Methoden zur Untersuchung der Biochemie des Proteinstoffwechsels. Proteinstoffwechsel

In der Leber finden die Prozesse der Desaminierung, Transaminierung und Synthese von Aminosäuren, Albuminen und den meisten Blutserumglobulinen, Prothrombin und Fibrinogen statt. Es wird angenommen, dass Albumin und α-Globuline von polygonalen Leberzellen produziert werden, β- und γ-Globuline im RES, insbesondere in Kupffer-Zellen der Leber und Plasmazellen des Knochenmarks.

Die führende Rolle der Leber im Proteinstoffwechsel erklärt das große Interesse der Kliniker an Methoden zur Bestimmung der Parameter dieses Stoffwechsels. Dazu gehört zunächst die Bestimmung der Gesamtmenge des Plasmaproteins und seiner Fraktionen, einschließlich Prothrombin. Neben der Bestimmung des Proteinogramms werden in der Praxis auch Tests eingesetzt, die nur indirekt auf das Vorliegen von Veränderungen der Blutproteine ​​hinweisen, einschließlich der Manifestation pathologischer Proteine ​​– Paraproteine. Dazu gehören Labilitätstests und Kolloidtests.

Gesamtprotein im Plasma gesunder Menschen beträgt 7,0-8,5 % (K. I. Stepashkina, 1963). Eine Veränderung der Gesamtproteinmenge wird nur bei schweren Störungen des Proteinstoffwechsels beobachtet. Im Gegensatz dazu sind Veränderungen im Verhältnis einzelner Fraktionen ein sehr subtiler Indikator für den Zustand des Proteinstoffwechsels.

Die in der Praxis am weitesten verbreitete Methode ist die Bestimmung von Proteinfraktionen mittels Papierelektrophorese. Letzteres hat den Nachteil, dass die erzielten Ergebnisse je nach Variante der Methode schwanken. Daher sind die Literaturdaten zu einem normalen Proteinogramm nicht identisch.

Tabelle 7 zeigt Varianten der Norm, die von verschiedenen Autoren beschrieben wurden (nach V. E. Predtechensky, 1960).

Bei einer Leberschädigung nimmt die Synthese von Albumin und α1-Globulinen in polygonalen Leberzellen ab und die Synthese von β- und γ-Globulinen in Kupffer-Zellen und periportalen mesenchymalen Zellen nimmt zu (als Manifestation einer Reizung retikuloendothelialer Zellen), was zu quantitativen Ergebnissen führt Veränderungen der Proteinfraktionen – Dysproteinämie.

Für diffuse Leberläsionen, sowohl akute als auch chronische während ihrer Exazerbation, sind folgende Veränderungen im Proteinogramm charakteristisch: eine Abnahme der Albuminmenge und eine Zunahme der Globuline. Bei letzterem nimmt hauptsächlich die Y-Globulin-Fraktion zu, was offenbar auf die Anhäufung von Antikörpern zurückzuführen ist, die eine ähnliche elektrophoretische Mobilität wie Y-Globuline aufweisen. Der Gehalt an α2- und β-Globulinen steigt weniger stark an. Der Grad der Veränderung des Proteinogramms hängt direkt von der Schwere der Erkrankung ab. Eine Ausnahme bildet die Agammaglobulinämie im Leberkoma. Die Gesamtproteinmenge ist aufgrund einer Hyperglobulinämie meist leicht erhöht.

Bei der Beurteilung des Proteinogramms bei Patienten mit Leberschäden darf nicht vergessen werden, dass bei einer Vielzahl sehr unterschiedlicher Erkrankungen eine deutliche Veränderung der Proteinfraktionen zu beobachten ist, wie beispielsweise bei Kollagenose, Nierenschäden, Myelomatose etc.

Bei Lebererkrankungen kommt es zu Veränderungen im Blutgerinnungssystem und die Bestimmung verschiedener Blutgerinnungsfaktoren ist ein Test zur Beurteilung des Funktionszustandes der Leber. Die charakteristischsten Veränderungen sind Prothrombin und Prokonvertin.

Prothrombin(Blutgerinnungsfaktor II) ist ein Globulin; in elektrophoretischen Untersuchungen von Plasma liegt der Prothrombinpeak zwischen Albuminen und u-Globulinen. Prothrombin wird in Leberzellen unter Beteiligung von Vitamin K gebildet. Bei der Blutgerinnung wird Prothrombin in Thrombin umgewandelt. Die Konzentration von Prothrombin im Blutplasma beträgt etwa 0,03 %. In der Praxis wird nicht die absolute Prothrombinmenge bestimmt, sondern die „Prothrombinzeit“ und der Prothrombinindex. Die in der Sowjetunion am häufigsten verwendete Methode zur Bestimmung des Prothrombinindex ist die Methode von V. N. Tugolukov (1952). Normalerweise beträgt der Prothrombinindex 80-100 %.

Die Fähigkeit von Hepatozyten, Prothrombin zu synthetisieren, kann bei Lebererkrankungen beeinträchtigt sein. Darüber hinaus geht eine Leberschädigung mit einer Verletzung der Ablagerung einer Reihe von Vitaminen einher, darunter auch Vitamin K, das auch die Ursache einer Hypoprothrombinämie ist. Wenn daher eine Abnahme des Prothrombinindex festgestellt wird, sollte nach einer 3-tägigen Belastung mit Vitamin K – 0,015 Vikasol dreimal täglich – eine Wiederholungsstudie durchgeführt werden. Bleibt die Prothrombinmenge niedrig, deutet dies auf eine Schädigung des Leberparenchyms hin.

Ein weiterer Faktor des Blutgerinnungssystems, der auf natürliche Weise auf Leberschäden reagiert, ist Proconvertin (Faktor VII, stabiler Faktor). Proconvertin katalysiert die Wirkung von Thromboplastin und beschleunigt so die Bildung von Thrombin. Dieser Faktor wird in der Leber gebildet, sein Plasmagehalt beträgt 0,015-0,03 %. Die Menge an Prokonvertin wird wie Prothrombin als Index ausgedrückt. Die normale Prokonvertinzeit beträgt 30–35 Sekunden, der Index liegt bei 80–120 %.

Bei einer Schädigung des Leberparenchyms sinken sowohl der Prothrombinindex als auch der Prokonvertinindex. Es besteht ein Parallelismus zwischen diesen Indikatoren und der Schwere der Leberschädigung (K. G. Kapetanaki und M. A. Kotovshchikova, 1959; A. N. Filatov und M. A. Kotovshchikova, 1963).

Es wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden vorgeschlagen, die indirekt das Vorliegen einer Dysproteinämie und Paraproteinämie bestimmen. Sie alle basieren auf der Ausfällung von pathologischem Protein mit verschiedenen Reagenzien.

Der Takata-Ara-Test (Sublimattest) basiert auf der Ausfällung eines flockigen Niederschlags aus grobdispersen Proteinen unter dem Einfluss des sublimathaltigen Takata-Reagenzes. Die Reaktion wird anhand der Dichte des Sediments oder anhand der Verdünnung des Serums beurteilt, bei der eine Trübung auftritt. Die Probe wird als positiv bewertet, wenn in einer Reihe von Reagenzgläsern mit Takata-Reagenz und einer abnehmenden Menge Serum (1,0; 0,5; 0,25; 0,12 ml usw.) in den ersten drei oder mehr Reagenzgläsern ein flockiger Niederschlag auftritt; wenn auch nur in den ersten beiden - schwach positiv. Der Test wird positiv, wenn der Gehalt an γ-Globulinen im Blut ansteigt, insbesondere bei Morbus Botkin, bei Leberzirrhose, aber auch bei einer Reihe anderer Erkrankungen (Lungenentzündung, Syphilis etc.).

Eine der Modifikationen des Takata-Ara-Tests ist der Gross-Test (Sublimat-Sediment-Reaktion), bei dem die Ergebnisse in Millilitern Sublimatreagenz ausgedrückt werden, die erforderlich sind, um eine deutliche Trübung zu erhalten. Die Norm liegt bei 2 ml oder mehr. Bei Lebererkrankungen reduzieren sich die Bruttotestwerte auf 1,8-1,6 ml, bei schweren Schäden auf 1,4 ml und weniger.

Der Veltman-Test basiert auf der Koagulation von Plasmaproteinen beim Erhitzen in Gegenwart einer Calciumchloridlösung unterschiedlicher Konzentration (von 0,1 bis 0,01 %). Normalerweise kommt es zur Koagulation, wenn die Lösungskonzentration mehr als 0,04 % beträgt, d. h. in den ersten 6–7 Reagenzgläsern. Leberschäden sind durch das Auftreten von Sedimenten in geringerer Konzentration gekennzeichnet – eine Verlängerung des Gerinnungsbandes.

Der Cephalin-Test basiert auf dem Auftreten einer Ausflockung der Cephalin-Cholesterin-Emulsion in Gegenwart des Blutserums des Patienten. Der Test hat gegenüber den oben genannten den Vorteil, dass er bei Vorliegen einer Nekrose im Leberparenchym deutlich positiv ist und daher bei der Bestimmung der Aktivität des Prozesses bei Morbus Botkin und Leberzirrhose sowie bei der Differenzialdiagnose zwischen obstruktiven Erkrankungen nützlich sein kann Gelbsucht (im Frühstadium) und Schädigung des Leberparenchyms.

Der Thymol-Trübungstest basiert auf der Bestimmung der Trübung, die entsteht, wenn das Testserum mit einem Thymol-Reagenz kombiniert wird. Der Trübungsgrad wird nach 30 Minuten bestimmt und im Spektralphotometer oder Kolorimeter beurteilt. Unter Verwendung einer Standard-Trübungskurve wird das Ergebnis in willkürlichen Einheiten erhalten. Die Norm liegt zwischen 0,8 und 5,0 Einheiten. Wenn die Leber geschädigt ist, erhöht sich der Probenwert und erreicht 30-35 Einheiten. mit Botkin-Krankheit (Popper, Schaffner, 1961).

Der Thymol-Trübungstest kann in Form eines Thymol-Flockungstests fortgeführt werden: Beurteilt wird die Ausflockung, die 24 Stunden nach der Vereinigung des Serums mit dem Thymol-Reagenz auftritt.

Reststickstoff im Blut Normalerweise beträgt er 20-40 mg%. Eine schwere Azotämie (bis zu 100 mg % oder mehr) tritt bei schweren Leberschäden auf (akute Dystrophie aufgrund von Hepatitis, Leberzirrhose im Endstadium, Leberversagen nach Operationen an Leber und Gallenwegen) und weist auf die Entwicklung eines Leberversagens hin.

Serumammoniak Normalerweise sind es 40-100 %. Hyperammonämie wird bei Leberversagen sowie bei ausgeprägten portokavalen Anastomosen (natürlich entwickelt oder während einer Operation erzeugt) beobachtet, durch die Blut aus dem Darm unter Umgehung der Leber fließt. Der stärkste Anstieg der Ammoniakmenge im peripheren Blut wird bei Patienten mit Leberversagen nach einer Proteinbelastung (Verzehr großer Fleischmengen, Bluteintritt in den Darm bei Speiseröhren- oder Magenblutungen) beobachtet. Um ein Portal-Leberversagen zu erkennen, kann ein Test mit einer Ladung Ammoniaksalzen verwendet werden (A. I. Khazanov, 1968).

Lipoproteine ​​und Glykoproteine*. Serumproteine ​​bilden mit Lipiden und Kohlenhydraten stabile Verbindungen: Lipo- und Glykoproteine. Wenn sich das Verhältnis verschiedener Fraktionen von Plasmaproteinen ändert, ändert sich natürlich auch der Gehalt an damit verbundenen Komplexen.

Bei der Elektrophorese werden Lipoproteine ​​in Fraktionen aufgetrennt, die den α1-, β- und Y-Fraktionen des Globulins entsprechen. Die y-Fraktion („Lipidrest“) umfasst Proteinverbindungen mit Neutralfett und Cholesterinester, die im elektrischen Feld leicht beweglich sind. Dieser Anteil ist für die Praxis uninteressant, da er sich unter pathologischen Bedingungen nicht verändert. Gesunde Personen haben das folgende prozentuale Verhältnis von α- und β-Fraktionen, Lipoproteinen (I. E. Tareeva, 1962): α-Lipoproteine ​​– 29,0 ± 4,9; β-Lipoproteine ​​– 71,0 ± 4,9; Verhältnis β/α-2,45 ± 0,61.

Es wurde ein Zusammenhang zwischen Veränderungen im Verhältnis von α- und β-Fraktionen von Lipoproteinen und der Schwere der Schädigung des Leberparenchyms festgestellt. Es besteht keine vollständige Parallelität zwischen Veränderungen im Lipoproteinogramm und anderen Funktionsindikatoren. Es ist jedoch zu beachten, dass die Botkin-Krankheit und die aktive Phase der Leberzirrhose durch eine Abnahme der Menge an α-Lipoproteinen bis zum vollständigen Verschwinden im Lipidprofil und einen Anstieg der β-Lipoproteine ​​mit einem entsprechenden Anstieg des β gekennzeichnet sind /α-Verhältnis mehrmals. Bei chronischen Leberschäden sind diese Veränderungen weniger ausgeprägt.

Glykoproteine ​​sind Verbindungen verschiedener Kohlenhydrate mit Proteinen, hauptsächlich Globulinen. Die elektrophoretische Methode ermöglicht die Trennung von Glykoproteinfraktionen mit den entsprechenden Proteinfraktionen. Die Synthese von Glykoproteinen findet in der Leber statt, so dass der Versuch, die Bestimmung von Glykoproteinen für Zwecke der Funktionsdiagnostik zu nutzen, verständlich ist. Allerdings sind die von verschiedenen Autoren bei der Untersuchung von Patienten mit Leberpathologie gewonnenen Daten nach wie vor sehr widersprüchlich. Charakteristischer ist ein Anstieg des Anteils an α-Glykoproteinen (N. A. Zaslavskaya, 1961; I. D. Mansurova, V. I. Dronova und M. S. Panasenko, 1962).

* Zur Bestimmungsmethode siehe: A. F. Blyuger. Struktur und Funktion der Leber bei epidemischer Hepatitis. Riga, 1964.

Proteinstoffwechsel

Der Proteinstoffwechsel ist das zentrale Bindeglied aller biochemischen Prozesse, die der Existenz eines lebenden Organismus zugrunde liegen. Charakterisiert wird die Intensität des Proteinstoffwechsels Stickstoffbilanz, da der Großteil des körpereigenen Stickstoffs aus Proteinen stammt. Dabei werden der Stickstoff des Futters, der Stickstoff des Körpers und der Stickstoff der Ausscheidungsprodukte berücksichtigt. Die Stickstoffbilanz kann positiv sein (bei Gewichtszunahme des Tieres und Stickstoffretention im Körper), gleich Null oder es wird eine Stickstoffbilanz beobachtet (dem Körper wird so viel Stickstoff entzogen, wie mit Futter zugeführt wird). ) und negativ (der Proteinabbau wird nicht durch Futterproteine ​​ausgeglichen). Der Stickstoffhaushalt wird charakterisiert Proteinminimum- die kleinste Proteinmenge im Futter, die zur Aufrechterhaltung des Stickstoffgleichgewichts im Körper erforderlich ist. Das Proteinminimum, berechnet pro 1 kg Lebendgewicht, hat folgende Durchschnittswerte, g:

Futterproteine ​​werden unterteilt in vollwertig Und minderwertig. Alleinfuttermittel enthalten Reste essentieller Aminosäuren, die vom Körper des Tieres nicht synthetisiert werden können: Valin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Threonin, Tryptophan und Phenylalanin. Bedingt essentielle Aminosäuren umfassen

Histidin, da sein leichter Mangel im Futter durch die Synthese durch die Mikroflora im Verdauungskanal ausgeglichen wird. Die übrigen Aminosäuren sind ersetzbar und können im Körper des Tieres synthetisiert werden: Alanin, Asparaginsäure und Glutaminsäure, Reihe. Fünf Aminosäuren gelten als teilweise essentiell: Arginin, Glycin, Tyrosin, Cystin und Cystein. Die Iminosäuren Prolin und Hydroxyprolin können im Körper synthetisiert werden.

Verschiedene Futtermittel und Lebensmittel enthalten unterschiedliche Mengen an Proteinen, %:

Tierische Produkte sind reich an vollständigen Proteinen, %:

Der Standard für vollständiges Protein ist meist Casein, das alle essentiellen Aminosäuren enthält.

Verdauung von Proteinen. Im Verdauungskanal werden Proteine ​​in Aminosäuren und Prostatagruppen zerlegt.

IN Mundhöhle Eiweißhaltiges Futter wird mechanisch zerkleinert, mit Speichel befeuchtet und bildet einen Nahrungsbolus, der über die Speiseröhre in den Magen gelangt (bei Wiederkäuern – in den Proventriculus und Abomasum, bei Vögeln – in den Drüsen- und Muskelmagen). Speichel enthält keine Enzyme, die Nahrungsproteine ​​abbauen können. Das zerkaute Futter gelangt in den Magen (bei Wiederkäuern in den Labmagen), vermischt und mit Magensaft getränkt.

Magensäure- farblose und leicht opaleszierende Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,002-1,010. Ein Mensch produziert etwa 2 Liter pro Tag, ein Rind – 30, ein Pferd – 20, ein Schwein – 4, ein Hund – 2-3, ein Schaf und eine Ziege – 4 Liter Magensaft. Sekretion von Magensaft im ersten

(komplexe Reflex-)Phase wird durch das Aussehen, den Geruch und den Geschmack des Lebensmittels bestimmt, in der zweiten (neurohumoralen) Phase durch seine chemische Zusammensetzung und mechanische Reizung der Rezeptoren der Schleimhaut. Der Magensaft besteht zu 99,5 % aus Wasser und zu 0,5 % aus Feststoffen. Zu den dichten Substanzen zählen die Enzyme Pepsin, Rennin, Gastrixin, Gelatinase, Lipase (bei Schweinen und Amylase); Proteine ​​– Serumalbumine und Globuline, Mukoproteine, Castle-Faktor; aus Mineralstoffen, Säuren (hauptsächlich Salzsäure) und Salzen.

Das Hauptenzym des Magensaftes ist Pepsin, und die Säure, die die Voraussetzungen für seine katalytische Wirkung schafft, ist Salzsäure. Die Hauptzellen der Fundusdrüsen des Magens sind an der Bildung von Pepsin und die Belegzellen an der Bildung von Salzsäure beteiligt. Die Quelle für Chloridionen sind NaCl, H + -Ionen – Protonen, die aufgrund von Redoxreaktionen aus dem Blut in das Zytoplasma der Belegzellen gelangen (G. D. Kovbasyuk, 1978).

Salzsäure erzeugt die notwendige Säure für die katalytische Wirkung von Enzymen. So beträgt der pH-Wert des Magensaftes beim Menschen 1,5–2,0, beim Rind 2,17–3,14, beim Pferd 1,2–3,1, beim Schwein 1,1–2,0, beim Schaf 1,9–5,6 und bei Vögeln 3,8. Salzsäure schafft außerdem Bedingungen für die Umwandlung von Pepsinogen in Pepsin, beschleunigt den Abbau von Proteinen in ihre Bestandteile, deren Denaturierung, Schwellung und Lockerung, verhindert die Entstehung von Fäulnis- und Gärungsprozessen im Magen, stimuliert die Synthese von Darmhormonen usw . In der Laborpraxis Gesamt-, freie und gebundene Säure des Magensaftes.

Rennin (Chymosin oder Labenzym) wird bei jungen Wiederkäuern von den Drüsen der Labmagenschleimhaut produziert. Es wird in Form von Prorennin synthetisiert, das bei einem pH-Wert vorliegt

IN Magen Der hydrolytische Abbau der meisten Futterproteine ​​erfolgt. So zerfallen Nukleoproteine ​​unter dem Einfluss von Salzsäure und Pepsin in

Nukleinsäuren und einfache Proteine. Auch hier kommt es zum Abbau anderer Proteine. Unter dem Einfluss von Pepsin werden Peptidbindungen an den Rändern von Proteinmolekülen gespalten. Die durch aromatische und dicarbonische Aminosäuren gebildeten Bindungen lassen sich am leichtesten aufbrechen. Pepsin zersetzt leicht Proteine ​​tierischen Ursprungs (Kasein, Myoglobin, Myogen, Myosin) und einige pflanzliche Proteine, die hauptsächlich aus Monoaminodicarbonsäuren (Gliadin und Glutelin von Getreide) aufgebaut sind, mit Ausnahme von Wollkeratinen, Seidenfibroinen, Schleimmuzinen, Ovomukoiden, einige Knochenproteine ​​und Knorpel.

Einige Proteine ​​werden durch andere proteolytische Enzyme des Magensaftes abgebaut, zum Beispiel Kollagene – Gelatinase, Kasenny – Rennin.

Unter dem Einfluss der Bestandteile des Magensaftes, vor allem Salzsäure und Enzyme, werden Proteine ​​im Magen zu prosthetischen Gruppen, Albumin, Peptonen, Polypeptiden und sogar Aminosäuren hydrolysiert.

Die Magensekretion wird durch Hormonoide der Schleimhaut des Verdauungskanals stimuliert: Gastrin (im Pylorus), Enterogastrin (im Darm), Histamin (im Magen) usw.

Merkmale der Proteinverdauung bei Wiederkäuern. Bei Wiederkäuern gelangt der Nahrungsbolus aus der Speiseröhre in den Proventriculus, wo er einer weiteren mechanischen Verarbeitung unterzogen wird; beim Wiederkäuen kehrt er in die Mundhöhle zurück, wird erneut zerkleinert und gelangt dann in den Pansen, das Netz, das Buch und den Labmagen, wo der erste Die Verdauungsphase ist abgeschlossen.

Im Proventriculus erfolgt die chemische Verarbeitung von Futtermitteln unter dem Einfluss von Enzymen von dort symbiotierenden Bakterien, Ciliaten und Pilzen. Bis zu 38 % der Pansenmikroben von Rindern und 10 % der Pansenmikroben von Schafen haben proteolytische Aktivität, 70–80 % dieser Enzyme sind in Zellen konzentriert, 20–30 % in der Pansenflüssigkeit. Die Enzyme wirken ähnlich wie Trypsin und spalten Peptidbindungen zwischen der Carboxylgruppe von Arginin oder Lysin und der Aminogruppe anderer Aminosäuren bei pH 5,5–6 und pH 6,5–7. Proteine ​​werden unter dem Einfluss von Peptidhydrolasen in Peptide, Peptide durch Peptidasen in Oligopeptide, Oligopeptide in Aminosäuren zerlegt. Somit wird Maiszein zu 60 % zu Aminosäuren hydrolysiert und

Kasein - 90 %. Einige Aminosäuren werden durch bakterielle Enzyme desaminiert.

Ein bemerkenswertes Merkmal der Verdauung im Proventriculus ist die Synthese von Proteinen durch Mikroorganismen aus Nicht-Protein-Substanzen von Futtermitteln und ihren verarbeiteten Produkten. Der Großteil der pflanzlichen Lebensmittel besteht aus Kohlenhydraten und vor allem aus Ballaststoffen. Ballaststoffe im Vormagen werden unter dem Einfluss der mikrobiellen Enzyme Cellulase und Cellobiase zerlegt α-D(+)-Glucose und β-D(+)-Glucose.

Monosen durchlaufen verschiedene Arten der Fermentation, was zur Bildung von Fettsäuren mit niedrigem Molekulargewicht führt. So entsteht bei der durch Bact. verursachten Milchsäuregärung. Lactis, Milchsäure entsteht aus Glucose: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 → CHOH – COOH. Bei der Buttersäuregärung, verursacht durch Bakterien der Gattung Clostridium, entsteht Buttersäure: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 usw.

Die Menge an flüchtigen Fettsäuren im Pansen einer Kuh kann bis zu 7 kg pro Tag betragen. Bei einer auf Heu konzentrierten Ernährung enthält der Pansen von Kühen: Essigsäure – 850–1650 g, Propionsäure – 340–1160, Buttersäure – 240–450 g.

Bezogen auf Essigsäure werden im Pansen eines Schafes pro Tag 200-500 g flüchtige Fettsäuren gebildet. Ihre prozentuale Zusammensetzung ist wie folgt:

Einige dieser Säuren werden für die Synthese von Milchfett, Glykogen und anderen Substanzen verwendet (Abb. 22), während andere als Material für die Mikroflora zur Synthese von Aminosäuren und ihrem eigenen Protein dienen.

Die Synthese von Aminosäuren durch die Mikroflora im Vormagen von Wiederkäuern erfolgt durch stickstofffreie Fermentationsprodukte und Ammoniak. Die Ammoniakquelle sind die Abbauprodukte von Harnstoff, Ammoniumsalzen und

andere stickstoffhaltige Nahrungsergänzungsmittel. So wird Harnstoff unter dem Einfluss des von der Pansenmikroflora produzierten Urease-Enzyms in Ammoniak und Kohlendioxid zerlegt:

Die Quelle stickstofffreier Produkte sind meist Ketosäuren, die aus Fettsäuren gebildet werden (siehe oben). Diese Biosynthese hat üblicherweise den Charakter einer reduktiven Aminierung:

Aus Aminosäuren synthetisieren Mikroorganismen für ihre Existenz notwendige Proteine. Je nach Ernährung können im Pansen von Kühen 300-700 g bakterielles Protein pro Tag synthetisiert werden.

Vom Proventriculus gelangen die Futtermassen in den Labmagen, wo unter dem Einfluss von saurem Labsaft Mikroorganismen absterben und ihre Proteine ​​in Aminosäuren zerlegt werden.

Aus dem Magen (Abomasum) gelangen Futtermassen in kleinen Portionen in den Magen Dünndarm, wo der Proteinabbau abgeschlossen ist. Dabei handelt es sich um proteolytische Enzyme aus Pankreassekreten und Darmsaft. Diese Reaktionen finden in einer neutralen und leicht alkalischen Umgebung (pH 7-8,7) statt. Im Dünndarm neutralisieren Bikarbonate der Pankreassekretion und des Darmsaftes Salzsäure: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3.

Kohlensäure wird unter dem Einfluss des Enzyms Carboanhydrase in CO 2 und H 2 O zerlegt. Die Anwesenheit von CO 2 trägt zur Bildung einer stabilen Emulsion im Speisebrei bei, die die Verdauung erleichtert.

Etwa 30 % der Peptidbindungen von Proteinen werden durch Trypsin gespalten. Es wird in Form von inaktivem Trypsinogen freigesetzt und unter dem Einfluss des Enzyms der Darmschleimhaut, Enterokinase, in aktives Trypsin umgewandelt, wobei das Hexapeptid verloren geht, das zuvor das aktive Zentrum bedeckte (Abb. 23). Trypsin spaltet Peptidbindungen gebildet durch - COOH-Gruppen von Arginin und Lysin und - NH 2 -Gruppen anderer Aminosäuren.

Fast 50 % der Peptidbindungen werden durch Chymotrypsin gespalten. Es wird in Form von Chymotrypsinogen freigesetzt, das unter dem Einfluss von Trypsin in Chemotrypsin umgewandelt wird. Das Enzym spaltet Peptidbindungen, die durch COOH-Gruppen von Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan sowie NH 2 -Gruppen anderer Aminosäuren gebildet werden. Die restlichen Peptidbindungen werden durch Peptidasen des Darmsaftes und des Pankreassaftes – Carboxypeptidasen und Aminopeptidasen – gespalten.

Pankreassaft enthält Kollagenase (spaltet Kollagen ab) und Elastinase (hydrolysiert Elastin). Die Aktivität von Enzymen wird durch Mikroelemente aktiviert: Mg 2+, Mn 2+, Co 2+ usw. Die letzte Phase der Proteinverdauung wird im Diagramm widergespiegelt:

Die Verdauung von Proteinen erfolgt in der Darmhöhle und auf der Oberfläche der Schleimhaut (parietale Verdauung).

In der Darmhöhle werden Proteinmoleküle abgebaut und auf der Oberfläche der Schleimhaut ihre „Fragmente“: Albumosen, Peptone, Polypeptide, Tripeptide und Dipeptide.

Proteine ​​und deren Derivate, die im Dünndarm nicht abgebaut wurden, werden anschließend entfernt Doppelpunkt unterliegen der Fäulnis. Verrottung – mehrstufig

ein Prozess, an dem in bestimmten Stadien verschiedene Mikroorganismen beteiligt sind: anaerobe und aerobe Bakterien der Gattungen Bacillus und Pseudomonas, Ciliaten usw. Unter dem Einfluss bakterieller Peptidhydrolasen werden komplexe Proteine ​​in Proteine ​​und prosthetische Gruppen zerlegt. Proteine ​​wiederum werden zu Aminosäuren hydrolysiert und unterliegen einer Desaminierung, Decarboxylierung, intramolekularen Spaltung, Oxidation, Reduktion, Methylierung, Demethylierung usw. Es entstehen eine Reihe toxischer Produkte, die über die Darmschleimhaut in das Kreislauf- und Lymphsystem aufgenommen werden Sie werden durch den Körper transportiert und vergiften dessen Organe, Gewebe und Zellen.

So werden Aminosäuren beim Zerfall im Dickdarm decarboxyliert, was zur Bildung toxischer Amine, beispielsweise Cadaverin und Putrescin, führt.

Bei der Desaminierung (reduktiv, intramolekular, hydrolytisch, oxidativ) entstehen Ammoniak, gesättigte und ungesättigte Carbonsäuren, Hydroxysäuren und Ketosäuren.

Bakterielle Decarboxylasen können einen weiteren Abbau von Carbonsäuren unter Bildung von Kohlenwasserstoffen, Aldehyden, Alkoholen usw. bewirken: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;

Diese Prozesse laufen meist im Tandem und in Etappen ab, was letztendlich zur Entstehung verschiedenster Verrottungsprodukte führt. So entstehen beim fäulniserregenden Abbau zyklischer Aminosäuren folgende Phenole.

Bei der Fäulniszersetzung von Tryptophan entstehen Skatol und Indol.

Bei der fäulniserregenden Zersetzung von Cystin und Cystein entstehen Mercaptane, Schwefelwasserstoff, Methan und Kohlendioxid.

Die Prozesse der Proteinfäulnis entwickeln sich intensiv, wenn Tiere mit minderwertigem Futter gefüttert werden, das Fütterungsregime verletzt wird, bei Erkrankungen des Verdauungskanals (Atonie des Proventriculus, Verstopfung), Infektionskrankheiten (Kolibacillose) und invasiven Krankheiten (Ascariasis). Dies wirkt sich negativ auf die Gesundheit und Produktivität der Tiere aus.

Aufnahme von Proteinen. Proteine ​​werden in Form von Aminosäuren, Peptiden mit niedrigem Molekulargewicht und prosthetischen Gruppen absorbiert. Bei neugeborenen Tieren wird ein Teil der unverdauten Proteine ​​des Kolostrums und der Milch absorbiert. Der Aufnahmeort sind die Mikrovilli des Zottenepithels der Dünndarmschleimhaut. Aminosäuren gelangen durch die submikroskopischen Tubuli der Mikrovilli und die Exoplasmamembran aufgrund von Diffusions- und Osmoseprozessen mit Hilfe von Proteinträgern gegen Konzentration und elektrochemische Gradienten in die Zelle. Zunächst bindet die Aminosäure an den Transporter. Es ist ein polyvalentes Ion mit vier Bindungsstellen

Bindung an neutrale, saure und basische Aminosäuren sowie an das Na + -Ion. Nach dem Passieren der Membran wird die Aminosäure vom Träger abgespalten und wandert allmählich durch das endoplasmatische Retikulum und den Lamellenkomplex vom apikalen Rand zum basalen Bereich des Enterozyten (Abb. 24). Arginin, Methionin, Leucin werden schneller absorbiert; langsamer – Phenylalanin, Cystein, Tyrosin; langsam - Alanin, Serin und Glutaminsäure.

Die Natriumpumpe spielt bei Resorptionsprozessen eine wichtige Rolle, da Natriumchlorid die Resorption beschleunigt.

Die dabei verbrauchte chemische Energie wird von Mitochondrien bereitgestellt.

Ein Proteinträger ist an der Bewegung von Aminosäuren durch die Zelle beteiligt. Im basalen und lateralen Bereich der Zelle wird der Transporter + Aminosäurekomplex gespalten.

Die Aminosäure diffundiert in den Interzellularraum und gelangt ins Blut bzw

das Lymphsystem der Zotten, und Na + -Ionen kehren zur Zelloberfläche zurück und interagieren mit neuen Aminosäureportionen. Diese Prozesse werden durch das Nerven- und Humoralsystem reguliert.

Im Dickdarm werden Fäulnisprodukte absorbiert: Phenol, Kresol, Indol, Skatol usw.

Zwischenaustausch. Die Produkte der Proteinabsorption gelangen über das Pfortadersystem in die Leber. Die im Blut verbleibenden Aminosäuren gelangen nach der Passage durch die Leber aus der Lebervene in den systemischen Kreislauf und werden zu einzelnen Organen, Geweben und Zellen transportiert. Ein Teil der Aminosäuren aus der Interzellularflüssigkeit gelangt in das Lymphsystem und dann in den Körperkreislauf.

Blutplasma enthält eine bestimmte Menge an Aminosäuren und Polypeptiden. Ihr Inhalt erhöht sich nach der Fütterung.

Blutplasma ist reich an Glutamin und Glutaminsäure.

Die meisten Aminosäuren werden für die Biosynthese von Proteinen verwendet, einige für die Biosynthese biologisch aktiver Substanzen (Nicht-Protein-Hormone, Peptide, Amine usw.), einige werden desaminiert als Energierohstoff und Material für verwendet die Biosynthese von Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren usw.

Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese findet in allen Organen, Geweben und Zellen statt. Die größte Proteinmenge wird in der Leber synthetisiert. Seine Synthese erfolgt durch Ribosomen. Ribosomen sind ihrer chemischen Natur nach Nukleoproteine, die zu 50–65 % aus RNA und zu 35–50 % aus Proteinen bestehen.

Ribosomen entstehen durch Selbstorganisation aus vorsynthetisierter RNA und Proteinen. Sie sind Bestandteile des granulären endoplasmatischen Retikulums, wo die Biosynthese und Bewegung synthetisierter Proteinmoleküle stattfindet.

Ribosomen liegen in der Zelle in Form eines Clusters von 3 bis 100 Einheiten vor – Polysomen (Polyribosomen, Ergosomen). Ribosomen sind meist durch eine Art Faden miteinander verbunden, der im Elektronenmikroskop sichtbar ist – mRNA (Abb. 25).

Jedes Ribosom ist zur Synthese fähig

unabhängig voneinander eine Polypeptidkette, eine Gruppe – mehrere solcher Ketten und Proteinmoleküle. Ein Beispiel für ein großes polyribosomales System sind die Polysomen des Muskelgewebes, die Myosin synthetisieren. Ein Polysom ​​besteht aus 60–100 Ribosomen und führt die Biosynthese eines Proteinmoleküls durch, das aus 1800 Aminosäureresten besteht.

Die Proteinbiosynthese in einer Zelle durchläuft mehrere Stufen.

Aminosäureaktivierung. Aminosäuren gelangen durch Diffusion, Osmose oder aktive Übertragung aus der Interzellularflüssigkeit in das Hyaloplasma. Jede Art von Amino- und Iminosäure interagiert mit ihrem eigenen aktivierenden Enzym – der Aminoacylsynthetase. Die Reaktion wird durch Mg 2+-, Mn 2+- und Co 2+-Kationen aktiviert. Es erscheint eine aktivierte Aminosäure.

Verbindung aktivierter Aminosäuren mit tRNA. In der zweiten Stufe der Proteinbiosynthese werden aktivierte Aminosäuren (Aminoacyladenylate) aus ihren Verbindungen mit

die entsprechenden Enzyme werden auf die tRNA des Zytoplasmas übertragen. Der Prozess wird durch Aminoacyl-RNA-Synthetasen katalysiert.

Der Aminosäurerest ist über eine Carboxylgruppe mit der Hydroxylgruppe des zweiten Kohlenstoffatoms des Ribosenukleotids der tRNA verbunden.

Transport eines Komplexes aus aktivierter Aminosäure und tRNA zum Zellribosom. Die aktivierte Aminosäure wird, gekoppelt mit ihrer tRNA, vom Hyaloplasma auf das Ribosom übertragen. Der Prozess wird durch bestimmte Enzyme katalysiert, von denen es im Körper mindestens 20 gibt.

Eine Reihe von Aminosäuren werden von mehreren tRNAs transportiert (z. B. Valin und Leucin – von drei tRNAs). Dieser Prozess nutzt die Energie von GTP und ATP.

Bindung von Aminoacyl-tRNA an den mRNA-Ribosomen-Komplex. Aminoacyl-tRNA, die sich dem Ribosom nähert, interagiert mit mRNA. Jede tRNA hat eine Region, die aus drei Nukleotiden besteht – Antigsodon. In der mRNA entspricht es einer Region mit drei Nukleotiden – Codon. Jedes Codon hat ein tRNA-Anticodon und eine Aminosäure. Bei der Biosynthese werden dem Ribosom Aminosäuren in Form von Aminoacyl-tRNA hinzugefügt, die anschließend in der Reihenfolge, die durch die Platzierung der Ko-Dons in der mRNA bestimmt wird, zu einer Polypeptidkette kombiniert werden.

Initiierung einer Polypeptidkette. Nachdem zwei benachbarte Aminoacyl-tRNAs mit ihren Anticodons die mRNA-Codons verbunden haben, werden Bedingungen für die Synthese der Polypeptidkette geschaffen. Die erste Peptidbindung wird gebildet. Diese Prozesse werden durch Peptidsynthetasen katalysiert und durch Mg 2+-Kationen und Proteininitiationsfaktoren – F 1, F 2 und F 3 – aktiviert. Die Quelle chemischer Energie ist

GTF. Die Verbindung erfolgt durch die CO-Gruppe der ersten und die NH 2-Gruppe der zweiten Aminoacyl-tRNA.

Diese Reaktionen finden an der freien 30S-Untereinheit statt. Die 50S-Untereinheit schließt sich dem Initiationskomplex an und sie verbinden sich zu einem Ribosom, das an die mRNA gebunden ist. Jeder Initiierungsschritt erfordert ein GTP-Molekül.

Verlängerung einer Polypeptidkette. Die Initiierung der Polypeptidkette beginnt am N-Terminus, da die -NH 2 -Gruppe der ersten Aminosäure im resultierenden Dipeptid erhalten bleibt. Die erste tRNA, die ihre Aminosäure mitbringt, wird vom mRNA-Ribosomen-Komplex abgespalten und zum Hyaloplasma „geschickt“, um eine neue Aminosäure zu erhalten. Das mit der zweiten tRNA verbundene Dipeptid (siehe oben) interagiert mit der dritten Aminoacyl-tRNA, es entsteht ein Tripeptid und die zweite tRNA verlässt das Ribosom in das Hyaloplasma usw. Die Peptidkette verlängert sich dadurch die sequentielle Hinzufügung neuer Aminosäurereste. Das Ribosom bewegt sich nach und nach entlang der mRNA und wandelt die darin kodierten Informationen in eine klar organisierte Polypeptidkette um. Mit jedem Schritt des Ribosoms wird eine neue Peptidyl-tRNA gebildet, die um einen Aminosäurerest erhöht wird. Der Prozess wird durch Peptidyltransferase katalysiert und durch Mg 2+ -Kationen und Proteinfaktoren (EF-Tu, EF-Ts, EF-G) aktiviert. Die Energiequelle ist GTP. Auf einem Polysom ​​werden mehrere Peptidketten synchron synthetisiert. Dadurch entsteht die Primärstruktur des Proteinmoleküls.

Abbruch der Polypeptidkette. Das Ribosom, auf dessen Oberfläche die Polypeptidkette synthetisiert wurde, erreicht das Ende der mRNA-Kette und „springt“ von dieser ab; An seiner Stelle heftet sich ein neues Ribosom an das gegenüberliegende Ende der mRNA und synthetisiert das nächste Polypeptidmolekül. Die Polypeptidkette wird vom Ribosom gelöst und in das Hyaloplasma freigesetzt. Diese Reaktion wird durch einen spezifischen Freisetzungsfaktor (R-Faktor) durchgeführt, der mit dem Ribosom verbunden ist und die Hydrolyse der Esterbindung zwischen dem Polypeptid und der tRNA erleichtert. Alle Stufen werden durch ein Diagramm (Farbe, Tabelle III) zusammengefasst.

Im Hyaloplasma werden aus Polypeptidketten einfache und komplexe Proteine ​​gebildet. Es entstehen Sekundär-, Tertiär- und teilweise auch Quartärstrukturen des Proteinmoleküls.

Erneuerung der Proteine ​​im Körper. Proteine ​​befinden sich in einem dynamischen Zustand und unterliegen ständigen Synthese- und Abbauprozessen. Im Laufe ihres Lebens „verschleißen“ sie allmählich – ihre Quartär-, Tertiär-, Sekundär- und Primärstrukturen werden zerstört. Proteinfunktionelle Gruppen werden inaktiviert und Bindungen im Proteinmolekül zerstört. Es besteht die Notwendigkeit, „abgenutzte“ Proteinmoleküle durch neue zu ersetzen.

Abhängig vom Grad der Schädigung des Proteinmoleküls wird es teilweise oder vollständig erneuert. Im ersten Fall werden unter dem Einfluss spezieller Enzyme kleine Abschnitte von Polypeptidketten oder einzelne Aminosäurereste erneuert (Transpeptidierung). Im zweiten Fall wird das „abgenutzte“ Proteinmolekül vollständig durch ein neues ersetzt. Das beschädigte Proteinmolekül zerfällt unter dem Einfluss von Gewebeproteasen oder Cathepsinen I, II, III und IV, die in Lysosomen lokalisiert sind. Das Proteinmolekül durchläuft die für diese Stoffe üblichen Umwandlungen.

Proteine ​​im menschlichen Körper werden im Allgemeinen innerhalb von 135–155 Tagen erneuert. Die Proteine ​​der Leber, der Bauchspeicheldrüse, der Darmwand und des Blutplasmas werden innerhalb von 10 Tagen erneuert, Muskeln – 30 Tage, Kollagen – 300 Tage. Die Synthese eines Proteinmoleküls in einer Zelle erfolgt schnell – innerhalb von 2–5 s. Im erwachsenen Körper werden täglich 90–100 g Protein synthetisiert (1,3 g pro 1 kg).

Massen). Der Grad der Erneuerung nimmt mit zunehmendem Alter, Krankheit usw. ab.

Peptidbiosynthese

Einige endo- und exogene Aminosäuren werden für die Synthese von Peptiden verwendet.

Glutathion. Es ist ein Tripeptid, das aus Glutaminsäure-, Cystein- und Glycinresten gebildet wird.

Die Biosynthese erfolgt in zwei Stufen. Also zunächst unter dem Einfluss des Enzyms γ -Glutamylcystein-Synthetase bildet ein Dipeptid-, dann unter Beteiligung der Tripeptid-Synthetase - Tripeptid-Glutathion:

Es ist integraler Bestandteil vieler Enzyme und schützt die SH-Gruppen von Proteinen vor Oxidation.

Carnosin und Anserin. Dipeptide des Muskelgewebes. Carnosin entsteht aus Histidin und β -Alanin, Anserin – aus 1-Methylhistidin und β -Alanin.

Peptide werden unter dem Einfluss spezifischer Enzyme unter Beteiligung von ATP- und Mg 2+-Ionen synthetisiert. Die Reaktionen laufen in zwei Stufen ab, beispielsweise die Synthese von Carnosin.

Biosynthese und Stoffwechsel einzelner Aminosäuren

Nichtessentielle Aminosäuren werden im Körpergewebe synthetisiert; essentielle Stoffe gelangen über die Nahrung in den Körper; Bedingt essentielle Stoffe werden in begrenztem Umfang (Arginin und Histidin) oder in Gegenwart von Vorläufern (Tyrosin und Cystein) im Gewebe synthetisiert. Eine bestimmte Menge an Aminosäuren wird von der symbiotischen Mikroflora im Verdauungskanal synthetisiert.

Das am häufigsten für die Synthese von Aminosäuren verwendete Material ist α -Keto- und α -Hydroxysäuren, die im Gewebe beim Zwischenstoffwechsel von Kohlenhydraten, Lipiden und anderen Verbindungen gebildet werden. Die Stickstoffquelle sind Ammoniak und Ammoniumsalze, die Wasserstoffquelle ist NAD∙H 2 oder NADP∙H 2 .

Wenn die Quelle einer Aminosäure eine Ketosäure ist, kann sie einer reduktiven Aminierung unterzogen werden, die in zwei Schritten erfolgt: Zuerst wird eine Iminosäure gebildet, dann eine Aminosäure.

So entsteht Alanin aus Brenztraubensäure, Asparaginsäure und Glutaminsäure aus Oxalessigsäure usw.

Ein Teil der Glutaminsäure kann daraus synthetisiert werden α -Ketoglutarsäure unter der Wirkung des Enzyms L-Glutamatdehydrogenase.

Glutaminsäure wird von Geweben als Aminogruppenspender verwendet.

Einzelne Aminosäuren können aus anderen Aminosäuren durch Transaminierung (A.E. Braunstein und M.G. Kritsman, 1937) unter dem Einfluss von Aminoferase-Enzymen gebildet werden, deren integraler Bestandteil ein Derivat von Vitamin B 6 ist – Pyridoxalphosphat, das die Rolle von a spielt Träger von NH 2 -Gruppen (S. 271).

So entsteht Glycin aus Serin oder Threonin; Alanin – aus Glutamin- und Asparaginsäure, Tryptophan oder Cystein; Tyrosin aus Phenylalanin; Cystein und Cystin – aus Serin oder Methionin; Glutaminsäure wird aus Prolin oder Arginin usw. gebildet.

Der Stoffwechsel einzelner Aminosäuren weist bestimmte Besonderheiten auf.

Glycin. Beteiligt sich an einer Reihe wichtiger Biosynthesereaktionen. Daraus entstehen also:

Im Lebergewebe ist Glycin an der Neutralisierung toxischer Verbindungen beteiligt – Benzoin,

Phenylessigsäuren und Phenole bilden paarige Verbindungen, die mit dem Urin ausgeschieden werden.

Alanin. Entstanden durch Transaminierung von Brenztraubensäure (siehe oben). Existiert im Formular α - Und β -Formen Beteiligt sich an der Biosynthese.

Asparaginsäure. Es entsteht üblicherweise durch Transaminierung von Oxalessigsäure (siehe oben). Zusammen mit Glutaminsäure stellt es einen Zusammenhang zwischen dem Stoffwechsel von Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden her. Dient als Spender von Aminogruppen in

Transaminierungsreaktionen. Die Hauptreaktionen sind im Diagramm dargestellt.

Glutaminsäure. Im Gewebe als Teil von Proteinen, in freiem Zustand und in Form eines Amids enthalten. Aminogruppendonor bei Transaminierungsreaktionen. Die Hauptstoffe, an deren Synthese Säure beteiligt ist:

Serin und Threonin. Ihr Stoffwechsel steht in engem Zusammenhang mit dem Glycinstoffwechsel. Serin wird im Gewebe aus 3-Phosphoglycerinsäure gebildet. Glycin entsteht aus Serin durch die Übertragung eines Ein-Kohlenstoff-Fragments (C 1) auf Tetrahydrofolsäure (THFA, s. S. 311). Glycin kann aus Threonin gebildet werden. Das C1-Fragment wird für die Synthese von Histidin und Purinen verwendet. Aus Serin und Threonin entsteht Brenztraubensäure, die mit Hilfe von Acetyl-CoA in den TCA-Zyklus einbezogen wird.

Einige der Transformationen sind im Diagramm dargestellt:

Die Hydroxylgruppe von Serin ist Teil des aktiven Zentrums vieler Enzyme: Trypsin, Chemo-Trypsin, Esterasen, Phosphorylasen.

Methionin. Es ist Bestandteil vieler Proteine. Dient als Spender für die Metallgruppe. Die Übertragung der Methylgruppe während des Remethylierungsprozesses erfolgt unter dem Einfluss der entsprechenden Methyltransferasen durch S-Adenosylmethionin:

Die Vorstufe von Methionin ist Asparaginsäure, die über mehrere Stufen (Homoserin, 0-Succinylhomoserin, Cystein, Cystathionin, Homocystein) in Methionin umgewandelt wird.

Cystein und Cystin. Bestandteile vieler Proteine, Peptide, Hormone und anderer Verbindungen. Die SH-Gruppe von Cystein ist integraler Bestandteil der aktiven Zentren einer Reihe von Enzymen. Die Beteiligung von Cystein am Stoffwechsel spiegelt sich teilweise im Diagramm wider:

Arginin und Ornithin. Arginin entsteht bei der Umwandlung von Kohlendioxid und Ammoniak in Harnstoff.

Beide Aminosäuren sind an der Bildung einer Reihe lebenswichtiger Stoffe beteiligt.

Lysin. Die wichtigste Aminosäure. Beteiligt sich an der Synthese vieler Substanzen.

Die Σ-Aminogruppe des Lysinrestes ist an der Bildung der Bindung zwischen Apo- und Coenzymen, insbesondere bei der Bildung des Biotin-Enzyms, beteiligt. Lysin spielt eine wichtige Rolle bei der Bindung von Phosphor während der Mineralisierung des Knochengewebes und anderen Prozessen.

Phenylalanin und Tyrosin. Ihre Umwandlungen im Körper gehen in folgende Richtungen: Biosynthese von Proteinen und Peptiden, Bildung

proteinogene Amine, Hormone und Pigmente, Oxidation zu Endprodukten mit Kernbruch usw.:

Tryptophan. Die wichtigste Aminosäure. Seine Transformationen werden durch das Diagramm veranschaulicht:

Histidin. Bezieht sich auf essentielle Aminosäuren. Beteiligt sich an der Biosynthese und dem Stoffwechsel vieler lebenswichtiger Substanzen:

Prolin und Hydroxyprolin. Hydroxyprolin entsteht aus Prolin. Der Prozess ist irreversibel. Beide Iminosäuren werden für die Biosynthese von Proteinen usw. verwendet.

Umwandlung stickstofffreier Reste von Aminosäuren

Einige der bei der Proteinsynthese nicht verwendeten Aminosäuren und deren Derivate durchlaufen Zersetzungsprozesse zu Ammoniak und Carbonsäuren. Ammoniak wird im Ornithinzyklus in der Leber neutralisiert. Unter den verschiedenen Arten der Desaminierung überwiegt die oxidative Desaminierung. Die entstehenden Ketosäuren werden vom Gewebe für verschiedene Zwecke genutzt. Basierend auf der Verwendungsrichtung des stickstofffreien Rückstands werden Aminosäuren in zwei Typen unterteilt: glukoplastische und lipoplastische. Glukoplastische Aminosäuren (Alanin, Serin, Cystein etc.) bilden meist Brenztraubensäure, die als Ausgangsstoff für die Biosynthese von Glucose und Glykogen dient.

Aus lipoplastischen Aminosäuren (Leucin, Isoleucin, Arginin, Ornithin, Lysin usw.) entsteht nach der Desaminierung Acetessigsäure – eine Quelle für die Biosynthese höherer Fettsäuren.

α -Ketosäuren, die bei der oxidativen Desaminierung von Aminosäuren entstehen, werden decarboxyliert und gleichzeitig zu Fettsäuren oxidiert.

Die entstehende Fettsäure kann einer Behandlung unterzogen werden β -Oxidation entsteht Acetyl-CoA – eine Quelle chemischer Energie oder Rohstoff für die Biosynthese vieler Stoffe.

Merkmale des Zwischenstoffwechsels komplexer Proteine

Die Biosynthese komplexer Proteine ​​verläuft ähnlich wie die Biosynthese von Proteinen. In diesem Fall werden die Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen des Proteinmoleküls unter Hinzufügung der entsprechenden prosthetischen Gruppe gebildet.

Chromoproteinstoffwechsel. Der tierische Körper enthält eine Reihe von Chromoproteinen: Hämoglobin, Myoglobin, Cytochrome, Häminenzyme usw.

Sie zeichnen sich durch das Vorhandensein eines Hämmoleküls aus. Die Biosynthese von Hämoglobin wurde am ausführlichsten untersucht.

Die Hauptbestandteile des Hämoglobinmoleküls werden in den blutbildenden Organen gebildet: rotes Knochenmark, Milz, Leber. Globin wird auf die für Proteine ​​übliche Weise aus Aminosäuren synthetisiert. Die Hämbildung erfolgt unter Beteiligung von Enzymen über mehrere Stufen.

Aus zwei Molekülen δ -Aminolävulinsäure produziert Porphobilinogen, das einen Pyrrolring enthält.

Porphobilinogen bildet dann eine zyklische Verbindung aus vier Pyrrolringen, Uroporphyrin.

In weiteren Umwandlungen entsteht aus Uroporphyrin Protoporphyrin. Unter dem Einfluss des Enzyms Hämosynthetase wird Eisen (Fe 2+) in das Protoporphyrinmolekül eingebaut und Häm gebildet, das über einen Histidinrest an das einfache Protein Globin bindet und eine Untereinheit des Hämoglobinmoleküls bildet.

Hämoglobin macht 90-95 % der Trockenmasse der roten Blutkörperchen aus.

Stoffwechsel von Lipoproteinen, Glykoproteinen und Phosphoproteinen nicht viel anders als der Stoffwechsel einfacher Proteine. Ihre Synthese verläuft ähnlich wie bei anderen Proteinen – unter Bildung von Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen. Der Unterschied besteht darin, dass während der Synthese unterschiedliche prosthetische Gruppen an den Proteinteil der Moleküle gebunden werden. Wenn ein komplexes Proteinmolekül zerfällt, wird der Proteinteil in Aminosäuren und die prosthetischen Gruppen (Lipid, Kohlenhydrate, Phosphorester von Aminosäuren) in einfache Verbindungen zerlegt.

Der ultimative Austausch. Beim Zwischenstoffwechsel entstehen zahlreiche chemische Verbindungen, die als Eiweißabbauprodukte aus dem Körper ausgeschieden werden. Insbesondere Kohlendioxid wird von der Lunge, Wasser von den Nieren, mit Schweiß, im Kot und mit der ausgeatmeten Luft freigesetzt. Viele andere Produkte des Proteinstoffwechsels, insbesondere stickstoffhaltige, werden in Form von Harnstoff, Paarverbindungen usw. ausgeschieden.

Ammoniak-Umwandlung. Ammoniak entsteht bei der Desaminierung von Aminosäuren, Purin- und Pyrimidinbasen, Nikotinsäure und ihren Derivaten sowie anderen stickstoffhaltigen Verbindungen. Tagsüber werden im menschlichen Körper 100–120 g Aminosäuren desaminiert, es entstehen 16–19 g Stickstoff bzw. 18–23 g Ammoniak. Grundsätzlich wird Ammoniak im Körper von Nutztieren in Form von Harnstoff neutralisiert, teilweise in Form von Allantoin, Harnsäure und Ammoniumsalzen. Bei Vögeln und Reptilien ist Harnsäure das Hauptendprodukt des Stickstoffstoffwechsels.

Harnstoff- das Hauptendprodukt des Stickstoffstoffwechsels bei den meisten Wirbeltieren und Menschen. Es macht 80-90 % aller stickstoffhaltigen Substanzen im Urin aus. Es wurde eine moderne Theorie der Harnstoffbildung in der Leber entwickelt – der Ornithin-Krebs-Zyklus.

1. NH 3 und CO 2, die bei der Desaminierung und Decarboxylierung abgespalten werden, verbinden sich unter dem Einfluss des Enzyms Carbamoylphosphat-Synthetase zu Carbamoylphosphat.

2. Carbamoylphosphat bildet mit Ornithin unter Beteiligung der Ornithin-Carbamoyltransferase Citrullin.

3. Unter dem Einfluss der Argininosuccinat-Synthetase interagiert es mit Asparaginsäure und bildet Argininosuccinsäure.

4. Argininobernsteinsäure wird unter dem Einfluss der Argininobernsteinsäure-Lyase in Arginin und Fumarsäure zerlegt.

5. Arginin wird unter dem Einfluss von Arginase in Ornithin und Harnstoff zerlegt, die mit Urin und Schweiß aus dem Körper ausgeschieden werden:

Ornithin reagiert mit neuen Portionen Carbamoylphosphat und der Zyklus wiederholt sich.

Ein Teil des Ammoniaks im Gewebe wird dabei gebunden Bildung von Amiden - Asparagin oder Glutamin die zur Leber transportiert werden. Sie werden in der Leber hydrolysiert, woraufhin aus Ammoniak Harnstoff entsteht. Ein Teil des Ammoniaks wird von Geweben zur reduktiven Aminierung von Ketosäuren verwendet, was zur Bildung von Aminosäuren führt.

Darüber hinaus ist Ammoniak im Nierengewebe an der Neutralisierung organischer und anorganischer Säuren beteiligt:

Umwandlungen anderer Produkte des Endproteinstoffwechsels. Im Prozess des Proteinstoffwechsels entstehen auch andere Endstoffwechselprodukte, insbesondere Derivate von Purin- und Pyrimidinbasen, Gase (beim Stuhlgang freigesetzt), Phenole, Indol, Skatol, Schwefelsäure usw. Besonders viele dieser Stoffe sind es entstehen im Dickdarm beim Zerfall von Proteinen.

Diese toxischen Verbindungen werden in der Leber durch die Bildung sogenannter Paarsäuren neutralisiert, die im Urin, teilweise im Schweiß und im Kot, freigesetzt werden.

Indol und Skatol, die bei der Fäulniszersetzung von Tryptophan entstehen, werden in Indoxyl und Skatoxyl umgewandelt. Sie bilden Paarverbindungen mit Glucuronsäure oder Schwefelsäure.

Umwandlungen von Abbauprodukten von Chromoproteinen. Beim Abbau von Chromoproteinen entstehen Globin und Häm. Globin durchläuft die üblichen, für Proteine ​​typischen Umwandlungen. Häm dient als Bildungsquelle

Pigmente von Galle, Urin und Kot. Wenn Hämoglobin oxidiert wird, wird es zu Verdohämoglobin(Choleglobin). Verdohämoglobin verliert seinen Proteinanteil und seine Eisenatome, was zur Bildung einer grünen Substanz führt – Biliverdin. Biliverdin wird zu einem roten Pigment reduziert - Bilirubin. Bilirubin entsteht aus Mesobilirubin, was nach der nächsten Restaurierung wird Urobilinogen. Urobilinogen wird im Darm in Stuhlfarbstoffe umgewandelt – Sterkobilinogen Und Stercobilin, in den Nieren - in Urinpigment Urobilin.

Häm-Abbauprodukte werden vom Körper für verschiedene Zwecke genutzt. Daher wird Eisen in Form von Ferritinen in den Organen abgelagert. Biliverdin und Bilirubin sind Gallenfarbstoffe, die übrigen Stoffe sind Urin- und Kotfarbstoffe. Der Abbau von Myoglobin verläuft auf ähnliche Weise.

Regulierung des Proteinstoffwechsels. Einen besonderen Platz in der Regulation nehmen die Großhirnrinde und die subkortikalen Zentren ein. Der Hypothalamus enthält ein Zentrum für den Proteinstoffwechsel. Die Regulierung erfolgt reflexartig als Reaktion auf Reizungen.

Die Wirkung von Hormonen auf die Proteinbiosynthese erfolgt durch die Stimulierung der mRNA-Bildung. Somatotropin verbessert die Proteinsyntheseprozesse. Die Proteinbiosynthese wird teilweise durch Insulin aktiviert

Andro- und Östrogene, Thyroxin. Glukokortikoide aus der Nebennierenrinde regen den Proteinabbau und die Freisetzung stickstoffhaltiger Substanzen an.

Die Wirkung von Hormonen auf den Proteinstoffwechsel ist mit Veränderungen in der Geschwindigkeit und Richtung enzymatischer Reaktionen verbunden. Die Biosynthese und damit die Aktivität der am Proteinstoffwechsel beteiligten Enzyme hängt von der Anwesenheit ausreichender Vitamine im Futter ab. Insbesondere Pyridoxalphosphat ist ein Coenzym der Aminosäuredecarboxylasen, Vitamin B 2 ist Bestandteil des Coenzyms der Aminooxidasen, Vitamin PP ist die Grundlage der Glutaminsäuredehydrase, ohne Vitamin C kann die Biosynthese von Prolin und Hydroxyprolin nicht stattfinden usw .

Pathologie des Proteinstoffwechsels. Bei infektiösen, invasiven und nicht übertragbaren Krankheiten ist der Proteinstoffwechsel gestört. Störungen des Proteinstoffwechsels können durch eine falsch formulierte Ernährung, die Fütterung mit minderwertigem Futter, die Nichteinhaltung des Fütterungsregimes usw. verursacht werden. Dies führt zu einer Verringerung der Produktivität der Tiere, einer Verschlechterung ihres Gesundheitszustands und manchmal sogar Tod.

Pathologien des Proteinstoffwechsels manifestieren sich in verschiedenen Formen.

Proteinfasten. Es gibt zwei Arten von Proteinmangel: primär, wenn das Futter nicht genügend essentielle Aminosäuren enthält, und sekundär, verursacht durch Erkrankungen des Verdauungskanals, der Leber und der Bauchspeicheldrüse. Bei Tieren verlangsamt sich das Wachstum, es treten allgemeine Schwäche und Schwellungen auf, die Knochenbildung ist beeinträchtigt, Appetitlosigkeit und Durchfall werden beobachtet. Es kommt zu einer negativen Stickstoffbilanz, es kommt zu einer Hypoproteinämie (der Proteingehalt im Blut sinkt um 30-50 %).

Störung des Aminosäurestoffwechsels. Es erscheint in mehreren Formen. So steigt bei einigen Lebererkrankungen (Hepatitis, Zirrhose, akute Gelbdystrophie) der Gehalt an Aminosäuren im Blut und Urin stark an – es kommt zu Alkaptonurie. Insbesondere wenn der Tyrosinstoffwechsel gestört ist, entwickelt sich eine Alkaptonurie, begleitet von einer starken Verdunkelung des Urins nach dem Stehen an der Luft. Bei Cystinose lagert sich Cystin in Leber, Nieren, Milz, Lymphknoten, Darm usw. ab

Es liegt ein Überschuss an Cystin im Urin vor (Cystinurie). Bei Phenylketonurie erscheint eine große Menge Phenylbrenztraubensäure im Urin. Vitaminmangel ist häufig die Ursache für solche Störungen.

Verletzung des Stoffwechsels komplexer Proteine. Am häufigsten äußern sie sich in Form von Störungen des Nukleinsäure- und Porphyrinstoffwechsels. Im letzteren Fall ist der Austausch von Hämoglobin, Myoglobin und anderen Proteinen gestört. So kommt es bei verschiedenen Leberschäden (Hepatitis, Faszioliasis etc.) zu einer Hyperbilirubinämie – der Bilirubingehalt im Blut steigt auf 0,3 – 0,35 g/l. Der Urin wird dunkel, es treten große Mengen Urobilin darin auf und es kommt zu einer Urobilinurie. Manchmal wird Porphyrie beobachtet – ein Anstieg des Porphyringehalts im Blut und im Gewebe. Dies führt zu Porfinurie und der Urin wird rot.

Kontrollfragen

1. Was sind Proteine, welche Bedeutung haben sie, chemische Zusammensetzung, physikalisch-chemische Eigenschaften, Struktur (primär, sekundär, tertiär, quartär)? Ihre Klassifizierung.

2. Beschreiben Sie die Hauptgruppen und Untergruppen der Aminosäuren, geben Sie die Strukturformeln der wichtigsten von ihnen an und analysieren Sie ihre Eigenschaften.

3. Was ist Stickstoffbilanz, Proteinminimum, vollständige und unvollständige Proteine, nicht essentielle, bedingt essentielle und essentielle Aminosäuren? Schreiben Sie die Formeln der essentiellen Aminosäuren.

4. Analysieren Sie die Hauptstadien des Proteinstoffwechsels im Körper verschiedener Arten von Nutztieren – Verdauung, Absorption, Zwischenstoffwechsel (Biosynthese und Abbau) und Endstoffwechsel.

5. Wie wird der Proteinstoffwechsel im Körper von Tieren reguliert und wie äußert sich die Pathologie des Proteinstoffwechsels?

Im erwachsenen menschlichen Körper erfolgt der Stickstoffstoffwechsel im Allgemeinen ausgewogen, das heißt, die Mengen an einströmendem und ausströmendem Proteinstickstoff sind ungefähr gleich. Wird nur ein Teil des neu zugeführten Stickstoffs abgegeben, stellt sich der Rest ein positiv. Dies wird beispielsweise beim Wachstum eines Organismus beobachtet. Negativ Gleichgewicht ist selten, hauptsächlich als Folge von Krankheiten.

Aus der Nahrung gewonnene Proteine ​​werden im Magen-Darm-Trakt vollständig zu Aminosäuren hydrolysiert, die absorbiert und im Blutkreislauf des Körpers verteilt werden (siehe). 8 von 20 Proteinaminosäuren können im menschlichen Körper nicht synthetisiert werden (siehe). Diese essentielle Aminosäuren müssen mit Nahrung versorgt werden (siehe).

Der Körper verliert ständig Eiweiß über den Darm und in geringem Maße auch über die Nieren. Aufgrund dieser unvermeidlichen Verluste ist es notwendig, täglich mindestens 30 g Protein über die Nahrung aufzunehmen. In einigen Ländern wird dieser Mindeststandard kaum eingehalten, während in Industrieländern der Proteingehalt von Lebensmitteln meist deutlich über der Norm liegt. Aminosäuren werden im Körper nicht gespeichert; bei einem Überangebot an Aminosäuren in der Leber werden bis zu 100 g Aminosäuren pro Tag oxidiert bzw. verbraucht. Der darin enthaltene Stickstoff wird in Harnstoff umgewandelt (siehe) und in dieser Form mit dem Urin ausgeschieden, und das Kohlenstoffgerüst wird bei der Synthese von Kohlenhydraten, Lipiden (siehe) verwendet oder zu ATP oxidiert.

Man geht davon aus, dass im erwachsenen Körper täglich 300-400 g Protein in Aminosäuren zerlegt werden ( Proteolyse). Gleichzeitig ist ungefähr die gleiche Menge an Aminosäuren in den neu gebildeten Proteinmolekülen enthalten ( Proteinbiosynthese). Ein hoher Proteinumsatz im Körper ist notwendig, da viele Proteine ​​relativ sind kurzlebig: Sie beginnen sich einige Stunden nach der Synthese zu erneuern und die biochemische Halbwertszeit beträgt 2–8 Tage. Sie erweisen sich als noch kurzlebiger Schlüsselenzyme Zwischenaustausch. Sie werden einige Stunden nach der Synthese aktualisiert. Dieser ständige Abbau und die Neusynthese ermöglichen es den Zellen, die Menge und Aktivität der wichtigsten Enzyme schnell an den Stoffwechselbedarf anzupassen. Besonders langlebig sind dagegen Strukturproteine, Histone, Hämoglobin oder Zytoskelettbestandteile.

Fast alle Zellen sind leistungsfähig Biosynthese Proteine ​​(im Diagramm oben links). Aufbau einer Peptidkette durch Sendungen am Ribosom wird in den Artikeln besprochen. Allerdings entstehen die aktiven Formen der meisten Proteine ​​erst nach einer Reihe weiterer Schritte. Zunächst muss mit Hilfe von Hilfs-Chaperon-Proteinen eine biologisch aktive Konformation der Peptidkette gebildet werden ( Gerinnung, cm. , ). Mit Posttranslational Reifung Bei vielen Proteinen werden Teile der Peptidkette entfernt oder zusätzliche Gruppen hinzugefügt, beispielsweise Oligosaccharide oder Lipide. Diese Prozesse finden im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat statt (siehe). Schließlich müssen Proteine ​​zum entsprechenden Gewebe oder Organ transportiert werden ( Sortierung, cm. ).

Intrazellulär Zerstörung von Proteinen ( Proteolyse) kommt teilweise in Liposomen vor. Darüber hinaus enthält das Zytoplasma Organellen, die sogenannten Proteasome, bei dem falsch gefaltete oder denaturierte Proteine ​​zerstört werden. Solche Moleküle werden mit speziellen Methoden erkannt Markierungen(cm. ).

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Das zugrunde liegende Leben. In der belebten Natur ist die gesamte Summe chemischer Reaktionen auf ein Ziel ausgerichtet – die Reproduktion von Eiweißkörpern. Alle anderen Arten des Stoffwechsels – Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und Mineralien – sorgen für den Proteinstoffwechsel, insbesondere für die Biosynthese spezifischer Proteine.

Der Proteinstoffwechsel im Körper spielt eine führende Rolle und daher ist es notwendig, diese systematisch aus der äußeren Umgebung, hauptsächlich mit Proteinen pflanzlichen und tierischen Ursprungs, aufzufüllen. Das Proteinproblem war und ist das Hauptproblem der Menschheit. Heutzutage mangelt es einem Drittel der Menschheit an Proteinen in ihrer Ernährung.

Die Hauptproteinquelle in der menschlichen Ernährung sind tierische Proteine ​​– Fleisch, Milch, Eier. Wenn zur Deckung des menschlichen Ernährungsbedarfs eine Getreideproduktion in Höhe von 1 Tonne pro Person und Jahr erforderlich ist, werden von dieser Menge zwei Drittel des Getreides zur Viehfütterung verwendet, um vollständige Proteine ​​tierischen Ursprungs zu erhalten. Der Verzehr von Getreide zu Futterzwecken spielt eine große Rolle bei der Produktion von Vollproteinen, daher muss angestrebt werden, den Verbrauch von Konzentraten bei der Produktion von Tierprodukten zu reduzieren. In dieser Hinsicht unterscheiden sich verschiedene Tierarten stark voneinander. So ist Geflügel in der Lage, Getreide schnell zu verarbeiten und die nötige Menge an Fleisch und Eiern bereitzustellen. Die Produktion verfügt über Industrietechnologie und ist gut mechanisiert, erfordert jedoch Konzentrate.

Auch Schweine liefern ein schnelles Wachstum und eine schnelle Produktion, innerhalb eines Jahres bis zu 100 kg oder mehr; aber die Kosten bestehen hauptsächlich aus Konzentraten. Durch die Kombination von Silage können Sie den Kraftfutteranteil in der Schweinefütterung teilweise reduzieren.

Rinder – können vollständig aus Pflanzenfutter (ohne Getreide) produzieren. Es ist kein menschlicher Konkurrent beim Getreidekonsum. Diese Funktion sollte immer im Gedächtnis bleiben. Um Milch zu gewinnen, beträgt der Anteil an Kraftfutter in der Ernährung einer Kuh sehr oft 60 %. Das ist sehr viel. Das Ziel besteht darin, ihn auf 20–30 % zu reduzieren, was realistisch und bei ausreichender Fütterung, vor allem mit Futterprotein, möglich ist.

Nährwert des Futters, in % des Trockengewichts (nach A.V. Chechetkin).

Tabelle 10.1

Die meisten pflanzlichen Lebensmittel enthalten wenig Eiweiß, mit Ausnahme von Erbsen, Soja sowie tierischen und bakteriellen Lebensmitteln.

Proteine ​​können, wenn sie im Körper oxidiert werden, als Energiequelle dienen, aber der Körper von Tieren und Vögeln kommt nicht ohne die systematische Aufnahme von Proteinen mit der Nahrung aus. Experimente zeigen, dass der langfristige Verzicht auf Kohlenhydrate und Fette aus der Ernährung eines Tieres kaum Auswirkungen auf die Produktivität hat; Der Ausschluss von Protein aus der Nahrung führt zu einer Verringerung der Produktivität und ein längerer Ausschluss führt zum Tod des Tieres. Ohne Futterproteine ​​ist nicht nur eine hohe Produktivität, sondern auch das Leben des Tieres unmöglich.

Im Laufe des Lebens eines Organismus werden seine Zellen viele Male ersetzt. Beispielsweise werden rote Blutkörperchen in 100–120 Tagen vollständig erneuert, das Epithel der Haut und der Schleimhäute sowie anderer Gewebe wird intensiv ersetzt. Proteine ​​spielen eine große Rolle für einen wachsenden Organismus, für Tiere, deren Produktivität auf Milch, Eiern und Wolle basiert.

Beispielsweise verliert eine Kuh mit einer Leistung von 20 kg Milch täglich 0,5 kg Eiweiß in der Milch. Proteine ​​machen 20 % des Körpergewichts aus, wovon 95 % des Proteinstickstoffs aus Aminosäuren stammen. Wenn das Lebendgewicht einer Kuh 500 kg beträgt, dann bestehen 100 kg dieser Menge aus Aminosäuren. Ohne Proteine ​​und Aminosäuren kann die Reproduktion der Grundelemente von Zellen, Geweben und Organen sowie die Synthese von Enzymen und Hormonen nicht gewährleistet werden. Der Proteinstoffwechsel kann anhand der Stickstoffbilanzindikatoren beurteilt werden.

Die Stickstoffbilanz wird anhand der täglichen Aufnahme stickstoffhaltiger Stoffe im Futter und deren Ausscheidung über Kot und Urin des Tieres ermittelt. Anhand des Verbrauchs – der Ausscheidung – der Differenz zwischen ihnen werden die Menge der vom Körper pro Tag aufgenommenen stickstoffhaltigen Substanzen und die Verwertungsrate des Futterproteins beurteilt.

Aminosäuren werden vom Blut aufgenommen und an die Leber abgegeben, wo sie teilweise desaminiert, decarboxyliert oder einer Transaminierung unterzogen werden. Darüber hinaus kommt es zu einer ständigen Erneuerung der körpereigenen Proteine ​​– Abbau (in Lysosomen) und De-novo-Synthese. Die Erneuerung von Aminosäuren in Gewebeproteinen erfolgt sehr intensiv. So werden Leberproteine ​​in 8-12 Tagen um die Hälfte erneuert, Blutplasma - in 18-45 Tagen. Bei Fleischvieh werden täglich 120–200 g Protein synthetisiert; bei einer säugenden Kuh werden 600–1200 g neues Protein mit der Milch ausgeschieden. Der Abbau von Gewebeproteinen – Autolyse – erfolgt unter Einwirkung von Enzymen – Gewebeproteasen – Cathepsinen.

Die dritte Quelle freier Aminosäuren (1. aus dem Darm, 2. - Autolyse) in den Körperzellen ist deren Synthese. Pflanzen synthetisieren einen sehr großen Satz an Aminosäuren (über 20), während im tierischen Körper nur nicht-essentielle Aminosäuren durch reduktive Aminierung von Ketosäuren und Transaminierung synthetisiert werden.

Die reduktive Aminierung von Ketosäuren ist der umgekehrte Prozess der oxidativen Desaminierung von Aminosäuren (Glutaminsäure, Asparaginsäure usw.). Die Resynthese erfolgt in 2 Stufen:

So entstehen in der ersten Phase der Reaktion Iminosäuren aus Ketosäure und Ammoniak, in der zweiten Phase wird die Iminosäure durch den Wasserstoff der reduzierten Form von NAD oder NADP, also NAD H 2, NADP, reduziert H 2 - in eine Aminosäure. Dieser Weg der Aminosäuresynthese ist bei Tieren begrenzt; er ist bei Pflanzen und Mikroben (Bakterien) stärker ausgeprägt.

Der am stärksten ausgeprägte Weg der Aminosäurebiosynthese im Körper ist der Transaminierungsweg (Transaminierung). Es wurde 1937 von A.E. Braunstein eröffnet. und Kritsman M.G. Es wurde festgestellt, dass aus Glutamin- und Brenztraubensäure α-Ketoglutarsäure und Alanin ohne zwischenzeitliche Freisetzung von Ammoniak gebildet werden können.

Diese Reaktion wird Transaminierung genannt und die Aminogruppe wird von einer Aminosäure auf eine Ketosäure übertragen. Der Donor der Aminogruppe ist eine Aminosäure, der Akzeptor eine Ketosäure. Alle natürlichen Aminosäuren unterliegen einer enzymatischen Transaminierung. Diese Reaktion findet am aktivsten zwischen Glutaminsäure und Oxalessigsäure statt.

Zwischen Asparaginsäure und α-Ketoglutarsäure (in Leber und Muskelgewebe) erfolgt die Reaktion unter Beteiligung von Transferasen (Transaminasen); Das Coenzym ist Phosphopyridoxal (Vitamin B 6).

Die Aminogruppe geht über die Schiff-Base auf Phosphopyridoxal über, was zur Synthese von Phosphopyridoxamin und der entsprechenden Ketosäure führt. Phosphopyridoxamin reagiert mit der neuen Ketosäure unter Bildung einer neuen Aminosäure und setzt dabei Phosphopyridoxal frei. Der Entstehungsprozess des Zwischenprodukts lässt sich wie folgt darstellen:

Der Entstehungsprozess des Zwischenprodukts lässt sich wie folgt darstellen:

Transaminierung spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Synthese essentieller Aminosäuren im Gewebe.

Somit wird der Pool an freien Aminosäuren in Zellen gebildet durch:

1) Einnahmen aus den Verdauungsorganen;

2) Proteinabbau;

3) Synthese nicht-essentieller Aminosäuren in Transaminierungsreaktionen, reduktive Aminierung von Ketosäuren.
Desaminierung von Aminosäuren

Es gibt vier Möglichkeiten, Aminosäuren zu desaminieren: 1. Reduktive Desaminierung:

Dabei entstehen organische Säure und Ammoniak.

2. Hydrolytische Desaminierung:

Als Ergebnis der Reaktion entstehen Hydroxysäure und Ammoniak.

Diese Arten der Desaminierung sind charakteristisch für Bakterien (Proventriculus bei Wiederkäuern, Dickdarm bei anderen Tieren).

3. Intramolekulare Desaminierung:

Dadurch entstehen ungesättigte organische Säure und Ammoniak.

Diese Art der Desaminierung ist typisch für Bakterien, Pflanzen und im tierischen Körper wird Histidin desaminiert. Unter Einwirkung des Enzyms Histidin-Desaminase entstehen Ammoniak und Urokonsäure.

1. 
   Oxidative Desaminierung:

Dies ist die häufigste Form der Desaminierung. Die Reaktion erfolgt unter Beteiligung von Enzymen, wobei der Wasserstoffakzeptor meist NAD, seltener FMN ist. Sie geht zu

zwei Etappen. Im ersten Schritt entsteht eine instabile Iminosäure, im zweiten Schritt entstehen unter Beteiligung eines Wassermoleküls Ammoniak und Ketosäure:

In Körpergeweben ist die Desaminierung von D-Aminosäuren wichtig, da Proteine ​​nur L-Aminosäuren enthalten. Daher ist die α-Glutaminsäure-Dehydrogenase im Körper sehr aktiv, die sie in α-Ketoglutarsäure umwandelt.

Die Reaktion ist recht häufig. Glutamatdehydrogenase spielt eine entscheidende Rolle bei den Prozessen der oxidativen Desaminierung der meisten Aminosäuren durch indirekte Desaminierung.

Das Coenzym der Glutamatdehydrogenase ist NAD (NADP):

NADH 2 sorgt in der mitochondrialen Atmungskette für die Synthese von drei ATP-Molekülen (Leber, Muskel, Nieren, Gehirn usw.).

Transaminierung ist ein indirekter Weg der Desaminierung

Aminosäuren

Transaminierung spielt eine Schlüsselrolle im Aminosäurestoffwechsel. Somit führt Glutamatdehydrogenase sehr aktiv zur Bildung von α-Ketoglutarsäure, die ein Substrat für die Transaminierung mit anderen Aminosäuren ist. Zum Beispiel:

Anschließend wird Glutaminsäure nach dem oben dargestellten Schema desaminiert. Oxalessigsäure kann auch ein Substrat für Transaminierung und Desaminierung sein:

Der Mechanismus der indirekten Desaminierung sorgt für die Desaminierung aller Aminosäuren im tierischen Körper.
Decarboxylierung von Aminosäuren
In tierischen Geweben werden die folgenden Aminosäuren decarboxyliert: Histidin, Tyrosin, Glutaminsäure, 5-Hydroxytryptophan, 3,4-Dioxyphenylalanin (DOPA), Cysteinsäure.

Die ersten drei sind Bestandteile von Proteinen, der Rest sind Stoffwechselprodukte – Tyrosin, Tryptophan, Cystein.

Decarboxylasen verfügen über Phosphopyridoxal (Vitamin B 6) als Cofaktor; sie decarboxylieren ausschließlich α-Aminosäuren. Die dabei entstehenden Amine beeinflussen den Stoffwechsel. Bei der Decarboxylierung von Cystein entsteht Taurin, das für die Synthese von Gallensäuren notwendig ist. Bei der Decarboxylierung von Histidin entsteht Histamin:


Histamin verursacht Krämpfe der glatten Muskulatur (einschließlich der Bronchialmuskulatur), senkt den Blutdruck, erweitert die Kapillaren, verursacht Schwellungen und erhöht die Magensaftsekretion um das 8- bis 10-fache.

Bei der Decarboxylierung von Tyrosin und DOPA entstehen Tyramin bzw. 3,4-Dioxytyramin:

Sowohl Tyramin als auch 3,4-Dihydroxytyramin haben starke pharmakologische Wirkungen. DOPA und Dopamin kommen in hohen Konzentrationen in den motorischen Zentren des Gehirns vor und spielen eine wichtige Rolle bei der Muskelkontrolle.

Bei der Decarboxylierung von Glutaminsäure entsteht γ-Aminobuttersäure, ein natürlicher Faktor, der die Aktivität von Nervenzellen hemmt. Amine werden durch Monoaminoxidasen zu Aldehyden oxidiert und aus dem Körper ausgeschieden.

Oxidativer Abbau von Aminosäuren
Der Körper erhält den größten Teil seiner Energie aus der Oxidation von Kohlenhydraten und Neutralfetten (bis zu 90 %). Die restlichen 10 % sind auf die Oxidation von Aminosäuren zurückzuführen. Aminosäuren werden hauptsächlich für die Proteinsynthese verwendet. Ihre Oxidation erfolgt:

1) wenn die bei der Proteinerneuerung gebildeten Aminosäuren nicht für die Synthese neuer Proteine ​​​​verwendet werden;

2) wenn überschüssiges Protein in den Körper gelangt;

3) im Fastenzeit oder Diabetes Wenn Kohlenhydrate fehlen oder deren Aufnahme beeinträchtigt ist, werden Aminosäuren als Energiequelle genutzt.

In all diesen Situationen verlieren Aminosäuren ihre Aminogruppen und werden in die entsprechenden α-Ketosäuren umgewandelt, die dann zu CO 2 und H 2 O oxidiert werden. Ein Teil dieser Oxidation erfolgt über den Tricarbonsäurezyklus. Durch Desaminierung und Oxidation entstehen Brenztraubensäure, Acetyl-CoA, Acetoacetyl-CoA, α-Ketoglutarsäure, Succinyl-CoA und Fumarsäure. Einige Aminosäuren können in Glukose umgewandelt werden, während andere in Ketonkörper umgewandelt werden können.
Möglichkeiten zur Neutralisierung von Ammoniak in tierischen Geweben

Ammoniak ist giftig und seine Anreicherung im Körper kann zum Tod führen. Es gibt folgende Möglichkeiten, Ammoniak zu neutralisieren:

1. Synthese von Ammoniumsalzen.

2. Synthese von Amiden dicarbonischer Aminosäuren.

3. Harnstoffsynthese.

Die Synthese von Ammoniumsalzen erfolgt in begrenztem Umfang in den Nieren als zusätzlicher Schutzmechanismus für den Körper bei Azidose. Ammoniak und Ketosäuren werden teilweise zur Resynthese von Aminosäuren und zur Synthese anderer stickstoffhaltiger Stoffe verwendet. Darüber hinaus ist Ammoniak im Nierengewebe an der Neutralisierung organischer und anorganischer Säuren beteiligt und bildet mit ihnen neutrale und saure Salze:

1. 
   R – COOH + NH 3 → R – COONH 4 ;
2. 
   H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4) 2 SO 4;
3. 
   H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

Auf diese Weise schützt sich der Körper vor dem Verlust einer erheblichen Menge an Kationen (Na, K, teilweise Ca, Mg) im Urin bei der Säureausscheidung, was zu einem starken Rückgang der alkalischen Reserve des Blutes führen könnte . Die Menge an Ammoniumsalzen, die im Urin ausgeschieden werden, nimmt bei einer Azidose deutlich zu, da Ammoniak zur Neutralisierung der Säure eingesetzt wird. Eine Möglichkeit, Ammoniak zu binden und zu neutralisieren, besteht darin, es zur Bildung der Amidbindung von Glutamin und Asparagin zu nutzen. In diesem Fall wird Glutamin aus Glutaminsäure unter Einwirkung des Enzyms Glutaminsynthetase und Asparagin aus Asparaginsäure unter Beteiligung der Asparaginsynthetase synthetisiert:

Auf diese Weise wird Ammoniak in vielen Organen (Gehirn, Netzhaut, Nieren, Leber, Muskeln) ausgeschieden. Auch Amide der Glutamin- und Asparaginsäure können entstehen, wenn diese Aminosäuren in der Proteinstruktur vorliegen, d. h. nicht nur die freie Aminosäure, sondern auch die Proteine, in denen sie enthalten sind, können Ammoniakakzeptor sein. Asparagin und Glutamin werden an die Leber abgegeben und bei der Harnstoffsynthese verwendet. Ammoniak wird über Alanin zur Leber transportiert (Glukose-Alanin-Zyklus). Dieser Zyklus sorgt für die Übertragung von Aminogruppen von der Skelettmuskulatur zur Leber, wo sie in Harnstoff umgewandelt werden und arbeitende Muskeln Glukose erhalten. In der Leber wird Glukose aus dem Kohlenstoffgerüst von Alanin synthetisiert. Im arbeitenden Muskel wird Glutaminsäure aus α-Ketoglutarsäure gebildet, die dann die Amingruppe – NH 2 – auf Brenztraubensäure überträgt, was zur Synthese von Alanin – einer neutralen Aminosäure – führt. Schematisch sieht der angegebene Zyklus wie folgt aus:

Glutaminsäure + Brenztraubensäure ↔

↔ α-Ketoglutarsäure + Alanin

Reis. 10.1. Glukose-Alanin-Zyklus.

Dieser Zyklus erfüllt zwei Funktionen: 1) überträgt Aminogruppen von der Skelettmuskulatur zur Leber, wo sie in Harnstoff umgewandelt werden;

2) versorgt arbeitende Muskeln mit Glukose, die mit dem Blut aus der Leber zugeführt wird, wo das Kohlenstoffgerüst von Alanin für seine Bildung verwendet wird.

Harnstoffbildung– der Hauptweg der Ammoniakneutralisierung. Dieser Prozess wurde im Labor von I.P. Pavlov untersucht. Es wurde gezeigt, dass Harnstoff in der Leber aus Ammoniak, CO 2 und Wasser synthetisiert wird.

Harnstoff wird als Hauptendprodukt des Protein- und Aminosäurestoffwechsels mit dem Urin ausgeschieden. Harnstoff macht bis zu 80-85 % des gesamten Urinstickstoffs aus. Der Hauptort der Harnstoffsynthese im Körper ist die Leber. Mittlerweile ist nachgewiesen, dass die Harnstoffsynthese in mehreren Stufen abläuft.

Stufe 1 – Die Bildung von Carbamoylphosphat erfolgt in Mitochondrien unter der Wirkung des Enzyms Carbamoylphosphatsynthetase:

Im nächsten Schritt wird Citrullin unter Beteiligung von Ornithin synthetisiert:

Citrullin wandert von den Mitochondrien in das Zytosol der Leberzellen. Danach wird eine zweite Aminogruppe in Form von Asparaginsäure in den Zyklus eingeführt. Es kommt zur Kondensation von Citrullin- und Asparaginsäuremolekülen unter Bildung von Arginin-Bernsteinsäure.

Citrullin-Asparagin-Arginin-Bernsteinsäure

saure Säure
Arginin-Bernsteinsäure wird in Arginin und Fumarsäure zerlegt.

Unter der Wirkung von Arginase wird Arginin zu Harnstoff und Ornithin hydrolysiert. Anschließend gelangt Ornithin in die Mitochondrien und kann in einen neuen Zyklus der Ammoniakneutralisierung einbezogen werden, und Harnstoff wird mit dem Urin ausgeschieden.

Somit werden bei der Synthese eines Harnstoffmoleküls zwei Moleküle NH 3 und CO 2 (HCO 3) neutralisiert, was auch eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des pH-Werts spielt. Für die Synthese eines Harnstoffmoleküls werden 3 ATP-Moleküle verbraucht, davon zwei bei der Synthese von Carbamoylphosphat, eines für die Bildung von Arginin-Bernsteinsäure; Fumarsäure kann in Äpfelsäure und Oxalessigsäure umgewandelt werden (Krebs-Zyklus), und letztere kann durch Transaminierung oder reduktive Aminierung in Asparaginsäure umgewandelt werden. Etwas Aminosäurestickstoff wird vom Körper als Kreatinin ausgeschieden, das aus Kreatin und Kreatinphosphat gebildet wird.

Vom gesamten Urinstickstoff entfallen bis zu 80-90 % auf Harnstoff, 6 % auf Ammoniumsalze. Bei übermäßiger Proteinfütterung erhöht sich der Anteil des Harnstoffstickstoffs, bei unzureichender Proteinfütterung sinkt er auf 60 %.

Bei Vögeln und Reptilien wird Ammoniak durch die Bildung von Harnsäure neutralisiert. Geflügelmist in Geflügelfarmen ist eine Quelle für stickstoffhaltigen Dünger (Harnsäure).

Merkmale des Stoffwechsels einzelner Aminosäuren
Glycin– wird im Körper von Tieren leicht synthetisiert; nur für Vögel kann es eine limitierende Aminosäure sein.


Desaminiert im Gewebe unter dem Einfluss von Glycinoxidase unter Bildung von Glyoxaldehyd. In diesem Fall wird NAD zu NADH 2 reduziert, das in der mitochondrialen Atmungskette drei ATP-Moleküle produziert. Glycin wird für die Synthese von gepaarten Gallensäuren, Glutathion, Kreatin, Serin, Colamin, Purinen und Porphyrinen verwendet. Wird zur Neutralisierung von Benzoe- und Phenylessigsäure verwendet.
Serin– Bei der Desaminierung entstehen Brenztraubensäure und Ammoniak.

Serin ist Bestandteil serinhaltiger Phospholipide und das Ausgangsprodukt der Bildung von Ethanolamin und Cholin, Cystein.

Das allgemeine Schema des Katabolismus und der Gluconeogenese kann wie folgt dargestellt werden (Abb. 10.2., nach Nikolaev A.Ya.):

Reis. 10.2. Einführung von Aminosäuren in den allgemeinen Stoffwechselweg und die Gluconeogenese.
Threonin- eine essentielle Aminosäure für alle Tierarten. Unter dem Einfluss von Aldolase wird es in Glycin und Acetaldehyd umgewandelt.

Cystein und Cystin. Rinder und Schafe reagieren empfindlich auf einen Mangel an schwefelhaltigen Aminosäuren. Cystein und Cystin werden durch Redoxreaktionen leicht ineinander umgewandelt:


Das Vorhandensein von –SH-, -S-S-Gruppen bestimmt die hohe Reaktivität von Enzymen und Hormonen. Ein Teil des Cysteins wird in Taurin umgewandelt, das bei der Synthese gepaarter Gallensäuren verwendet wird.

Bei der Decarboxylierung von Cystein entsteht Thioethanolamin, ein Cofaktor für das säureaktivierende Enzym HS-CoA.

Cystein ist Teil von Glutathion, einem Tripeptid, das in roten Blutkörperchen und in der Leber weit verbreitet ist und in reduzierter (HS-Glutathion) und oxidierter (-S-S-) Form vorliegen kann. Glutathion ist ein Cofaktor für 3-Phosphoglycerinaldehyd-Dehydrogenase und Glyoxylase.

Methionin– eine essentielle Aminosäure, ist an der Synthese von Cystein beteiligt. Methionin hat eine CH 3 -Methylgruppe, die bei der Transmethylierung aktiv ist. Es ist ein universeller Spender von Methylgruppen (für Ethanolamin, Carnosin, Guanidin-Essigsäure, Noradrenalin, Pyrimidin-Basen).

Asparaginsäure und Glutaminsäure. Viele davon kommen in pflanzlichen Proteinen vor. Sie spielen eine Rolle bei der Transaminierung und Desaminierung anderer Aminosäuren. Hergestellt aus Ketosäuren. Glutamin wird bei der Synthese von Purinmononukleotidbasen verwendet. Durch Decarboxylierung von Asparaginsäure können β- und α-Alanin gebildet werden:


β-Alanin wird zur Synthese von Pantothensäure verwendet. Bei der Decarboxylierung von Glutaminsäure entsteht γ-Aminobuttersäure.

Lysin– eine essentielle Aminosäure. Der biologische Abbau von Lysin verläuft auf einem komplexen Weg unter Bildung von α-Aminoadipin-, α-Ketoadipin- und Glutarsäure.

Phenylalanin und Tyrosin sind Substrate für die Synthese von Thyroxin, Adrenalin und Noradrenalin. Valin, Leucin, Isoleucin – ihre Umwandlungen zielen auf die Synthese von Fettsäuren und Ketonkörpern ab. Die restlichen Aminosäuren und zwei Amide können als Substrate für die Synthese von Glucose und Glykogen dienen. Die Gluconeogenese aus Aminosäuren (Glukosesynthese) erfolgt intensiv aus glykogenen Aminosäuren während der vorwiegend proteinhaltigen Fütterung von Tieren oder beim Fasten. Beim Fasten werden Proteine ​​aus dem eigenen Gewebe verwendet.

Der Abbau von Leucin und Lysin umfasst nicht das Stadium der Bildung von Brenztraubensäure.