у-глобулинов). В результате обеспечивается формирование в организме новорожденного, например теленка, молозивно- го (колострального) иммунитета. Это особенно важно, учитывая, что собственный синтез иммуноглобулинов у новорожденных еще не активен, он формируется лишь к 2-3-месячному возрасту.

Отметим, что у приматов и грызунов плод получает антитела организма матери через плаценту. У домашних животных отсутствует плацентарный перенос антител.

Переваривание белков начинается в желудке

Расщепление белков до аминокислот начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперстной кишке и заканчивается в тонком кишечнике. В некоторых случаях распад белков и превращения аминокислот могут происходить также в толстом кишечнике под влиянием микрофлоры.

Протеолитические ферменты подразделяют по особенности их действия на экзопептидазы, отщепляющие концевые аминокислоты, и эндопептидазы, действующие на внутренние пептидные связи.

В желудке пища подвергается воздействию желудочного сока, включающего соляную кислоту и ферменты. К ферментам желудка относятся две группы протеаз с разным оптимумом рН, которые упрощенно называют пепсин и гастриксин. У грудных детей основным ферментом является реннин.

Регуляция желудочного пищеварения

Регуляция осуществляется нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными механизмами. К гуморальным регуляторам желудочной секреции относятся гастрин и гистамин.

Гастрин секретируется специфичными G-клетками пилорического отдела:

  • в ответ на раздражение механорецепторов,
  • в ответ на раздражение хеморецепторов (продукты первичного гидролиза белков),
  • под влиянием n.vagus.

Далее гастрин через системный кровоток достигает и стимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, в большей мере соляной кислоты. Также он обеспечивает секрецию гистамина, влияя на ECL-клетки (enterochromaffin-like cells, англ. энтерохромаффиноподобные клетки).

Гистамин, образующийся в энтерохромаффиноподобных клетках слизистой оболочки желудка (фундальные железы), выходит в кровоток, взаимодействует с Н2-рецепторами на обкладочных клетках и увеличивает в них синтез и секрецию соляной кислоты.

Закисление желудочного содержимого (pH 1,0) по механизму обратной отрицательной связи подавляет активность G-клеток, снижает секрецию гастрина и желудочного сока.

Соляная кислота

Одним из важнейших компонентов желудочного сока является соляная кислота. В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клетки желудка, секретирующие ионы Н+. Источником ионов Н+ является угольная кислота, образуемая ферментом карбоангидразой. При ее диссоциациии , кроме ионов водорода, образуются карбонат-ионы НСО3–. Они по градиенту концентрации движутся в кровь в обмен на ионы Сl–. В полость желудка ионы Н+ попадают энергозависимым антипортом с ионами К+ (Н+,К+-АТФаза), хлорид-ионы перекачиваются в просвет желудка также с затратой энергии.

Н+,К+-АТФаза (протонная помпа) является мишенью действия лекарственных препаратов «ингибиторов протонной помпы» – омепразол, пантопразол и др., используемых для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, связанных с повышенной кислотностью (гастриты, язвы желудка и 12-перстной кишки, дуоденит).

При нарушении нормальной секреции HCl возникают гипоацидный или гиперацидный гастрит, отличающиеся друг от друга по клиническим проявлениям, последствиям и требуемой схеме лечения.

Синтез соляной кислоты
Функции соляной кислоты
  1. Денатурация белков пищи.
  2. Бактерицидное действие.
  3. Высвобождение железа из комплекса с белками и перевод в двухвалентную форму, что необходимо для его всасывания. Аналогично высвобождаются и другие металлы.
  4. Высвобождение различных органических молекул, прочно связанных с белковой частью (гем, коферменты — тиаминдифосфат, ФАД, ФМН, пиридоксальфосфат, кобаламин, биотин), что позволяет витаминам впоследствии всасываться.
  5. Превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин.
  6. Снижение рН желудочного содержимого до 1,5-2,5 и создание оптимума рН для работы пепсина.
  7. После перехода в 12-перстную кишку – стимуляция секреции кишечных гормонов и, следовательно, выделения панкреатического сока и желчи.

Кислая реакция желудочного сока обусловлена, главным образом, присутствием HCl, гораздо в меньшей степени иона H2PO4-, при патологиях (гипо- и анацидное состояние, онкология) свой вклад может вносить молочная кислота.

Совокупность всех веществ желудочного сока, способных быть донорами протонов, составляет общую кислотность. Соляную кислоту, находящуюся в комплексе с белками, мукополисахаридами слизистой оболочки и продуктами переваривания, называют связанной соляной кислотой, оставшуюся часть — свободной соляной кислотой. Содержание свободной HCl подвержено изменениям, в то же время количество связанной HCl относительно постоянно.

Влияние гастрина и гистамина на обкладочные клетки сводится к усилению работы Н+,К+-АТФазы. Действие гастрина заключается в активации кальций-фосфолипидного механизма передачи сигнала, гистамин действует по аденилатциклазному механизму.

Изменение кислотности в желудке

Гипоацидное состояние развивается при снижении активности и/или количества обкладочных клеток, синтезирующих HCl. В результате могут развиваться самые разнообразные последствия, прямо или косвенно связанные с невыполнением соляной кислотой ее функций:

  • снижение переваривания белков как в желудке, так и в кишечнике,
  • активация процессов брожения в желудке, запах изо рта,
  • активация процесса гниения белков в толстой кишке, бурление в кишечнике и метеоризм,
  • проникновение недопереваренных продуктов в кровь и, как следствие, аллергические реакции,
  • уменьшение высвобождения от белков и возникновение дефицита минеральных веществ (железо, медь, магний, цинк, йод и др),
  • снижение высвобождения от белков и всасывания ряда водорастворимых витаминов – развитие гиповитаминозов (B1, B2, B6, B12, H),
  • снижение синтеза обкладочными клетками внутреннего фактора Касла и снижение всасывания витамина B12,
  • снижение секреции кишечных гормонов и, как следствие, уменьшение выделения желчи и панкреатического сока,
  • нарушение переваривания и всасывания липидов и, как следствие, развитие гиповитаминозов по жирорастворимым витаминам.

Гиперацидное состояние развивается при повышенной активности обкладочных клеток. Может приводить к клиническим проявлениям в виде воспаления стенки желудка, эрозии и язвенной болезни желудка и двенадцатипеперстной кишки.

Пепсин

Пепсин является эндопептидазой, то есть он расщепляет внутренние пептидные связи в молекулах белков и пептидов. Синтезируется в главных клетках желудка в виде неактивного профермента пепсиногена, в котором активный центр «прикрыт» N-концевым фрагментом. При наличии соляной кислоты конформация пепсиногена изменяется таким образом, что «раскрывается» активный центр фермента, который отщепляет остаточный пептид (N-концевой фрагмент), т.е. происходит аутокатализ. В результате образуется активный пепсин, активирующий и другие молекулы пепсиногена.

Превращение пепсиногена в пепсин

Пепсин обладает невысокой специфичностью, в основном он гидролизует пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот (тирозина, фенилаланина, триптофана), меньше и медленнее – аминогруппами и карбоксигруппами лейцина, глутаминовой кислоты и т.д. Оптимум рН для работы пепсина 1,5-2,0.

Связи, расщепляемые пепсином

Гастриксин

Гастриксин по своим функциям близок к пепсину, его количество в желудочном соке составляет 20-50% от количества пепсина. Синтезируется главными клетками желудка в виде прогастриксина (профермент) и активируется соляной кислотой. Оптимум рН гастриксина соответствует 3,2-3,5 и значение этот фермент имеет при питании молочно-растительной пищей, слабее стимулирующей выделение соляной кислоты и одновременно нейтрализующей ее в просвете желудка. Гастриксин является эндопептидазой и гидролизует связи, образованные карбоксильными группами дикарбоновых аминокислот.

В течение суток синтезируется около 2 г пепсина. Объем работы пепсина составляет примерно 10% от всех пептидных связей белков, попадающих в желудок.

Наличие в желудке двух протеаз, действующих при различных pH, позволяет организму пепсином переваривать белки мясной пищи, стимулирующей секрецию HCL, а гастриксином – белки растительно-молочной пищи.

Особенности переваривания углеводов у жвачных животных

У человека и млекопитающих животных не синтезируются ферменты, гидролизующие целлюлозу. Между тем растительный корм жвачных состоит из сложной смеси гомополисахарида целлюлозы (клетчатки), пентозанов и гексозанов. Пищеварительный тракт жвачных животных приспособлен для симбиотического переваривания целлюлозы; их желудок состоит из четырех отделов: рубец, сетка, книжка и сычуг. Рубец — самый большой из отделов желудка жвачных (ПО-150л). Рубец вмещает до 90 кг корма (около 20 % массы тела). В 1 г содержимого рубца находится до Ю10 микроорганизмов. Микрофлора рубца представлена разнообразными микроорганизмами: целлюлотические, молочнокислые бактерии, стрептококки, клостридии и др., простейшие (около 100 видов инфузорий), а также низшие грибы (актиномицеты, плесени и др.). Количество бактерий и простейших зависит от состава кормов. Бактерии и простейшие рубца продуцируют ферменты, расщепляющие полисахариды кормов. Крахмал кормов гидролизуется ферментами стрептококков, инфузорий.

Синтезируемые Bact.cellulasae ферменты целлюлаза (3.2.1.4) и целлобиаза (3.2.1.21) расщепляют клетчатку до глюкозы:

Под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами рубца, глюкоза подвергается различным видам брожения с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК): пропионовой, уксусной, масляной, а также молочной и пировиноградной кислот и газов (в норме метана 20-28 %, С02 60-70%, N02h 02). За сутки в рубце КРС образуется 3000-7000 г, овцы 200-500 г ЛЖК. Основная масса жирных кислот всасывается в кровь в преджелудках и других отделах пищеварительного тракта.

Часть из них используется микроорганизмами для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, липидов и других веществ (рис. 3.5). Перевариваясь в нижележащих участках пищеварительного тракта, микроорганизмы обеспечивают организм-хозяин биологически важными соединениями, например, витаминами. За счет всосавшихся в преджелудках жирных кислот организм КРС может на 50-70 % удовлетворять свои энергетические потребности. При высоком содержании в рационе крахмала и моносахаридов бактериальное разложение клетчатки ухудшается, т.к. микроорганизмы начинают усваивать более доступный материал (крахмал). При поедании растительных кормов, хорошо подвергающихся бродильным процессам, из-за образования большого количества углекислого газа и метана в рубце наблюдается острая тимпания, что может привести к гибели животного.

Симбиотическое переваривание целлюлозы характерно также для нежвачных травоядных животных. Расщепление клетчатки у лошадей происходит под действием бактериальных ферментов в толстом отделе кишечника и в слепой кишке. У птиц семейства куриных для гидролиза и сбраживания целлюлозы имеются две слепые кишки.

У человека лишь небольшая часть целлюлозы может гидролизоваться под действием ферментов кишечной микрофлоры. Однако клетчатка в пище человека не бесполезна. Вместе с другими неусваи- ваемыми углеводами (пектинами, гемицеллюлозами) и соединениями полифенольной природы — лигнинами, она составляет так называемые пищевые волокна, чрезвычайно важные для пищеварения. Функции пищевых волокон — стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, нормализуют состав микрофлоры кишечника, подавляют гнилостные процессы, способствуют выведению из организма токсичных веществ и др.

Целлюлоза и гемицеллюлозы стимулируют перистальтику, а пектины способствуют выведению из организма токсичных веществ. Кроме того, пищевые волокна играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов и др. Для человека суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.

Рисунок 3.5 — Пути использования продуктов микробной ферментации преджелудков жвачных

Таким образом, существует принципиальное различие между пищеварением моногастричных и жвачных (травоядных) животных. Если для первых клетчатка (основной компонент растительного корма) является неусваиваемым полисахаридом, жвачные за счет рубцового переваривания относительно легко утилизируют клетчатку. Это позволяет им удовлетворять свои пищевые потребности за счет сена, соломы, листьев и т.п.

5 Модуль. Обмен белков Биологическая ценность белков в питании. Переваривание белков. Гниение белков

Основные функции белков: структурная, сократительная, транспортная, гормональная, каталитическая, иммунная, рецепторная, гемостатическая и др.

Некоторые особенности обмена белков:

— ежедневно в организме взрослого человека распадается до аминокислот 200-400г функционально разных белков;

— период полураспада белков длится: одних несколько секунд и минут, других — часы, дни, недели или даже месяцы;

— в организме человека не могут синтезироваться 8 из 20 протеиногенных аминокислот;

— единственным источником 8 незаменимых аминокислот и азота являются белки пищи;

— в организме животных нет депо аминокислот и белков, они могут лишь перераспределяться между отдельными тканями; для сохранения в организме азотистого баланса белки в составе пищи должны поступать регулярно;

— физиологический минимум белков в пище 30-40 г/сут., при условии оптимального поступления углеводов и липидов, при минимальной физической нагрузке;

— конечными продуктами обмена белков являются высокотоксичные аммиак и мочевина.

Азотистый баланс.

Аминокислоты и белки содержат около 95% азота всего организма, конечные продукты распада белков – азотсодержащие соединения. Поэтому о состоянии белкового обмена можно судить по азотистому балансу. Азотистый баланс – разница между количеством азота поступающим с пищей, и количеством азота, выделяемого почками.

Виды азотистого баланса. Азотистое равновесие (баланс азота, катаболизируемых и анаболизируемых белков и других азотсодержащих молекул) – характерно для здорового взрослого человека. Положительный азотистый баланс – азота поступает больше, чем выводится (дети, беременные). Отрицательный азотистый баланс – выделение азота преобладает над его поступлением (наблюдается при старении, голодании, во время тяжелых заболеваний, а также при безбелковой диете).

Норма белка в питании.

Взрослый человек при средней физической нагрузке должен получать 100-120 г полноценного белка в сутки. Биологическая ценность белка определяется его аминокислотным составом (высокое содержание незаменимых аминокислот в оптимальном соотношении) и высокой степенью усвоения. Физиологическая норма белка зависит от возраста, физической активности, условий окружающей среды, беременности, лактации, болезней и др. факторов, влияющих на потребность организма в белке. Безбелковое питание (особенно продолжительное) вызывает серьезные нарушения обмена и неизбежно заканчивается гибелью организма. Исключение из рациона даже одной незаменимой аминокислоты, ведет к неполному усвоению других аминокислот и сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нарушением функций нервной системы.

Переваривание белков.

При переваривании белков происходит гидролиз белков до свободных аминокислот. Переваривание начинается в желудке, а продолжается в тонкой кишке под действием ферментов протеиназ (пептидгидролаз). Ферменты обладают субстратной специфичностью, т.е. расщепляют пептидные связи образованные определёнными аминокислотами. Протеиназы, гидролизующие пептидные связи внутри белковой молекулы относятся к эндопептидазам, ферменты гидролизующие пептидную связь, образованную концевыми аминокислотами, относятся к экзопептидазам. Желудочные и панкреатичесие пептидазы вырабатываются в форме проферментов (неактивная форма), секретируются к месту действия и активируются путём частичного протеолиза (отщепление участка пептидной цепи сNконца молекулы профермента). Место синтеза профермента (слизистая оболочка желудка, поджелудочная железа) и место их активации (полость желудка, тонкой кошки) пространственно разделены. Такой механизм образования активных ферментов необходим для защиты секреторных клеток желудка и поджелудочной железы от самопереваривания.

Переваривание белков в желудке.

Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нем начинается переваривание белка. Белки, поступающие в желудок стимулируют выделение гистамина и белкового гормона гастрина, который в свою очередь вызывает секрецию НClи профермента пепсиногена. НClвырабатывается обкладочными клетками желудка и выполняет следующие функции: оказывает бактерицидное действие; денатурирует белки пищи; создает оптимум рН для пепсина (1,5-2,0); активирует пепсиноген путем частичного протеолиза; способствует всасыванию железа. Пепсин – эндопепсидаза, поэтому в результате его действия в желудке образуются более короткие пептиды, но не свободные аминокислоты.

Переваривание белков в кишечнике.

Желудочное содержимое (химус) поступает в двенадцатиперстную кишку. Низкое значение рН химуса вызывает в кишечнике выделение белкового гормона секретина, который стимулирует выделение из поджелудочной железы в тонкий кишечник панкреатического сока, содержащего НСО3-. В результате рН возрастает до 7,5-8,0. Секреция другого белкового гормона холецистокинина стимулирует выделение панкреатических проферментов. Активация панкреатических проферментов происходит в кишечнике. Кишечные пептидазы секретируются в энтероцитах сразу в активной форме. Под действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника завершается переваривание белков.

Биологический смысл переваривания белков заключается в потере ими видовой специфичности и образовании свободных аминокислот, поступающих в клетки слизистой оболочки кишечника путем активного транспорта за счет градиента концентрации натрия (симпорт), в результате фильтрации, диффузии и с помощью специфических транспортных систем. Максимальная концентрация аминокислот в крови достигается через 30-50 минут после приёма белковой пищи.

Превращение негидролизованных олигопептидов и невсосавшихся отдельных аминокислот в кишечнике («гниение»).

В процессе гниения, происходящего под действием ферментов микрофлоры кишечника, образуются ядовитые продукты распада аминокислот: фенол, индол, крезол, скатол, сероводород, путресцин, кадаверин. После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где они подвергаются обезвреживанию путем связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных парных кислот (фенолсерная кислота, скатолсерная кислота), которые выделяются с мочой.

В печени содержатся специфические ферменты, участвующие в обезвреживании токсичных продуктов гниения. Фермент арилсульфотрансфераза катализирует перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы фосфоаденозинфосфосульфата (ФАФС) на токсичный метаболит. Ферментглюкуронилтрансферазапереносит на токсичный метаболит остатки глюкуроновой кислоты из ее связанной формы – уридилдифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК). Таким образом, в печени обезвреживаются токсические вещества, образующиеся в результате катаболизма, поступающие в организм извне (ксенобиотики) или образующиеся в кишечнике в результате гниения.

Переваривание белков в пищеварительном тракте.

Образование ядовитых продуктов распада белков и их обезвре-

живание.

Катаболизм белков и аминокислот в тканях.

Процессы обезвреживания аммиака.

Биологическое значение белкового обмена

Белковый обмен занимает основное место среди разнообразных превращений, свойственных живой материи. В течение всей жизни в организме происходят одновременно разрушение и биосинтез клеток и тканей. Эти противоположные, но тесно связанные между собой процессы ассимиляция и диссимиляция- составляют основу жизни. Следовательно, в организм должны постоянно поступать вещества, необходимые для построения новых клеток. Главная роль в этом принадлежит белкам.

Одним из методов, характеризующим состояние белкового обмена в организме, может быть определение баланса азота. У здорового человека при нормальном питании отмечается состояние белкового равновесия, когда поступление азота компенсирует его расходы. При отрицательном азотистом балансе количество выводимого азота превышает количество поступающего. Такое состояние может наблюдаться при нарушении деятельности пищеварительной системы, белковом голодании и т.п.

Положительный азотистый баланс бывает в тех случаях, когда количество выводимого азота меньше поступающего. Это характерно для растущего организма, беременности, при повышении активности процессов биосинтеза белка (например при физических нагрузках).

Для нормальной жизнедеятельности необходимо такое количества полноценного белка, которое будет покрывать все потребности организма. Суточная потребность в белке зависит от пола, возраста, интенсивности труда и т.д. С учетом этих факторов разработаны нормы белкового питания. Недостаточное потребление белков приводит к нарушению процессов жизнедеятельности, ухудшению здоровья, а продолжительное белковое голодание неизбежно заканчивается гибелью.

Белки, необходимые для организма как пластический материал, из которого строятся клетки всех органов, тканей и систем, поступают с пищей. Однако пищевые белки не могут быть использованы без предварительного расщепления в организме, так как они обладают сложной структурой и видовой специфичностью.

Расщепление (гидролиз) белков на аминокислоты, которые лишены видовой и тканевой специфичности, происходит в желудочно-кишечном тракте.

5.2. Переваривание белков в пищеварительном тракте.

Биологическое значение процесса переваривания чрезвычайно велико. Под влиянием целого комплекса ферментов молекула белка расщепляется (преимущественно путем ферментативного гидролиза) на аминокислоты и низкомолекулярные пептиды, которые всасываются через мембраны клеток тонкой кишки,

В процессе расщепления молекул белков утрачиваются уникальные свойства, присущие данному белку, в том числе антигенные, инфекционные, что предохраняет организм от различных неблагоприятных воздействий чужеродных белков. Чужеродные белки могут изменять реактивность организма, например, ослабить иммунитет или повысить восприимчивость к инфекционным заболеваниям, а иногда даже привести организм к гибели.

В процессе переваривания тысячи различных белков пищевых продуктов растительного и животного происхождения превращаются (главным образом) в смесь из двадцати аминокислот, что способствует усвоению белков пищи и единству обмена веществ в организме.

Сложные белки (нуклеопротеиды, хромопротеиды) вначале расщепляются на простой белок и простетические группы (нуклеиновые кислоты и гем). Простетические группы в свою очередь распадаются под действием ферментов на еще более простые соединения, а простые белки расщепляются до аминокислот.

В желудке простые и сложные белки подвергаются физико-химиче-ским изменениям и ферментативным превращениям. Желудочный сок содержит соляную кислоту и протеолитические ферменты, расщепляющие белки. Общее количество сока, выделяемого за сутки, в среднем составляет около 2,5 л. Благодаря наличию соляной кислоты, вырабатываемой в обкладочных клетках слизистой оболочки, желудочный сок имеет кислую реакцию среды, что способствует перевариванию. Под влиянием соляной кислоты белки пищи денатурируются и быстрее расщепляются ферментами, чем в нативном виде. Кроме того, в сильно кислой среде они набухают, разрыхляются, вследствие чего увеличивается их поверхность, а следовательно, и площадь контакта с ферментами.

Это особенно относится к белкам кожи, сухожилий, соединительной ткани (коллагену, эластину, кератину) и другим трудно перевариваемым белкам, ферментативному расщеплению которых способствует соляная кислота. Соляная кислота также обладает бактерицидными свойствами, способствует эвакуации пищи из желудка и регулирует ферментативную функцию поджелудочной железы.

Переваривание белков в желудке продолжается 6—8 ч и более под влиянием кислых протеаз, объединяемых общим названием пепсины. Различают пепсин А, пепсин В и пепсин С, или гастриксин. Они проявляют максимальную каталитическую активность при различных значениях рН: пепсин—при рН =1,5—2,5 и гастриксин при рН = 3,5—4,5. В результате действий пепсина образуются полипептиды различной величины и отдельные свободные аминокислоты. Гастриксин вступает в действие на последних этапах переваривания пищи в желудке. При рН =5,0—6,0 пепсин практически не рас­щепляет белки. Пепсин и гастриксин вырабатываются главными клетками слизистой оболочки желудка в неактивной форме в виде проферментов, которые превращаются в активные формы при участии соляной кислоты.

В желудке грудных детей обнаружен сычужный фермент- химозин. Оптимум действия этого фермента соответствует рН 3,5-4,5. Под влиянием химозина в присутствии солей кальция казеиноген молока в ходе гидролиза преобоазуется в казеин, и молоко сворачивается.

Легче других в желудке перевариваются альбумины и глобулины животного и растительного происхождения; плохо расщепляются белки соединительтной ткани (коллаген и элластин) и совершеннно не расщепляется кератин и протамины.

Образовавшиеся в желудке полипептиды и нерасщепленные белки поступают в двенадцатиперстную кишку – начальный отдел тонкой кишки, а затем в ее нижележащие отделы. Здесь они подвергаются воздействию большой группы ферментов, вырабатываемых поджелудочной железой и слизистой оболочкой тонкой кишки.

Сок поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку и смешивается с кишечным соком.Эта смесь содержит протеолитические ферменты, расщепляющие белки до аминокислот. К нимотносятся трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, аминопептидазы и большая группа три и дипептидаз

Трипсин находится в соке поджелудочной железы в неактивной форме, в виде профермента трипсиногена. Его активация происходит под действием фермента кишечного сока энтерокиназы. Для процесса активирования необходимы ионы Са . Процесс превращения трипсиногена в трипсин осуществляется путем отщепления небольшого пептида с N-конца петидной цепи фермента.

Трипсин гидролизует как не расщепленные в желудке белки, так и высокомолекулярные пептиды. действуя главным образом на пептидные связи между аргинином и лизином. Оптимуму рН для трипсина составляет 7,0-8,0. Трипсин производит сравнительно неглубокий гидролиз белка, образуя полипептиды и небольшое количество свободных аминокислот.

Активность трипсина может быть снижена под влиянием ряда ингибиторов. К ним относятся основные пептиды, обнаруженные в поджелудочной железе, крови, легких, в бобах сои. Снижает активность трипсина и мукопротеин, содержащийся в сырых яйцах.

Химотрипсин – второй протеолитический фермент поджелудочной железы. Он также секретируется в неактивной форме, в виде химотрипсиногена. Под действием трипсина химотрипсиноген переходит в активный фермент – химотрипсин. Действие химотрипсина подобно действию трипсина. Оптимум рН для обоих ферментов приблизительно одинаков, химотрипсин действует на белки и полипетиды, которые содержат ароматические аминокислоты(тирозин, фенилаланин,триптофан), а также на пептидные связи, не подвергающиеся воздействию трипсина (метионин,лейцин).

Пептиды, образовавшиеся в результате действия на белки пепсина, трипсина и химотрипсина в ниже лежащих отделах тонкой кишки, подвергаются дальнейшему расщеплению. Данный процесс осуществляют карбоксипептидазы, аминопептидазы. Эти ферменты относятся к металлоферментам. Они активируются двухвалентными ионами Mg 2+, Mn2+, Co2+ , которые играют важную роль в формировании фермент-субстратного комплекса.

Механизм действия амино- и карбоксипептидаз заключается в отщеплении от пептидов концевых аминокислот,имеющих свободную аминную или карбоксильную группу. Оставшиеся нерасщепленными небольшие пептиды, состоящие из трех-четырех аминокислотных остатков, подвергаются гидролизу специфическими ди- и триаминопептидазами.

Таким образом, в результате последовательного действия на белки протеолитических ферментов в кишечнике образуются свободные аминокислоты, которые всасываются в кровь через стенку кишечника.

5.3. Образование в кишечнике ядовитых продуктов распада белков и их обезвреживание.

Аминокислоты, не всосавшиеся в кровь через тонкую кишку, подвергаютс воздействию микролорганизмовв толстом кишенике. При этом ферменты микроорганизмов расщепляют аминокислоты т превращают их в амины, жирные кислоты, спирты, фенолы и другие вещества, нередко ядовитые для организма. Этот процесс иногда называют гниением белков в кишечнике. В его основе лежит декарбоксилирование аминокислот, при этом из аминокислот появляются биологические амины. Так из аминокислоты орнитина образуется путресцин:

СН 2–СН 2–СН 2–СН –СООН → СН2-СН2-СН2-СН2 + СО2

N Н2 N Н2 N Н2 NН2

Орнитин Путресцин

Из лизина образуется кадаверин:

NН2-СН-СООН → NН2-(СН2)5-NН2 + СО2

(СН2)4 Кадаверин

NН2

Лизин

Путресцин и кадаверин выводятся из организма с фекальными массами. В тех случаях, когда эти соединения попадают в кровь, они выводятся с мочой в неизменном виде.

При гниении циклических аминокислот в толстой кишке образуются ядовитые вещества, которые после всасывания через кишечник в кровь могут оказывать сильное физиологическое действие на организм.

Из тирозина образуется п-крезол, а если процесс идет дальше, то и фенол:

НО- -СН2-СН-СООН ® НО- -СН3®НО-

NН2

Тирозин Крезол Фенол

Из триптофана образуется скатол и индол:

СН3

NН NН

Скатол Индол

При глубоком разрушении кишечными микроорганизмами серосодержащих аминокислот – цистина, цистеина и метионина – образуются сероводород (Н2S), меркаптан (СН3SН) и другие включающие серу соединения.

Продукты гниения белков всасываются в венозную кровь, затем попадают в печень, где и обезвреживаются при помощи серной или глюкуроновой кислоты.

Индол и скатол также обезвреживается в печени при участии серной и глюкуроновой кислот. Однако, они предварительно окисляются:скатол в скатоксил, индол в индоксил и в виде парных кислот выводятся из организма с мочой .

Некоторые ядовитые вещества, например бензойная кислдота обезвреживаются в печени с помощью глицина. При этом образуется гиппуровая кислота – безвредное соединение, которое выделяется с мочой.

-СООН + Н2N-СН2-СООН ® -СО-NН-СН2-СООН + Н2О

Бензойная кислота Глицин Гиппуровая кислота

Возможности печени в обезвреживании образовавшихся в толстой кишке и всосавшихся в кровь ядовитых веществ не безграничны. При снижении ее функциональной способности (например, в связи с перенесенными ранее заболеваниями) поступление значительного количества ядовитых веществ может оказаться чрезмерной нагрузкой, тогда часть необезвреженных ядовитых веществ разносится (большим кругом кровообращения) по всему организму, вызывая его отравление. Происходит преждевременное старение клеток и их гибель. При этом отмечается ухудшение самочувствия человека, его мучают головные боли.

Для предупреждения отрицательного воздействия ядовитых веществ на организм необходимо рационально планировать пищевой рацион. В него должны быть включены продукты, содержащие не только белки, но и жиры и углеводы. Полезны кисломолочные продукты, так как молочнокислые бактерии способствуют гибели гнилостных микроорганизмов толстой кишки. В рационе необходима пища, являющаяся источником пектиновых веществ и клетчатки, которые повышая двигательную активность кишечника, способствуют выведению шлаков (в том числе и ядовитых веществ) из организма.

5.4. Катаболизм белков и аминокислот в тканях.

Основная часть аминокислот, образующихся в кишечнике из белков, поступает в кровь (95% и небольшая часть в лимфу. По воротной вене аминокислоты попадают в печень, где расходуются для биосинтеза различных специфических белков (альбуминов, глобулинов, фибриногена и др.), остальные аминокислоты током крови разносятся ко всем органам и тканям, транспортируются внутрь клеток, где они используются для биосинтеза белков взамен подвергшихся разрушению. Неиспользованные аминокислоты окисляются до конечных продуктов обмена.

Процесс расщепления тканевых белков катализируется тканевыми ферментами – протеиназами, катепсинами.

Соотношение между аминокислотами в распадающихся и синтезируемых белках различно, поэтому часть свободных аминокислот должна быть преобразована в другие аминокислоты либо окислена до простых соединений и выведена из организма. Следовательно, в организме существует внутриклеточный запас аминокислот, который в значительной мере пополняется за счет процессов взаимопревращения аминокислот, гидролиз белков, синтеза аминокислот и поступления их из внеклеточной жидкости. В то же время благодаря синтезу белков и другим реакциям (образованию мочевины, пуринов и т.п.) постоянно происходит удаление свободных аминокислот из внеклеточной жидкости.

Пути обмена аминокислот

В основе различных путей обмена аминокислот лежит три типа реакций: по аминой и карбоксильной группам и по радикалу. Реакции по аминной группе включают процессы дезаминирования, переаминирования, по карбоксильной группе – декарбоксилирования., реакции по радикалу разнообразны и определяются характером радикала.

Катаболизм аминокислот у млекопитающих происходит в основном в печени и несколько слабее в почках.

Дезаминирование аминокислот

Суть дезаминирования заключается в расщеплении аминокислот по действием ферментов на аммиак и безазотистый остаток (жирные кислоты, оксикислоты, кетокислоты). Дезаминирование может идти в виде восстановительного, гидролитического, окислительного и внутримолекулярного процессов. Последние два типа преобладают у человека и животных.

Схематично дезаминирование можно представить следующим образом: а) восстановительное

R-СН-СООН + 2Н ® R-СН-СООН + N Н3

NН3 Н

Аминокислота Насыщенная кислота

б) гидролитическое

R-СН-СООН + Н2О ® R-СН-СООН + N Н3

NН2 Аминокислота ОН Оксикислота

в) внутримолекулярное

R-СН-СООН ® R-СН=СН-СООН + NН3

NН2

Аминокислота Ненасыщенная кислота

г) окислительное

R-СН-СООН + 1/2 О2 ® R-СН-СООН + NН3

NН2 О

Аминокислота Кетокислота

Окислительное дезаминирование подразделяется на две стадии.

R-СН-СООН оксидаза R-СН-СООН + 2Н

N Н2 N

R-С-СООН + Н2О ® R-С-СООН + N Н3

NН О

Первая стадия является ферментативной, она заканчивается образованием неустойчивого промежуточного продукта — иминокислоты, которая во второй стадии спонтанно в присутствии воды распадается на аммиак и a-кетокислоту. Ферменты катализирующие этот процесс, содержат в качестве простетической группы НАД либо ФАД.

В организме человека наиболее активно протекает дезаминирование глутаминовой кислоты под действием фермента глутаматдегидрогеназы, находящегося в митохондрияхклеток всех тканей. В результате этогопроцесса образуется a-кетоглутаровая кислота, принимающая участие во многих процессах обмена веществ.

НООС-СН-СН2-СН2-СООН глутаматдегидрогеназа НООС-С-СН2-СН2-СООН

N Н2 NН

Глутаминовая кислота Иминоглутаминовая кислота

НООС-С-СН2-СН2-СООН + Н2О НООС-С-СН2-СН2-СООН +NН3

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *