Степик Биохимия Белков Flashcards
Белки
– это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.
Название «протеины» (от греч. protos – первый, важнейший), по-видимому, более точно отражает первостепенное биологическое значение этого класса веществ.
Особенности белков
Особенности белков, которые отличают их от других полимеров, что обусловлено наличием вариабельной части:
- Высокая видовая специфичность.
- Динамическая структура молекулы за счет внутримолекулярного взаимодействия.
- Способность отвечать на внешнее воздействие изменением структуры (конформации) и возвращаться в исходное состояние после воздействия – процесс саморегуляции.
- Наличие биокаталитических свойств.
Элементный состав белков
Элементный состав белков в пересчете на сухое вещество преимущественно представлен 5 главными элементами: С - 50-54 %, О - 21- 23 %, N - 15-17 %, Н - 6,5 - 7,3 %, S - 0,3-2,5 %. В составе некоторых белков могут присутствовать также другие элементы, такие как Р, Fe, Сu, I, Hg, Zn и др. В большинстве белков имеется постоянное содержание азота, равное 16 %.
Функции белков
Каталитическая (ферментативная) функция
Гормональная функция
Транспортная функция
Защитная функция
Сократительная функция
Структурная функция
Питательная (резервная) функция
Энергетическая функция
Рецепторная функция
Каталитическая (ферментативная) функция белков
Ферменты катализируют биохимические процессы в организме. Например, фермент пепсин ускоряет гидролиз белков в желудке; фермент α-амилаза участвует в гидролизе крахмала и гликогена.
Гормональная функция белков
Ряд гормонов представлен белками или полипептидами. Например, гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон регулируют уровень сахара в крови. Некоторые гормоны являются производными аминокислот (гормоны щитовидной железы тироксин, трийодтиронин).
Транспортная функция белков
Растворимые белки образуют комплексы. Например, в транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови; в транспорте железа - белок трансферрин. Дыхательная функция крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина – белка эритроцитов.
Защитная функция белков
Защитная функция белков проявляется в способности ряда белков плазмы крови, например фибриногена, к свертыванию.
Антитела (иммуноглобулины) вырабатываются в ответ на введение антигенов (иммунная защита).
Сократительная функция белков
Белки мышечной ткани актин и миозин участвуют в акте мышечного сокращения.
Сократительная функция присуща также белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза).
Структурная функция белков
Структурную (строительную) функцию выполняют такие белки, как коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудистой стенке и др. Белки способны образовывать комплексы с углеводами при формировании ряда секретов: мукоидов, муцина и т.д. В комплексе с липидами (фосфолипидами) белки участвуют в образовании биологических мембран клеток.
Питательная (резервная) функция белков
Питательную функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода. Например, к ним относятся белки яйца (овальбумины), белок молока казеин.
Энергетическая функция
В критических ситуациях организм жертвует своими белками, которые окисляются и выделяется 17,6 кДж энергии.
Рецепторная функция белков
Во внутренней среде организма служат для взаимодействия с молекулами-биорегуляторами (сигнальными молекулами). Локализуются в мембранных структурах клеток или могут быть в растворенном состоянии.
Например, белок родопсин в сетчатке глаза
Общая характеристика аминокислот
Выделяют 20 протеиногенных аминокислот. Все 20 аминокислот, встречающихся в белках, характеризуются общей структурной особенностью – наличием карбоксильной группы и аминогруппы, связанных с одним и тем же атомом углерода (α-углеродный атом). Различаются же аминокислоты только боковыми цепями (радикалами), которые у разных аминокислот неодинаковы по структуре, электрическому заряду и растворимости.
Общая формула аминокислоты
NH2-CH-COOH (остов)
|
R (вариабельная часть)
Исключением является аминокислота пролин, радикал которой связан как с α-углеродным атомом, так и с аминогруппой, в результате чего молекула приобретает циклическую структуру.
Оптическая активность
Особенностью аминокислот является то, что 19 из 20 аминокислот содержат в α-положении ассиметричный атом углерода, с которым связаны 4 разные заместители, т.е. обладают оптической активностью. Исключение составляет глицин, который не имеет ассиметричного атома углерода. В составе белков присутствуют только L-изомеры аминокислот.
Биологическое значение аминокислот
- Входят в состав белков и пептидов организма человека.
- Из аминокислот образованы многие биологически активные вещества (биогенные амины, ГАМК, гормоны)
- Являются предшественниками азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот и сложных липидов.
- Участвуют в биосинтезе медиаторов в нервной системе (ацетилхолин, дофамин, серотонин, норадреналин).
Классификация аминокислот по полярности их радикалов
- Аминокислоты с неполярным (гидрофобным) радикалом (например, аланин, валин, лейцин, пролин, фенилаланин)
Данные аминокислоты придают белкам:
· Нейтральный характер
· Нейтральный заряд
· Нерастворимость
· Статические свойства
- Аминокислоты с незаряженным, но полярным радикалом (например, метионин, серин, тирозин, цистеин)
Данные аминокислоты придают белкам:
· Нейтральный характер
· Нейтральный заряд
· Большую растворимость
· Динамические свойства
3.Аминокислоты с отрицательно заряженным радикалом (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота)
Данные аминокислоты придают белкам:
· Кислый характер
· Отрицательный заряд
· Хорошую растворимость
· Динамические функции
4.Аминокислоты с положительно заряженным радикалом (лизин, аргинин, гистидин)
Данные аминокислоты придают белкам:
· Основный характер
· Положительный заряд
· Растворимость
· Динамические свойства
Все аминокислоты принимают участие в стабилизации высших уровней организации белковой молекулы.
Классификация аминокислот по химическому строению
- Аминокислоты с алифатическим радикалом (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин)
- Аминокислоты с алифатическим радикалом, содержащим дополнительную функциональную группу (серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин)
- Аминокислоты с ароматическим радикалом (фенилаланин, тирозин)
- Аминокислоты с гетероциклическим радикалом (триптофан, гистидин)
- Иминокислота – пролин
Классификация аминокислот по заменимости для организма
- Заменимые аминокислоты - синтезируются организме.
- Незаменимые аминокислоты - не синтезируются в организме или скорость их синтеза намного ниже скорости их распада (аргинин, триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин, лизин, метионин, гистидин). Причем аргинин и гистидин являются частично заменимыми аминокислотами.
Кислотно-основные свойства аминокислот
Все аминокислоты в водных растворах существуют в виде биполярных ионов.
При растворении в воде аминокислоты способны функционировать либо как кислота,
либо как основание.
Кислотно-основный характер аминокислот передается белкам. Эти свойства аминокислот определяют многие физико-химические и биологические свойства белков.
Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды
Для аминокислот характерно изоэлектрическое состояние, так как они способны изменять заряд в зависимости от рН среды.
Изоэлектрическое состояние – это состояние молекул, когда суммарный заряд равен нулю.
Суммарный заряд зависит от рН среды. То значение рН, при котором молекулы переходят в изоэлектрическое состояние, называют изоэлектрической точкой.
Образование пептидных связей
Пептидная связь образуется между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой аминокислоты.
Номенклатура белков
Наименование пептидов складывается из названия первой аминокислоты со свободной NH2-группой (с окончанием -ил, типичным для ацилов), названий последующих аминокислот (также с окончаниями -ил) и полного названия аминокислоты со свободной СООН-группой.
Качественная реакция на пептидную связь
Впервые А.Я. Данилевский (1888), изучая биуретовую реакцию, высказал предположение о существовании во всех белковых веществах одинаковых групп атомов и связей, аналогичных биурету NH2—СО—NH—СО—NH2.
Биуретовая реакция является качественной реакцией на пептидную связь.
Для проведения данной качественной реакции в пробирке к 1-2 мл раствора белка прибавляют 30% раствор гидроксида натрия. Хорошо перемешивают и добавляют 2-3 капли 1% раствора сульфата меди. Снова тщательно перемешивают. Развивается окрашивание от красно-фиолетового до сине-фиолетового.
Далее (следующий шаг) представлен видео-опыт “Биуретовая реакция”
Цветные реакции на аминокислоты
Реакция Миллона - Определяем Тирозин
С реактивом HgNO в азотной кислоте в присутствии азотистой кислоты
Окраска красная
Ксантопротеиновая реакция - определение фенилаланина и тирозина
С кипящей концентрированной азотной кислотой
Желтая окраска
Реакция Гопкинса-Коула - определение триптофана
С глиоксиловой кислотой в концентрированной серной кислоте
Сине-фиолетовая окраска
Реакция Эрлиха - триптофан
Реакция Сакагучи - Аргинин
Нитропруссидная реакция - цистеин
Реакция Салливена - цистеин
Реакция Паули - гистидин, тирозин
Реакция Фокина-Чокалтеу - тирозин
С фосфомолибденово-вольфрамовой кислотой
Синяя окраска
Форма белковой молекулы
- Глобулярные (шарообразные) белки – эллипсоидная форма, хорошо растворимы, легко перемещаются с током жидкости, выполняют динамическую функцию: ферментативную, гормональную, транспортную. Например, альбумины, глобулины, ферменты, гормоны, гемоглобин.
К глобулярным относят белки, соотношение продольной и поперечной осей которых не превышает 1:10, а чаще составляет 1:3 или 1:4, т.е. белковая молекула имеет форму эллипса.
- Фибриллярные (нитевидные) белки– нитевидной формы, очень плохо растворимы или нерастворимы, выполняют статическую функцию: опорную, механическую. Например, коллаген, эластин, кератин, фибрин.
Фибриллярные белки имеют вытянутую, нитевидную структуру, в которой соотношение продольной и поперечной осей составляет более 1:10.
Молекулярная масса белков
Молекулярная масса выражается в биохимии в Дальтонах.
Дальтон точно определяется как 1/12 массы нейтрального атома чистого изотопа 126С6
1Да =1,66033*10-27 кг
Например, Мr (пепсина) =35500Да, Мr (гемоглобин)=68000 Да, Мr (коллаген)=106Да
Классификация белков по молекулярной массе
- Пептиды (2-10 аминокислотных остатков) - глутатион 2 АМК, вазопрессин 9 АМК
- Полипептиды (10-40 аминокислотных остатков) – глюкогон 29 АМК.
- Собственно белки (>40 аминокислотных остатков) – соматотропный гормон >100 АМК.
Растворимость белков
Растворимость белков зависит от:
- формы белковой молекулы
- аминокислотного остатка – чем больше полярных аминокислот, тем выше растворимость. Аминокислоты с гидрофобными радикалами уменьшают растворимость.
- молекулярной массы – чем меньше молекулярная масса, тем выше растворимость.
- заряда белковой молекулы – чем больше по абсолютному значению, тем выше растворимость.
По растворимости белки делят:
- растворимые (гемоглобин, пепсин, альбумин)
- нерастворимые (кератин, эластин, коллаген)
Свойства растворов белков
- Растворы белков имеют очень низкое осмотическое давление, высокую вязкость и малую скорость диффузии.
- Белки обладают способностью к набуханию в очень больших пределах.
- Явление светорассеивания.
- Молекулы белка не способны проникать через полупроницаемые мембраны.
Кислотно-основный характер белков
Белки, как и аминокислоты, амфотерны благодаря наличию свободных аминогрупп и карбоксильных групп. Данные функциональные группы способны к ионизации. Суммарный заряд белковой молекулы будет зависеть от соотношения этих ионизированных групп. При рН=7 все свободные аминогруппы и карбоксильные группы белка находятся в ионизированном состоянии.
Изоэлектрическое состояние – это состояние молекулы белка, когда ее суммарный заряд равен нулю. Значение рН при котором белок приобретает суммарный нулевой заряд называется изоэлектрической точкой (рI).В изоэлектрической точке белки наименее устойчивы в растворе и легко выпадают в осадок. Зная аминокислотный состав белка, можно приближенно определить изоэлектическую точку. Для большинства белков животных тканей она находится в пределах от 5,5 до 7,0.
В зависимости от соотношения карбоксильных групп и аминогрупп белки делят:
- Нейтральные (гемоглобин, миоглобин, α-амилаза, коллаген) – в состав входят одинаковое количество NH2- и СООН-групп.
рI (гемоглобин)=7,07
рI (α-амилаза)=6,8-7,2
- Анионные (кислые) – – количество СООН-групп больше количества NH2-групп (альбумины, глобулины, казеин молока, пепсин).
рI(альбумин)=4,6-4,8
рI(казеин)=4,5
рI(пепсин)=1,0
рI(инсулин)=5,35
- Катионные (основные) – - количество СООН-групп меньше количества NH2-групп (гистоны, протамины, лизоцим, трипсин).
рI(гистон)=11
рI(лизоцим)=10,5-11,5
рI(трипсин)=8,5
Реакции осаждения белков
- Обратимое осаждение белков (высаливание) - это выпадение белка в осадок под действием определенных веществ, после удаления которых он вновь возвращается в свое исходное (нативное) состояние. Для высаливания белков используют насыщенные растворы нейтральных солей щелочных и щелочноземельных металлов (наиболее часто в практике используют сульфат натрия и аммония). Эти соли удаляют гидратную оболочку (вызывают обезвоживание) и снимают заряд, что приводит к выпадению белка в осадок.
- Необратимое осаждение (денатурация) связано с глубокими внутримолекулярными изменениями структуры белка, что приводит в потере им нативных свойств (растворимости, биологической активности и др.).
Денатурирующие агенты:
физические (УФ, рентгеновское излучение, повышение температуры, удар, резкое сжатие);
химические (концентрированные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, спирты, формальдегид, алкалоиды).
Далее представлены видео-опыты осаждения белков.
Реакции осаждения
С кислотами
Минеральными
Органическими
Солями тяжелый металлов
Первичная структура белковой молекулы
Белковые молекулы представляют собой продукт полимеризации 20 различных мономерных молекул аминокислот, соединенных не хаотично, а в строгом соответствии с кодом белкового синтеза.
Первичная структура белковой молекулы – это характерное и постоянное для каждого белка число и последовательность соединенных полипептидной связью аминокислотных остатков.
Особенности строения полипептидной цепи
- Расстояние между атомами С и N в пептидной связи составляет 0,132нм и является промежуточным между простой (ординарной) связью (связь –С-N-, равная 0,147 нм) и двойной связью (связь —C=N—, равная 0,125 нм). Следовательно, связь в пептидной группировке полуторная.
- Пептидная группировка может существовать в двух резонансных структурах (таутомерия).
- В кетоформе каждая пептидная группировка стремится образовать две водородные связи.
- Комплонарность пептидной группировки – все атомы пептидной группировки находится в одной плоскости и образует жесткие участки.
- Радикалы занимают транс-положение по отношению к пептидной группировке.
- В полипептидной цепи чередуются жесткие участки (пептидные группировки) с относительно подвижными участками групп CH-R, способных вращаться вокруг своей оси.
- Пептидные связи прочные и вся первичная структура устойчива.
- Остов формирует вторичную структуру. Вариабельная часть формирует высшие уровни организации, определяет функциональные особенности белка, заряд и характер белковой молекулы.
Структура белка
Последовательность аминокислот в первичной структуре определяет дальнейшее поведение молекулы: ее способность изгибаться, сворачиваться, формировать те или иные связи внутри себя. В результате компактизации первичной структуры молекулы белка происходит формирование вторичной, третичной и четвертичной структуры белковой молекулы.
Вторичная структура белковой молекулы
Вторичная структура белковой молекулы - способ укладки полипептидной цепи, находящейся в первичной организации в упорядоченную структуру α-спирали или β-складчатого слоя благодаря образованию водородных связей между пептидными группировками одной или нескольких смежных полипептидных цепей.
Процесс этот протекает не хаотично, а в соответствии с программой, заложенной в первичной структуре. Подробно изучены две основные конфигурации полипептидных цепей, отвечающих структурным требованиям и экспериментальным данным: α-спирали и β-структуры.
Особенность α-спирали
- α-спираль формируется самопроизвольно и соответствует минимуму свободной энергии.
- α-спираль является правовращающей, т.е. обладает винтовой симметрией. Закручивание происходит с N-края по часовой стрелке.
- α-спираль удерживается водородными связями, которые располагаются параллельно оси симметрии.
- В образовании водородных связей принимают участие все пептидные группировки за исключением тех, что образованы пролином и оксипролином.
- Остовы аминокислот равноценны, они образуют α-спираль. Боковые радикалы не принимают в этом участие и направлены во внешнюю сторону.
- На каждый виток (шаг) спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. Высота одного аминокислотного остатка равна 0,15 нм. Следовательно, высота витка спирали (расстояние вдоль оси) равна 0,54 нм.
α-спираль характеризуется периодом регулярности – это то расстояние, через которое полностью повторяется конформация спирали. Угол подъема спирали 26°, через 5 витков спирали (18 аминокислотных остатков) структурная конфигурация полипептидной цепи повторяется. Это означает, что период повторяемости (регулярности) α-спиральной структуры составляет 2,7 нм.
- Внутри спирали нет свободного места, что сообщает ей дополнительную устойчивость.
Особенности β-складчатого слоя
- В отличии от α-спирали в β-складчатом слое полипептидные цепи сильно вытянуты.
- В формировании β-складчатого слоя принимают участие от 2 до 5 участков полипептидной цепи, либо несколько отдельных полипептидных цепей.
- В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно или, чаще, антипараллельно, прочно связываются межцепочечными водородными связями между NH-и СО-группами соседних цепей, образуя структуру типа складчатого слоя
4.Согласно расположению полипептидных цепей, выделяют параллельный и антипараллельный β-складчатый слой.
- В β-складчатом слое количество водородных связей меньше, чем в α-спирали.
- Выделяют разновидность β-складчатого слоя - кросс-форма.
Третичная структура белковой молекулы
Третичная структура белковой молекулы - это пространственная ориентация полипептидной спирали
Третичная структура белковой молекулы - это способ укладки α-спирали или β-складчатого слоя в определенном объеме.
Силы, участвующие в стабилизации пространственной структуры белков
- Сильные взаимодействия (ковалентные)
· Псевдопептидные – возникают между радикалами аргинина и аспаргиновой кислоты, лизина и глутаминовой кислоты.
· Дисульфидные мостики – между цистеином
· Сложноэфирные связи – между радикалами аспаргиновой кислоты и серина.
- Слабые взаимодействия (нековалентные)
· Ионные (солевые мостики) - электростатические взаимодействия заряженных групп
· Водородные связи
· Межмолекулярные ван-дер-ваальсовы силы взаимодействие жирных гидрофобных радикалов
· Взаимодействия неполярных боковых радикалов аминокислот (гидрофобное взаимодействие)
Типы связей, стабилизирующих третичную структуру белковой молекулы
а - электростатическое взаимодействие; б - водородная связь; в -гидрофобное взаимодействие неполярных групп; г - диполь-дипольные взаимодействия; д - дисульфидная (ковалентная) связь.
Четвертичная структура белковой молекулы
Четвертичная структура белковой молекулы - это способ укладки в пространстве нескольких полипептидных цепей с третичной структурой.
Таким образом, каждый индивидуальный белок характеризуется уникальной структурой, обеспечивающей уникальность его функций. Следовательно, выяснение структуры разнообразных белков может служить ключом к познанию природы живых систем и соответственно сущности жизни.
Особенности четвертичной структуры белковой молекулы
- В четвертичной структуре находятся белки с высокой молекулярной массой >50000 Да.
- Белок состоит из протомеров или субъединиц, чаще всего не обладающих биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входящих в его состав протомеров. Образовавшуюся молекулу принято называть олигомером (или мультимером).
- В состав входит четное число протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8). Чаще встречаются тетрамеры.
- Протомеры могут быть одинаковыми или разными. Например, молекула гемоглобина состоит из двух одинаковых α- и двух β-полипептидных цепей, т.е. представляет собой тетрамер.
- Протомеры удерживаются за счет нековалентного взаимодействия, между «контактными площадками». Если связи нарушаются, то белок теряет нативные свойства. Основными силами, стабилизирующими четвертичную структуру, являются нековалентные связи между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по типу комплементарности – универсальному принципу, свойственному живой природе.
- Аллостеризм белков – это способность изменять свою конформацию в широких пределах. Это позволяет тонко регулировать биологические функции (характерно для ферментов и процесса считывания информации)
Факторы, определяющие состояние белкового обмена
- Физиологическое состояние организма - интенсивно протекает обмен белков в детском возрасте, при физической нагрузке, беременности, лактации.
- Качественный и количественный состав белковой пищи. При оценке продуктов питания учитывается не только количество белка, но и его качество - биологическая ценность, которая определяется аминокислотным составом и степенью усвоения белков в желудочно-кишечном тракте человека. Для полного усвоения белков пищи содержание аминокислот должно быть сбалансированным. Белки высокой биологической ценности характеризуются сбалансированным содержанием аминокислот, хорошо перевариваются и усваиваются организмом. К таким белкам относятся белки молочных продуктов, яиц, мяса, рыбы. Потребность в белке определяется, прежде всего, возрастом человека: у детей - 2,5-4 г/кг массы тела, у взрослых - 1-1,5 г/кг массы тела. При составлении суточного рациона необходимо использовать белки животного происхождения до 55%.
- Обеспеченность организма витаминами.
- Обмен белков регулируется деятельностью желез внутренней секреции.
Азотистый баланс
Азот поступает в организм преимущественно в виде аминокислот, а выделяется в виде мочевины и аммонийных солей.
Состояние белкового обмена оценивают по азотистому балансу.
Азотистый баланс - это разница между азотом, поступившим с пищей и выделенным в виде конечных продуктов (г/сут).
В зависимости от разницы между азотом выделяют:
Азотистое равновесие (нулевой азотистый баланс) – количество азота, выделяемого организмом, равно количеству азота, поступающего с пищей. Азотистый баланс равен нулю. Это характерно для здорового человека.
Положительный азотистый баланс – количество азота, поступившего с пищей, больше количества выводимого из организма азота. Характерно для растущего организма и беременных женщин.
Отрицательный азотистый баланс – количество выводимого азота превышает количество азота, поступившего в организм. Это состояние встречается при голодании, белковой недостаточности, при заболеваниях, связанных с интенсивным распадом белков, при старении.
Переваривание белка
Переваривание протекает под действием предметов 3 класса Гидролазы Подкласс Пептидазы:
- Эндопептидазы (эндопротеиназы) — протеолитические ферменты (пепсин, трипсин, химотрипсин, эластаза), катализируют расщепление внутренних пептидных связей в белках и пептидах.
Экзопептидазы (экзопротеиназы) — ферменты, гидролизующие белки, отщепляя аминокислоты от конца пептида: карбоксипептидазы — от C-конца, аминопептидазы — от N-конца, дипептидазы расщепляют дипептиды. Трипептидазы
Переваривание схема
Переваривание белков в желудке
В желудке пища подвергается воздействию желудочным соком, содержащим ферменты и соляную кислоту.
Одним из ферментов является пепсин, который вырабатывается в главных клетках слизистой оболочки желудка в неактивной форме – в виде пепсиногена. Превращение пепсиногена в активный пепсин происходит в желудочном содержимом в результате частичного протеолиза пептидного фрагмента в 42 аминокислотных остатка.
Пепсин гидролизует петидные связи, образованные аминогруппами ароматических и дикарбоновых кислот, а также связи между остатками аминокислот ала-ала, ала-сер, ала-лей.
Роль соляной кислоты в переваривании белков:
· переводит неактивный пепсиноген в активный пепсин, создает оптимальную среду для действия пепсина;
· способствует набуханию белков, частичной денатурации,
· гидролиз сложных белков,
· ускоряет всасывание железа,
· оказывает бактерицидное действие.
Переваривание белков в двенадцатиперстной кишке
Дальнейшее превращение белков пищи осуществляется в 12-перстной кишке, где на белки действуют ферменты панкреатического сока: трипсин, химитрипсин и эластаза, а также одна экзопептидаза –карбоксипептидаза, которые синтезируются в поджелудочной железе. Все они вырабатываются в неактивной форме, и их превращение в активные ферменты происходит в 12-перстной кишке в ходе аутокатализа, куда они поступают с панкреатическим соком. Так трипсиноген превращается в трипсин под действием энтеропептидазы (энтерокиназы), фермента, который секретируется клетками кишечного эпителия. Образующийся трипсин активирует другие ферменты панкреатического сока, переводя прокарбпептидазу А в карбоксипептидазу А, проэластазу в эластазу и химотрипсиноген в химотрипсин.
Трипсин, как и пепсин, является эндопептидазой и гидролизует пептидные связи белков, образованные карбоксильными группами диаминомонокарбоновых кислот (лизина и аргинина). Продуктом гидролитического действия трипсина на белки в основном являются полипептиды с меньшей молекулярной массой (олигопептиды).
Химотрипсин также относится к эндопептидазам. Он гидролизует в белках и олигопептидах преимущественно пептидные связи, образованные карбоксильными группами остатков фенилаланина, тирозина и триптофана. Продуктом действия химотрипсина являются низкомолекулярные пептиды и, частично, свободные аминокислоты.
Карбоксипептидаза А поджелудочного сока. Фермент гидролизует С-концевую пептидную связь в полипептидах, т.е. относится к экзопептидазам. Особенно легко гидролизуются пептиды, в которых С-концевая аминокислота имеет ароматическую или большую алифатическую боковую цепь.
Переваривание белков в тонкой кишке
В тонкой кишке под действием содержащихся в кишечном соке пептидаз (аминопептидаз, дипептидаз, трипептидаз) происходит дальнейшее гидролитическое расщепление полипептидов и низкомолекулярных пептидов до свободных аминокислот.
В результате каталитического действия ряда протеолитических ферментов пищеварительных соков на белки, поступающие с пищей, последние гидролизуются до свободных аминокислот.
Образующиеся в результате постепенного гидролиза пищевых белков аминокислоты транспортируются в энтероциты и, далее, поступают в капилляры ворсинок. Всасывание аминокислот обеспечивается целым рядом специфических переносчиков. Природные L-изомеры аминокислот активно переносятся от слизистой к серозной поверхности кишечной стенки.
Гниение аминокислот в кишечнике
В толстом кишечнике часть аминокислот подвергается процессам гниения. При этом под действием бактериальных ферментов происходит декарбоксилирование, дезаминирование, деметидирование аминокислот с образованием токсичных аминов: кадаверина, тирамина, путресцина, а также индола, скатола, меркаптанов и сероводорода. В толстом кишечнике также в результате процесса дезаминирования аминокислот ферментами микроорганизмов образуется значительное количество аммиака.
Детоксикация
Часть продуктов гниения удаляется с фекалиями, а часть их всасывается в систему портальной вены и обезвреживается в печени. Механизм детоксикации этих веществ связан с их конъюгацией с активными формами глюкуроновой и серной кислот (УДФ-глюкуроновая кислота, ФАФС - фосфоаденозилфосфосульфат) под действием ферментов УДФ-глюкуронилтрансферазы, арилсульфотрансферазы.
Катаболизм аминокислот
Превращение по остову:
- Дезаминирование аминокислот - процесс отщепления аминогруппы в виде аммиака
- Трансаминирование (переаминирование) - это реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2—) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака.
- Декарбоксилирование аминокислот - это процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО2
Превращение по радикалу:
Дезаминирование аминокислот
Дезаминирование аминокислот - процесс отщепления аминогруппы в виде аммиака
1. Восстановительное
2. Гидролитическое
3. Внутримолекулярное
4. Окислительное
Трансаминирование
- Трансаминирование (переаминирование) - это реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2—) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака.
Реакция протекает под действием фермента глутаматпируватаминотрансферазы
. Декарбоксилирование аминокислот
- Декарбоксилирование аминокислот - это процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО2
В результате реакции образуются биогенные амины, которые оказывают сильное фармакологическое действие на множество физиологических функций человека и животных. Декарбоксилирование гистидина происходит под действием специфической декарбоксилазы
Превращение по радикалу:
Превращение по радикалу:
Реакцию превращения фенилалинина в тирозин катализирует фермент фенилаланин-4-монооксигеназа
Источники аммиака
Основным источником аммиака является катаболизм аминокислот, также он может образовываться при распаде других азотсодержащих соединений в тканях. Часть аммиака образуется в кишечнике под действием ферментативных систем микроорганизмов кишечника и всасывается в кровь воротной вены. аммиак является токсичным веществом и быстро обезвреживается в клетках.
Обезвреживание аммиака в организме
Аммиак может обезвреживаться несколькими способами:
- Биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот, протекающий в мозге, сетчатке, почках, печени, мышцах
- Орнитиновый цикл мочевинообразования (Г. Кребс и К. Гензеляйт в 1932 г.) - циклический ферментативный процесс последовательных превращений аминокислоты орнитина, приводящий к синтезу мочевины.
Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины. Местом синтеза мочевины является печень.
Орнитиновый цикл мочевинообразования выполняет в организме две функции:
превращение азота аминокислот в мочевину, которая выделяется и предотвращает накопление токсичных продуктов;
синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.
