Metode proučavanja biokemije metabolizma proteina. Metabolizam proteina

U jetri se odvijaju procesi deaminacije, transaminacije i sinteze aminokiselina, albumina i većine serumskih globulina, protrombina i fibrinogena. Pretpostavlja se da albumin i α-globuline proizvode poligonalne stanice jetre, β- i γ-globulini nastaju u RES-u, posebice u Kupfferovim stanicama jetre i plazma stanicama koštane srži.

Vodeća uloga jetre u metabolizmu proteina objašnjava veliki interes kliničara za metode određivanja parametara ovog metabolizma. To prije svega uključuje određivanje ukupne količine proteina plazme i njegovih frakcija, uključujući protrombin. Uz određivanje proteinograma, u praksi se koriste i testovi koji samo neizravno ukazuju na prisutnost promjena u bjelančevinama krvi, uključujući i manifestaciju patoloških bjelančevina - paraproteina. To uključuje testove labilnosti i koloidne testove.

Ukupni protein u plazmi zdravih ljudi iznosi 7,0-8,5% (K. I. Stepashkina, 1963). Promjena ukupne količine bjelančevina opaža se samo kod težih poremećaja metabolizma bjelančevina. Nasuprot tome, promjene u omjeru pojedinih frakcija vrlo su suptilan pokazatelj stanja metabolizma proteina.

Metoda koja se u praksi najviše koristi je određivanje proteinskih frakcija elektroforezom na papiru. Nedostatak potonjeg je fluktuacija u dobivenim rezultatima ovisno o verziji korištene metode. Stoga literaturni podaci o normalnom proteinogramu nisu identični.

Tablica 7 prikazuje varijante norme koje su opisali različiti autori (prema V. E. Predtechensky, 1960).

S oštećenjem jetre smanjuje se sinteza albumina i α1-globulina u poligonalnim stanicama jetre, a povećava se sinteza β- i γ-globulina u Kupfferovim stanicama i periportalnim mezenhimalnim stanicama (kao manifestacija iritacije retikuloendotelnih stanica), što rezultira kvantitativnim promjene proteinskih frakcija – disproteinemija.

Za difuzne lezije jetre, akutne i kronične tijekom njihove egzacerbacije, karakteristične su sljedeće promjene u proteinogramu: smanjenje količine albumina i povećanje globulina. Što se tiče potonjeg, frakcija Y-globulina se uglavnom povećava, očito zbog nakupljanja antitijela sličnih u elektroforetskoj mobilnosti Y-globulinima. Manje se povećava sadržaj α2- i β-globulina. Stupanj promjene proteinograma izravno ovisi o težini bolesti. Iznimka je agamaglobulinemija u hepatičkoj komi. Ukupna količina proteina obično je malo povećana zbog hiperglobulinemije.

Pri procjeni proteinograma u bolesnika s oštećenjem jetre ne treba zaboraviti da se kod velikog broja vrlo različitih bolesti uočava značajna promjena proteinskih frakcija, kao na primjer kod kolagenoza, oštećenja bubrega, mijelomatoze itd.

Kod bolesti jetre dolazi do promjena u sustavu zgrušavanja krvi, a određivanje različitih čimbenika zgrušavanja krvi test je za procjenu funkcionalnog stanja jetre. Najkarakterističnije promjene su protrombin i prokonvertin.

Protrombin(faktor koagulacije krvi II) je globulin; u elektroforetskim studijama plazme, protrombinski vrh se nalazi između albumina i u-globulina. Protrombin se stvara u stanicama jetre uz sudjelovanje vitamina K. Tijekom zgrušavanja krvi protrombin se pretvara u trombin. Koncentracija protrombina u krvnoj plazmi je oko 0,03%. U praksi se ne određuje apsolutna količina protrombina, već “protrombinsko vrijeme” i protrombinski indeks. Najčešća metoda za određivanje protrombinskog indeksa u Sovjetskom Savezu je metoda V. N. Tugolukova (1952). Normalno, protrombinski indeks je 80-100%.

Sposobnost hepatocita da sintetiziraju protrombin može biti oštećena u patologiji jetre. Osim toga, oštećenje jetre popraćeno je kršenjem taloženja niza vitamina u njemu, uključujući vitamin K, koji je također uzrok hipoprotrombinemije. Stoga, ako se otkrije smanjenje protrombinskog indeksa, potrebno je ponoviti studiju nakon 3-dnevnog opterećenja vitaminom K - 0,015 vikasola 3 puta dnevno. Ako količina protrombina ostane niska, to ukazuje na oštećenje jetrenog parenhima.

Drugi čimbenik sustava zgrušavanja krvi koji prirodno reagira na oštećenje jetre je prokonvertin (faktor VII, stabilni faktor). Prokonvertin katalizira djelovanje tromboplastina, ubrzavajući stvaranje trombina. Ovaj faktor se formira u jetri, njegov sadržaj u plazmi je 0,015-0,03%. Količina prokonvertina, kao i protrombina, izražava se kao indeks. Normalno prokonvertinsko vrijeme je 30-35 sekundi, indeks je 80-120%.

Kada je parenhim jetre oštećen, protrombinski indeks i prokonvertinski indeks se smanjuju. Postoji paralelizam između ovih pokazatelja i ozbiljnosti oštećenja jetre (K. G. Kapetanaki i M. A. Kotovshchikova, 1959; A. N. Filatov i M. A. Kotovshchikova, 1963).

Predložen je velik broj različitih metoda kojima se neizravno utvrđuje prisutnost disproteinemije i paraproteinemije. Svi se temelje na taloženju patološkog proteina različitim reagensima.

Takata-Ara test (sublimatski test) temelji se na taloženju flokulentnog taloga grubo dispergiranih proteina pod utjecajem Takata reagensa koji sadrži sublimat. Reakcija se procjenjuje prema gustoći sedimenta ili prema razrjeđenju seruma pri kojem dolazi do zamućenja. Uzorak se ocjenjuje pozitivnim ako se u nizu epruveta s Takata reagensom i sve manjom količinom seruma (1,0; 0,5; 0,25; 0,12 ml itd.) u prve tri ili više epruveta pojavi flokulentni talog; ako samo u prva dva - slabo pozitivan. Test postaje pozitivan kada se sadržaj γ-globulina u krvi poveća, osobito s Botkinovom bolešću, s cirozom jetre, ali i s nizom drugih bolesti (pneumonija, sifilis, itd.).

Jedna od modifikacija Takata-Ara testa je Gross test (sublimatno-sedimentna reakcija), u kojem se rezultati izražavaju u mililitrima sublimatnog reagensa potrebnog za postizanje izrazite mutnoće. Norma je 2 ml ili više. U slučaju bolesti jetre, vrijednosti bruto testa smanjuju se na 1,8-1,6 ml, u slučaju teškog oštećenja - na 1,4 ml i niže.

Veltmanov test temelji se na koagulaciji proteina plazme kada se zagrijavaju u prisutnosti otopine kalcijevog klorida različitih koncentracija (od 0,1 do 0,01%). Normalno do koagulacije dolazi kada je koncentracija otopine veća od 0,04%, tj. u prvih 6-7 epruveta. Oštećenje jetre karakterizira pojava sedimenta u nižoj koncentraciji - produljenje koagulacijske "vrpce".

Cefalinski test temelji se na pojavi flokulacije cefalin-kolesterolske emulzije u prisutnosti krvnog seruma bolesnika. Test ima prednost u odnosu na gore navedene jer je izrazito pozitivan u prisutnosti nekroze u jetrenom parenhimu i stoga može biti koristan u određivanju aktivnosti procesa kod Botkinove bolesti i ciroze jetre te u diferencijalnoj dijagnozi između opstruktivne jetre. žutica (u ranim fazama) i oštećenje jetrenog parenhima.

Test zamućenja s timolom temelji se na određivanju zamućenja koje nastaje kada se ispitni serum pomiješa s reagensom s timolom. Stupanj zamućenja određuje se nakon 30 minuta i procjenjuje na spektrofotometru ili kolorimetru. Pomoću standardne krivulje zamućenosti rezultat se dobiva u proizvoljnim jedinicama. Norma se kreće od 0,8 do 5,0 jedinica. Ako je jetra oštećena, vrijednost uzorka se povećava, dosežući 30-35 jedinica. s Botkinovom bolešću (Popper, Schaffner, 1961).

Test zamućenja timola može se nastaviti u obliku testa flokulacije timola: procjenjuje se flokulacija koja se javlja 24 sata nakon spajanja seruma s reagensom timola.

Preostali dušik u krvi Normalno je 20-40 mg%. Teška azotemija (do 100 mg% ili više) javlja se kod teškog oštećenja jetre (akutna distrofija zbog hepatitisa, završni stadij ciroze, zatajenje jetre nakon kirurškog zahvata na jetri i bilijarnom traktu) i ukazuje na razvoj zatajenja jetre.

Amonijak u serumu Obično je 40-100%. Hiperamonijemija se opaža kod zatajenja jetre, kao iu prisutnosti izraženih porto-kavalnih anastomoza (razvijenih prirodno ili stvorenih tijekom operacije), kroz koje krv teče iz crijeva, zaobilazeći jetru. Najizraženije povećanje količine amonijaka u perifernoj krvi opaženo je u bolesnika s zatajenjem jetre nakon opterećenja proteinima (konzumacija velikih količina mesa, krv koja ulazi u crijeva tijekom krvarenja iz jednjaka ili želuca). Za prepoznavanje portalno-hepatičnog zatajenja može se koristiti test s opterećenjem soli amonijaka (A. I. Khazanov, 1968).

Lipoproteini i glikoproteini*. Serumski proteini tvore s lipidima i ugljikohidratima stabilne spojeve: lipo- i glikoproteine. Naravno, kada se promijeni omjer različitih frakcija proteina plazme, mijenja se i sadržaj kompleksa koji su s njima povezani.

Tijekom elektroforeze lipoproteini se razdvajaju u frakcije koje odgovaraju α1-, β i Y-frakcijama globulina. Y-frakcija (“lipidni ostatak”) uključuje proteinske spojeve s neutralnom masnoćom i kolesterilnim esterima, koji su malo pokretljivi u električnom polju. Ova frakcija nije od praktičnog interesa, jer se potonja ne mijenja u patološkim uvjetima. Zdrave osobe imaju sljedeći postotni omjer α- i β-frakcija, lipoproteina (I. E. Tareeva, 1962): α-lipoproteini - 29,0 ± 4,9; β-lipoproteini - 71,0 ± 4,9; omjer β/α-2,45 ± 0,61.

Ustanovljena je veza između promjena u omjeru α- i β-frakcija lipoproteina i težine oštećenja jetrenog parenhima. Ne postoji potpuni paralelizam između promjena lipoproteinograma i drugih funkcionalnih pokazatelja. Međutim, treba napomenuti da je Botkinova bolest i aktivna faza ciroze jetre karakterizirana smanjenjem količine α-lipoproteina do njihovog potpunog nestanka na lipidnom profilu i povećanjem β-lipoproteina s odgovarajućim povećanjem β-lipoproteina. /α omjer nekoliko puta. Kod kroničnog oštećenja jetre te su promjene manje izražene.

Glikoproteini su spojevi različitih ugljikohidrata s proteinima, uglavnom globulinima. Elektroforetska metoda omogućuje odvajanje glikoproteinskih frakcija s odgovarajućim proteinskim frakcijama. Sinteza glikoproteina odvija se u jetri, pa je razumljiv pokušaj korištenja određivanja glikoproteina u svrhu funkcionalne dijagnostike. Međutim, podaci dobiveni od strane različitih autora pri ispitivanju bolesnika s patologijom jetre ostaju vrlo kontradiktorni. Karakterističnije je povećanje udjela α-glikoproteina (N. A. Zaslavskaya, 1961; I. D. Mansurova, V. I. Dronova i M. S. Panasenko, 1962).

* Za metodu određivanja vidi: A. F. Blyuger. Građa i funkcija jetre kod epidemijskog hepatitisa. Riga, 1964.

Metabolizam proteina

Metabolizam proteina središnja je karika svih biokemijskih procesa koji su temelj postojanja živog organizma. Karakterizira se intenzitet metabolizma proteina ravnoteža dušika, budući da većina dušika u tijelu dolazi iz proteina. Ovo uzima u obzir dušik iz hrane, dušik iz tijela i dušik iz produkata izlučivanja. Bilanca dušika može biti pozitivna (kada dolazi do povećanja težine životinje i zadržavanja dušika u tijelu), jednaka nuli ili se može promatrati ravnoteža dušika (iz tijela se ukloni onoliko dušika koliko se unese s hranom). ), i negativan (razgradnju proteina ne nadoknađuju proteini hrane). Karakterizira se ravnoteža dušika minimum proteina- najmanja količina bjelančevina u hrani, koja je neophodna za održavanje ravnoteže dušika u tijelu. Minimum proteina, izračunat na 1 kg žive težine, ima sljedeće prosječne vrijednosti, g:

Proteini krme se dijele na punopravan I inferioran. Potpuna krmiva sadrže ostatke esencijalnih aminokiselina koje tijelo životinje ne može sintetizirati: valin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, treonin, triptofan i fenilalanin. U uvjetno esencijalne aminokiseline spadaju

histidin, budući da se njegov blagi nedostatak u hrani nadoknađuje sintezom mikroflore u probavnom kanalu. Preostale aminokiseline su zamjenjive i mogu se sintetizirati u tijelu životinje: alanin, asparaginska i glutaminska kiselina, serije. Pet aminokiselina smatra se djelomično esencijalnim: arginin, glicin, tirozin, cistin i cistein. Iminokiseline prolin i hidroksiprolin mogu se sintetizirati u tijelu.

Različita hrana za životinje i prehrambeni proizvodi sadrže različite količine bjelančevina, %:

Proizvodi životinjskog podrijetla bogati su kompletnim bjelančevinama, %:

Standard kompletnog proteina je najčešće kazein koji sadrži sve esencijalne aminokiseline.

Probava bjelančevina. U probavnom kanalu proteini se razgrađuju na aminokiseline i prostatične skupine.

U usne šupljine hrana koja sadrži proteine ​​mehanički se usitnjava, navlaži slinom i formira bolus hrane koji ulazi u želudac kroz jednjak (u preživača - u proventriculus i abomasum, u ptica - u žljezdani i mišićni želudac). Slina ne sadrži enzime koji mogu razgraditi proteine ​​hrane. Sažvakana hrana ulazi u želudac (kod preživača u sirište), pomiješana i natopljena želučanim sokom.

Želučana kiselina- bezbojna i blago opalescentna tekućina gustoće 1,002-1,010. Čovjek dnevno proizvede oko 2 litre, govedo 30, konj 20, svinja 4, pas 2-3, ovca i koza 4 litre želučanog soka. Izlučivanje želučanog soka u prvom

(kompleksni refleks) faza određena je izgledom, mirisom i okusom hrane, u drugoj (neurohumoralnoj) fazi - njezinim kemijskim sastavom i mehaničkim nadražajem receptora sluznice. Sastav želučanog soka uključuje 99,5% vode i 0,5% čvrstih tvari. U guste tvari spadaju enzimi pepsin, renin, gastriksin, želatinaza, lipaza (kod svinja i amilaza); proteini - serumski albumini i globulini, mukoproteini, Castleov faktor; od mineralnih tvari, kiselina (uglavnom klorovodične) i soli.

Glavni enzim želučanog soka je pepsin, a kiselina koja stvara uvjete za njegovo katalitičko djelovanje je klorovodična kiselina. Glavne stanice žlijezda fundusa želuca sudjeluju u stvaranju pepsina, a parijetalne stanice sudjeluju u stvaranju klorovodične kiseline. Izvor kloridnih iona je NaCl, H + ioni - protoni koji dolaze iz krvi u citoplazmu parijetalnih stanica zbog redoks reakcija (G. D. Kovbasyuk, 1978).

Klorovodična kiselina stvara potrebnu kiselost za katalitičko djelovanje enzima. Tako je kod ljudi pH želučanog soka 1,5-2,0, kod goveda - 2,17-3,14, kod konja - 1,2-3,1, kod svinja - 1,1-2,0, kod ovaca - 1,9-5,6, kod ptica - 3,8. Klorovodična kiselina također stvara uvjete za pretvaranje pepsinogena u pepsin, ubrzava razgradnju bjelančevina na njihove sastavne dijelove, njihovu denaturaciju, bubrenje i labavljenje, sprječava razvoj procesa truljenja i fermentacije u želucu, potiče sintezu crijevnih hormona itd. U laboratorijskoj praksi ukupna, slobodna i vezana kiselost želučanog soka.

Renin (kimozin ili enzim sirišta) u mladih preživača stvaraju žlijezde sluznice sirišta. Sintetizira se u obliku prorenina koji pri pH

U trbuh Dolazi do hidrolitičke razgradnje većine proteina hrane. Tako se nukleoproteini pod utjecajem klorovodične kiseline i pepsina raspadaju na

nukleinske kiseline i jednostavni proteini. Ovdje također dolazi do razgradnje drugih proteina. Pod utjecajem pepsina dolazi do cijepanja peptidnih veza na rubovima proteinskih molekula. Najlakše se kidaju veze koje čine aromatske i dikarboksilne aminokiseline. Pepsin lako razgrađuje bjelančevine životinjskog podrijetla (kazein, mioglobin, miogen, miozin) i neke biljne bjelančevine, izgrađene uglavnom od monoaminodikarboksilnih kiselina (glijadin i glutelin žitarica), s izuzetkom keratina vune, fibroina svile, mukusnih mucina, ovomukoida, neke koštane bjelančevine i hrskavicu.

Neki proteini se razgrađuju drugim proteolitičkim enzimima želučanog soka, na primjer, kolageni - želatinaza, kasenny - rennin.

Pod utjecajem sastojaka želučanog soka, prvenstveno klorovodične kiseline i enzima, proteini u želucu se hidroliziraju do prostetičkih skupina, albumina, peptona, polipeptida, pa čak i aminokiselina.

Želučanu sekreciju potiču hormonoidi sluznice probavnog kanala: gastrin (u pilorusu), enterogastrin (u crijevima), histamin (u želucu) itd.

Značajke probave proteina u preživača. U preživača, bolus hrane iz jednjaka ulazi u proventrikulus, gdje se dodatno mehanički prerađuje; žvakanjem se vraća u usnu šupljinu, ponovno se usitnjava, zatim ulazi u burag, mrežicu, knjigu i sirište, gdje prvo faza probave je završena.

U proventriculusu se odvija kemijska obrada krmnih tvari pod utjecajem enzima iz bakterija, ciliata i gljiva koje tamo simbiotiraju. Do 38% mikroba buraga goveda i 10% mikroba buraga ovaca ima proteolitičku aktivnost, 70-80% takvih enzima koncentrirano je unutar stanica, 20-30% u tekućini buraga. Enzimi djeluju slično tripsinu, cijepajući peptidne veze između karboksilne skupine arginina ili lizina i amino skupine drugih aminokiselina pri pH 5,5-6 i pH 6,5-7. Proteini se pod utjecajem peptidnih hidrolaza razgrađuju u peptide, peptidi pod djelovanjem peptidaza u oligopeptide, oligopeptidi u aminokiseline. Tako se kukuruzni zein hidrolizira za 60% u aminokiseline, i

kazein - 90%. Neke aminokiseline deaminiraju bakterijski enzimi.

Izvanredna značajka probave u proventriculusu je sinteza proteina mikroorganizama iz neproteinskih tvari stočne hrane i njenih prerađenih proizvoda. Glavninu biljne hrane čine ugljikohidrati, a prvenstveno vlakna. Vlakna u predželucu se pod utjecajem mikrobnih enzima celulaze i celobijaze razgrađuju na α-D(+)-glukoza i β-D(+)-glukoza.

Monoze prolaze različite vrste fermentacije, što dovodi do stvaranja masnih kiselina niske molekularne težine. Dakle, tijekom mliječne fermentacije uzrokovane Bact. lactis, mliječna kiselina nastaje iz glukoze: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 → CHOH - COOH. Tijekom maslačno-kiselog vrenja, uzrokovanog bakterijama iz roda Clostridium, nastaje maslačna kiselina: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 itd.

Količina hlapivih masnih kiselina u buragu krave može doseći 7 kg dnevno. Uz koncentriranu hranu sijenom, burag krava sadrži: octenu kiselinu - 850-1650 g, propionsku kiselinu - 340-1160, maslačnu kiselinu - 240-450 g.

Što se tiče octene kiseline, u buragu ovce dnevno nastaje 200-500 g hlapivih masnih kiselina. Njihov postotni sastav je sljedeći:

Neke od tih kiselina služe za sintezu mliječne masti, glikogena i drugih tvari (slika 22), dok neke služe kao materijal mikroflori za sintezu aminokiselina i vlastitih proteina.

Sinteza aminokiselina pomoću mikroflore u predstomahu preživača nastaje zbog proizvoda fermentacije bez dušika i amonijaka. Izvor amonijaka su produkti razgradnje uree, amonijeve soli i

drugi dodaci prehrani koji sadrže dušik. Tako se urea, pod utjecajem enzima ureaze koju proizvodi mikroflora buraga, razgrađuje na amonijak i ugljikov dioksid:

Izvor proizvoda bez dušika najčešće su keto kiseline, koje nastaju iz masnih kiselina (vidi gore). Ova biosinteza je obično po prirodi reduktivne aminacije:

Od aminokiselina mikroorganizmi sintetiziraju proteine ​​potrebne za njihovu egzistenciju. Ovisno o prehrani, u buragu krava može se sintetizirati 300-700 g bakterijskih bjelančevina dnevno.

Iz proventrikula krmne mase ulaze u sirište, gdje pod utjecajem kiselog soka sirila umiru mikroorganizmi, a njihovi se proteini razgrađuju na aminokiseline.

Iz želuca (abomasum) krmne mase ulaze u malim obrocima tanko crijevo, gdje je razgradnja proteina završena. Uključuje proteolitičke enzime sekreta gušterače i crijevnog soka. Te se reakcije odvijaju u neutralnoj i blago alkalnoj sredini (pH 7-8,7). U tankom crijevu bikarbonati pankreasnog sekreta i crijevnog soka neutraliziraju klorovodičnu kiselinu: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3.

Ugljična kiselina se pod utjecajem enzima karboanhidraze razgrađuje na CO 2 i H 2 O. Prisutnost CO 2 doprinosi stvaranju stabilne emulzije u himusu, što olakšava probavu.

Oko 30% peptidnih veza proteina cijepa tripsin. Oslobađa se u obliku neaktivnog tripsinogena i pod utjecajem enzima crijevne sluznice enterokinaze prelazi u aktivni tripsin, gubeći heksapeptid koji je prethodno pokrivao aktivno središte (slika 23.) Tripsin cijepa peptidne veze. koju tvore - COOH skupine arginina i lizina i - NH 2 -skupine drugih aminokiselina.

Gotovo 50% peptidnih veza cijepa kimotripsin. Oslobađa se u obliku kimotripsinogena koji se pod utjecajem tripsina pretvara u kemotripsin. Enzim cijepa peptidne veze koje tvore COOH skupine fenilalanina, tirozina i triptofana te NH 2 skupine drugih aminokiselina. Preostale peptidne veze cijepaju peptidaze crijevnog soka i pankreasnog soka - karboksipeptidaze i aminopeptidaze.

Pankreasni sok sadrži kolagenazu (razgrađuje kolagen) i elastinazu (hidrolizira elastin). Aktivnost enzima aktiviraju mikroelementi: Mg 2+, Mn 2+, Co 2+ itd. Konačna faza probave proteina prikazana je na dijagramu:

Probava proteina odvija se u crijevnoj šupljini i na površini sluznice (parijetalna probava).

U crijevnoj šupljini razgrađuju se proteinske molekule, a na površini sluznice - njihovi "fragmenti": albumoze, peptoni, polipeptidi, tripeptidi i dipeptidi.

Proteini i njihovi derivati ​​koji se nisu razgradili u tankom crijevu su naknadno debelo crijevo podložni truljenju. Truljenje - višestupanjsko

proces u kojem u određenim stadijima sudjeluju različiti mikroorganizmi: anaerobne i aerobne bakterije iz rodova Bacillus i Pseudomonas, trepljašice i dr. Pod utjecajem bakterijskih peptidnih hidrolaza dolazi do razgradnje složenih proteina na proteine ​​i protetske skupine. Proteini se pak hidroliziraju do aminokiselina i podvrgavaju se deaminaciji, dekarboksilaciji, intramolekularnom cijepanju, oksidaciji, redukciji, metilaciji, demetilaciji itd. Nastaju brojni toksični produkti koji se apsorbiraju kroz crijevnu sluznicu u cirkulacijski i limfni sustav i raznose se cijelim tijelom, trujući njegove organe, tkiva i stanice.

Dakle, tijekom propadanja u debelom crijevu, aminokiseline prolaze kroz dekarboksilaciju, što dovodi do stvaranja toksičnih amina, na primjer, kadaverina i putrescina.

Tijekom deaminacije (reduktivne, intramolekulske, hidrolitičke, oksidativne) nastaju amonijak, zasićene i nezasićene karboksilne kiseline, hidroksi kiseline i ketokiseline.

Bakterijske dekarboksilaze mogu uzrokovati daljnju razgradnju karboksilnih kiselina uz stvaranje ugljikovodika, aldehida, alkohola itd.: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;

Ti se procesi obično odvijaju u tandemu iu fazama, što u konačnici dovodi do pojave širokog spektra proizvoda truljenja. Dakle, tijekom truležne razgradnje cikličkih aminokiselina nastaju sljedeći fenoli.

Tijekom truležne razgradnje triptofana nastaju skatol i indol.

Putrefaktivnom razgradnjom cistina i cisteina nastaju merkaptani, sumporovodik, metan i ugljikov dioksid.

Procesi truljenja proteina intenzivno se razvijaju kada se životinje hrane nekvalitetnom hranom, kršenjem režima hranjenja, kod bolesti probavnog sustava (atonija proventrikula, zatvor), zaraznih (kolibaciloza) i invazivnih (askaridoza) bolesti. To negativno utječe na zdravlje i produktivnost životinja.

Apsorpcija proteina. Proteini se apsorbiraju u obliku aminokiselina, peptida niske molekularne težine i prostetičkih skupina. Kod novorođenih životinja apsorbira se dio neprobavljenih bjelančevina kolostruma i mlijeka. Mjesto apsorpcije su mikrovili viloznog epitela sluznice tankog crijeva. Aminokiseline ulaze u stanicu kroz submikroskopske tubule mikrovila i egzoplazmatsku membranu procesima difuzije, osmoze, uz pomoć proteinskih nosača protiv koncentracijskih i elektrokemijskih gradijenata. Prije svega, aminokiselina se veže na transporter. To je polivalentan ion koji ima četiri mjesta za

vezanje na neutralne, kisele i bazične aminokiseline, kao i na Na + ion. Nakon što je prošla membranu, aminokiselina se odvaja od nosača i postupno se kreće kroz endoplazmatski retikulum i lamelarni kompleks od apikalnog ruba do bazalne regije enterocita (slika 24). Arginin, metionin, leucin se apsorbiraju brže; sporiji - fenilalanin, cistein, tirozin; polako - alanin, serin i glutaminska kiselina.

Natrijeva pumpa ima važnu ulogu u procesima apsorpcije, jer natrijev klorid ubrzava apsorpciju.

Kemijsku energiju koja se troši u ovom procesu osiguravaju mitohondriji.

Proteinski prijenosnik uključen je u kretanje aminokiselina kroz stanicu. U bazalnim i lateralnim regijama stanice dolazi do cijepanja kompleksa transporter + aminokiselina.

Aminokiselina difundira u međustanični prostor i ulazi u krv odn

limfni sustav resica, a Na + ioni se vraćaju na površinu stanice i stupaju u interakciju s novim dijelovima aminokiselina. Ovi procesi su regulirani živčanim i humoralnim sustavom.

U debelom crijevu apsorbiraju se produkti truljenja: fenol, krezol, indol, skatol itd.

Srednja razmjena. Produkti apsorpcije proteina ulaze u jetru kroz sustav portalne vene. Aminokiseline preostale u krvi nakon prolaska kroz jetru iz jetrene vene ulaze u sistemsku cirkulaciju i prenose se do pojedinih organa, tkiva i stanica. Dio aminokiselina iz međustanične tekućine ulazi u limfni sustav, zatim u sistemsku cirkulaciju.

Krvna plazma sadrži određenu količinu aminokiselina i polipeptida. Njihov se sadržaj povećava nakon hranjenja.

Krvna plazma je bogata glutaminom i glutaminskom kiselinom.

Većina aminokiselina troši se na biosintezu proteina, dio - na biosintezu biološki aktivnih tvari (neproteinskih hormona, peptida, amina itd.), Neki se, deaminirani, koriste kao energetske sirovine i materijal za biosinteza lipida, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina itd.

Biosinteza proteina

Biosinteza proteina odvija se u svim organima, tkivima i stanicama. Najveća količina proteina sintetizira se u jetri. Njegovu sintezu provode ribosomi. Po kemijskoj prirodi ribosomi su nukleoproteini koji se sastoje od RNA (50-65%) i proteina (35-50%).

Ribosomi nastaju samosastavljanjem iz prethodno sintetizirane RNA i proteina. Oni su komponente granularnog endoplazmatskog retikuluma, gdje se odvija biosinteza i kretanje sintetiziranih proteinskih molekula.

Ribosomi se u stanici nalaze u obliku nakupine od 3 do 100 jedinica – polisoma (poliribosoma, ergosoma). Ribosomi su obično međusobno povezani nekom vrstom niti, vidljivom pod elektronskim mikroskopom – mRNA (slika 25).

Svaki ribosom je sposoban sintetizirati

neovisno jedan polipeptidni lanac, skupina - više takvih lanaca i proteinske molekule. Primjer velikog poliribosomskog sustava su polisomi mišićnog tkiva koji sintetiziraju miozin. Polisom se sastoji od 60-100 ribosoma i provodi biosintezu proteinske molekule koja se sastoji od 1800 aminokiselinskih ostataka.

Biosinteza proteina u stanici odvija se kroz nekoliko faza.

Aktivacija aminokiselina. Aminokiseline ulaze u hijaloplazmu iz međustanične tekućine kao rezultat difuzije, osmoze ili aktivnog prijenosa. Svaka vrsta amino i iminokiselina stupa u interakciju sa svojim vlastitim aktivirajućim enzimom - aminoacil sintetazom. Reakciju aktiviraju kationi Mg 2+, Mn 2+ i Co 2+. Pojavljuje se aktivirana aminokiselina.

Spoj aktiviranih aminokiselina s tRNA. U drugom stupnju biosinteze proteina, aktivirane aminokiseline (aminoaciladenilati) iz njihovih spojeva s

odgovarajući enzimi se prenose u tRNA citoplazme. Proces kataliziraju aminoacil-RNA sintetaze.

Aminokiselinski ostatak povezan je karboksilnom skupinom s hidroksilnom skupinom drugog atoma ugljika riboznog nukleotida tRNA.

Transport kompleksa aktivirane aminokiseline s tRNA do ribosoma stanice. Aktivirana aminokiselina, zajedno sa svojom tRNA, prenosi se iz hijaloplazme u ribosom. Proces kataliziraju specifični enzimi, kojih u tijelu ima najmanje 20,

Određeni broj aminokiselina prenosi se s nekoliko tRNA (na primjer, valin i leucin - s tri tRNA). Ovaj proces koristi energiju GTP-a i ATP-a.

Vezanje aminoacil-tRNA na kompleks mRNA-ribosom. Aminoacil-tRNA, približavajući se ribosomu, stupa u interakciju s mRNA. Svaka tRNA ima regiju koja se sastoji od tri nukleotida - antigsodon. U mRNA odgovara regiji s tri nukleotida - kodon. Svaki kodon ima antikodon tRNA i jednu aminokiselinu. Tijekom biosinteze, aminokiseline se dodaju ribosomu u obliku aminoacil-tRNA, koje se zatim spajaju u polipeptidni lanac redoslijedom određenim položajem ko-dona u mRNA.

Inicijacija polipeptidnog lanca. Nakon što su dvije susjedne aminoacil-tRNA svojim antikodonima spojile kodone mRNA, stvaraju se uvjeti za sintezu polipeptidnog lanca. Nastaje prva peptidna veza. Ove procese kataliziraju peptidne sintetaze, a aktiviraju kationi Mg 2+ i proteinski inicijacijski faktori - F 1, F 2 i F 3. Izvor kemijske energije je

GTF. Do veze dolazi zbog CO skupine prve i NH 2 skupine druge aminoacil-tRNA.

Ove se reakcije odvijaju na slobodnoj 30S podjedinici. Podjedinica 50S pridružuje se inicijacijskom kompleksu i oni se kombiniraju da bi formirali ribosom vezan za mRNA. Svaki inicijacijski korak zahtijeva jednu GTP molekulu.

Produljenje polipeptidnog lanca. Inicijacija polipeptidnog lanca počinje s N-kraja, budući da je -NH 2 -skupina prve aminokiseline zadržana u nastalom dipeptidu. Prva tRNA koja donosi svoju aminokiselinu odvaja se od kompleksa mRNA-ribosoma i "šalje" u hijaloplazmu po novu aminokiselinu. Dipeptid povezan s drugom tRNA (vidi gore) stupa u interakciju s trećom amino-acil-tRNA, formira se tripeptid, a druga tRNA napušta ribosom u hijaloplazmu, itd. Peptidni lanac se produljuje (izdužuje) kao rezultat sekvencijalno dodavanje novih aminokiselinskih ostataka. Ribosom se postupno kreće duž mRNA, pretvarajući informacije kodirane u njemu u jasno organiziran polipeptidni lanac. Svakim korakom ribosoma stvara se nova peptidil-tRNA, uvećana za jedan aminokiselinski ostatak. Proces je kataliziran peptidil transferazom, a aktiviran kationima Mg 2+ i proteinskim faktorima (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Izvor energije je GTP. Na polisomu se sinkrono sintetizira nekoliko peptidnih lanaca. Time se stvara primarna struktura proteinske molekule.

Terminacija polipeptidnog lanca. Ribosom, na čijoj je površini sintetiziran polipeptidni lanac, dolazi do kraja lanca mRNA i "skače" s njega; novi ribosom se pričvrsti na suprotni kraj mRNA umjesto njega, sintetizirajući sljedeću polipeptidnu molekulu. Polipeptidni lanac se odvaja od ribosoma i otpušta u hijaloplazmu. Ovu reakciju provodi specifični faktor oslobađanja (R faktor), koji je povezan s ribosomom i olakšava hidrolizu esterske veze između polipeptida i tRNA. Sve faze su sažete dijagramom (boja, tablica III).

U hijaloplazmi od polipeptidnih lanaca nastaju jednostavni i složeni proteini. Nastaju sekundarne, tercijarne i, u nekim slučajevima, kvaternarne strukture proteinske molekule.

Obnavljanje proteina u tijelu. Proteini su u dinamičnom stanju, prolaze stalne procese sinteze i razgradnje. Tijekom života postupno se "troše" - uništavaju im se kvartarne, tercijarne, sekundarne i primarne strukture. Proteinske funkcionalne skupine su inaktivirane i veze u proteinskoj molekuli su uništene. Postoji potreba za zamjenom "istrošenih" proteinskih molekula novima.

Ovisno o stupnju oštećenja proteinske molekule, ona se djelomično ili potpuno obnavlja. U prvom slučaju, pod utjecajem posebnih enzima, obnavljaju se mali dijelovi polipeptidnih lanaca ili pojedinačni aminokiselinski ostaci (transpeptidacija). U drugom slučaju, "istrošena" molekula proteina potpuno je zamijenjena novom. Oštećena proteinska molekula se razgrađuje pod utjecajem tkivnih proteaza ili katepsina I, II, III i IV, lokaliziranih u lizosomima. Molekula proteina prolazi kroz uobičajene transformacije za ove tvari.

Proteini se u ljudskom tijelu općenito obnavljaju unutar 135-155 dana. Proteini jetre, gušterače, stijenke crijeva i krvne plazme obnavljaju se u roku od 10 dana, mišića - 30 dana, kolagena - 300 dana. Sinteza proteinske molekule u stanici odvija se brzo - unutar 2-5 s. U tijelu odrasle osobe dnevno se sintetizira 90-100 g proteina (1,3 g na 1 kg

mise). Stupanj obnove opada starenjem, bolešću itd.

Biosinteza peptida

Neke endo- i egzogene aminokiseline koriste se za sintezu peptida.

Glutation. To je tripeptid formiran od ostataka glutaminske kiseline, cisteina i glicina.

Biosinteza se odvija u dvije faze. Dakle, u početku, pod utjecajem enzima γ -glutamilcistein sintetaza stvara dipeptid-, zatim uz sudjelovanje tripeptid sintetaze - tripeptid-glutation:

Sastavni je dio mnogih enzima i štiti SH skupine proteina od oksidacije.

Karnozin i anserin. Dipeptidi mišićnog tkiva. Karnozin nastaje iz histidina i β -alanin, anserin - iz 1-metilhistidina i β -alanin.

Peptidi se sintetiziraju pod utjecajem specifičnih enzima, uz sudjelovanje iona ATP i Mg 2+. Reakcije se odvijaju u dvije faze, na primjer sinteza karnozina.

Biosinteza i metabolizam pojedinih aminokiselina

Neesencijalne aminokiseline sintetiziraju se u tjelesnim tkivima; esencijalni ulaze u tijelo kao dio hrane; uvjetno esencijalni sintetiziraju se u tkivima u ograničenoj mjeri (arginin i histidin) ili u prisutnosti prekursora (tirozin i cistein). Određenu količinu aminokiselina sintetizira simbiotska mikroflora u probavnom sustavu.

Najčešći materijal koji se koristi za sintezu aminokiselina je α -keto- i α -hidroksi kiseline koje nastaju u tkivima tijekom intermedijarnog metabolizma ugljikohidrata, lipida i drugih spojeva. Izvor dušika su amonijak i amonijeve soli, a izvor vodika je NAD∙H 2 ili NADP∙H 2 .

Ako je izvor aminokiseline ketokiselina, tada se može podvrgnuti reduktivnoj aminaciji, koja se odvija u dvije faze: prvo nastaje iminokiselina, zatim aminokiselina.

Tako nastaje alanin iz pirogrožđane kiseline, asparaginska i glutaminska kiselina iz oksaloctene kiseline itd.

Nešto glutaminske kiseline može se sintetizirati iz α -ketoglutarna kiselina pod djelovanjem enzima L-glutamat dehidrogenaza.

Glutaminska kiselina se koristi u tkivima kao donor amino skupina.

Pojedinačne aminokiseline mogu nastati iz drugih aminokiselina transaminacijom (A.E. Braunstein i M.G. Kritsman, 1937.) pod utjecajem enzima aminoferaza, čiji je sastavni dio derivat vitamina B 6 - piridoksal fosfat, koji ima ulogu nositelj NH 2 skupina (str. 271).

Tako nastaje glicin iz serina ili treonina; alanin - iz glutaminske i asparaginske kiseline, triptofana ili cisteina; tirozin iz fenilalanina; cistein i cistin - od serina ili metionina; glutaminska kiselina nastaje iz prolina ili arginina itd.

Metabolizam pojedinih aminokiselina ima određene karakteristike.

Glicin. Sudjeluje u nizu važnih biosintetskih reakcija. Dakle, od njega se formiraju:

U tkivima jetre glicin sudjeluje u procesu neutralizacije toksičnih spojeva - benzoina,

feniloctene kiseline i fenola, tvori parne spojeve koji se izlučuju urinom.

Alanin. Nastaje transaminacijom pirogrožđane kiseline (vidi gore). Postoji u obliku α - I β -forme Sudjeluje u biosintezi.

Asparaginska kiselina. Obično nastaje transaminacijom oksaloctene kiseline (vidi gore). Zajedno s glutaminskom kiselinom osigurava odnos između metabolizma proteina, ugljikohidrata i lipida. Služi kao donor amino skupina u

reakcije transaminacije. Glavne reakcije prikazane su na dijagramu.

Glutaminska kiselina. Sadržan u tkivima kao dio proteina, u slobodnom stanju iu obliku amida. Donator amino skupine u reakcijama transaminacije. Glavne tvari u čijoj sintezi sudjeluje kiselina:

Serin i treonin. Njihov metabolizam usko je povezan s metabolizmom glicina. Serin u tkivima nastaje iz 3-fosfoglicerinske kiseline. Glicin nastaje iz serina kao rezultat prijenosa jednog ugljičnog fragmenta (C 1) u tetrahidrofolnu kiselinu (THFA, vidi str. 311). Glicin se može formirati iz treonina. C1 fragment se koristi za sintezu histidina i purina. Pirogrožđana kiselina nastaje iz serina i treonina, koji se uključuje u TCA ciklus uz pomoć acetil-CoA.

Neke od transformacija prikazane su na dijagramu:

Hidroksilna skupina serina dio je aktivnog centra mnogih enzima: tripsina, kemo-tripsina, esteraza, fosforilaza.

metionin. Sastavni je dio mnogih proteina. Služi kao donator za metal grupu. Prijenos metilne skupine tijekom procesa remetilacije događa se pod utjecajem odgovarajućih metil transferaza preko S-adenozilmetionina:

Prekursor metionina je asparaginska kiselina, koja kroz nekoliko faza (homoserin, 0-sukcinil-homoserin, cistein, cistationin, homocistein) prelazi u metionin.

Cistein i cistin. Sastojci mnogih proteina, peptida, hormona i drugih spojeva. SH skupina cisteina je sastavni dio aktivnih centara niza enzima. Sudjelovanje cisteina u metabolizmu djelomično se odražava na dijagramu:

Arginin i ornitin. Arginin nastaje tijekom pretvorbe ugljičnog dioksida i amonijaka u ureu.

Obje aminokiseline sudjeluju u stvaranju niza vitalnih tvari.

Lizin. Najvažnija aminokiselina. Sudjeluje u sintezi mnogih tvari.

Σ-amino skupina lizinskog ostatka uključena je u stvaranje veze između apo- i koenzima, posebno tijekom stvaranja enzima biotina. Lizin ima važnu ulogu u vezivanju fosfora tijekom mineralizacije koštanog tkiva i drugih procesa.

Fenilalanin i tirozin. Njihove transformacije u tijelu idu u sljedećim smjerovima: biosinteza proteina i peptida, stvaranje

proteinogeni amini, hormoni i pigmenti, oksidacija do krajnjih proizvoda s rupturom jezgre itd.:

Triptofan. Najvažnija aminokiselina. Njegove transformacije ilustrirane su dijagramom:

Histidin. Odnosi se na esencijalne aminokiseline. Sudjeluje u biosintezi i metabolizmu mnogih vitalnih tvari:

Prolin i hidroksiprolin. Hidroksiprolin nastaje iz prolina. Proces je nepovratan. Obje se iminokiseline koriste za biosintezu proteina itd.

Pretvorba ostatka aminokiselina bez dušika

Neke od aminokiselina koje se ne koriste u sintezi proteina i njihovih derivata podliježu procesima razgradnje na amonijak i karboksilne kiseline. Amonijak se neutralizira u jetri u ornitinskom ciklusu. Od nekoliko vrsta deaminacije prevladava oksidativna deaminacija. Dobivene keto kiseline tkiva koriste za razne potrebe. Na temelju smjera upotrebe bezdušičnog ostatka aminokiseline se dijele na dvije vrste: glukoplastične i lipoplastične. Glukoplastične aminokiseline (alanin, serin, cistein itd.) obično tvore pirogrožđanu kiselinu, koja služi kao početni materijal za biosintezu glukoze i glikogena.

Od lipoplastičnih aminokiselina (leucin, izoleucin, arginin, ornitin, lizin i dr.) nakon deaminacije nastaje acetooctena kiselina – izvor biosinteze viših masnih kiselina.

α -Ketokiseline nastale oksidativnom deaminacijom aminokiselina se dekarboksiliraju i istovremeno oksidiraju u masne kiseline.

Dobivena masna kiselina može se podvrgnuti β -oksidacijom, javlja se acetil-CoA – izvor kemijske energije ili sirovina za biosintezu mnogih tvari.

Značajke intermedijarnog metabolizma složenih proteina

Biosinteza složenih proteina odvija se slično kao i biosinteza proteina. U tom slučaju nastaju primarna, sekundarna, tercijarna i kvaternarna struktura proteinske molekule uz dodatak odgovarajuće prostetske skupine.

Metabolizam kromoproteina.Životinjski organizam sadrži brojne kromoproteine: hemoglobin, mioglobin, citokrome, heminske enzime itd.

Karakterizira ih prisutnost molekule hema. Biosinteza hemoglobina je najdetaljnije proučavana.

Glavne komponente molekule hemoglobina nastaju u hematopoetskim organima: crvenoj koštanoj srži, slezeni, jetri. Globin se sintetizira iz aminokiselina na uobičajeni način za proteine. Stvaranje hema odvija se uz sudjelovanje enzima kroz nekoliko faza.

Od dvije molekule δ -aminolevulinska kiselina proizvodi porfobilinogen, koji sadrži pirolni prsten.

Porfobilinogen zatim tvori ciklički spoj četiri pirolna prstena, uroporfirin.

U daljnjim transformacijama iz uroporfirina nastaje protoporfirin. Pod utjecajem enzima hemosintetaze željezo (Fe 2+) se ugrađuje u molekulu protoporfirina i nastaje hem koji se preko histidinskog ostatka veže na jednostavnu bjelančevinu globin tvoreći podjedinicu molekule hemoglobina.

Hemoglobin čini 90-95% suhe mase crvenih krvnih stanica.

Metabolizam lipoproteina, glikoproteina i fosfoproteina ne razlikuje se puno od metabolizma jednostavnih proteina. Njihova sinteza odvija se slično kao i kod drugih proteina - stvaranjem primarnih, sekundarnih, tercijarnih i kvarternih struktura. Razlika je u tome što se tijekom sinteze na proteinski dio molekula vežu različite prostetičke skupine. Kada se složena proteinska molekula razgradi, proteinski dio se razgrađuje na aminokiseline, a prostetičke skupine (lipidni, ugljikohidratni, fosforni esteri aminokiselina) na jednostavne spojeve.

Vrhunska razmjena. Tijekom intermedijarnog metabolizma nastaje niz kemijskih spojeva koji se oslobađaju iz tijela kao produkti razgradnje proteina. Konkretno, ugljični dioksid oslobađaju pluća, vodu bubrezi, sa znojem, u fecesu i s izdahnutim zrakom. Mnogi drugi produkti metabolizma bjelančevina, osobito oni dušikovi, izlučuju se u obliku uree, parnih spojeva itd.

Pretvorba amonijaka. Amonijak nastaje tijekom deaminacije aminokiselina, purinskih i pirimidinskih baza, nikotinske kiseline i njezinih derivata te drugih spojeva koji sadrže dušik. Tijekom dana u ljudskom tijelu deaminira se 100-120 g aminokiselina, nastaje 16-19 g dušika ili 18-23 g amonijaka. U osnovi, amonijak se u tijelu domaćih životinja neutralizira u obliku uree, djelomično u obliku alantoina, mokraćne kiseline i amonijevih soli. U ptica i gmazova glavni krajnji produkt metabolizma dušika je mokraćna kiselina.

Urea- glavni krajnji produkt metabolizma dušika kod većine kralježnjaka i ljudi. Čini 80-90% svih dušičnih tvari u mokraći. Stvorena je moderna teorija stvaranja uree u jetri - ornitinski Krebsov ciklus.

1. NH 3 i CO 2 koji se odvajaju tijekom deaminacije i dekarboksilacije spajaju se pod utjecajem enzima karbamoil fosfat sintetaze u karbamoil fosfat.

2. Karbamoil fosfat s ornitinom uz sudjelovanje ornitin karbamoiltransferaze tvori citrulin.

3. Pod utjecajem argininosukcinat sintetaze dolazi u interakciju s asparaginskom kiselinom, stvarajući argininosukcinatnu kiselinu.

4. Argininosukcinatna kiselina se pod utjecajem argininosukcinat liaze razgrađuje na arginin i fumarnu kiselinu.

5. Arginin se pod utjecajem arginaze razgrađuje na ornitin i ureu, koja se uklanja iz tijela urinom i znojem:

Ornitin reagira s novim dijelovima karbamoil fosfata i ciklus se ponavlja.

Dio amonijaka u tkivima se veže tijekom procesa stvaranje amida – asparagina ili glutamina koji se transportiraju u jetru. U jetri se hidroliziraju, nakon čega iz amonijaka nastaje urea. Nešto amonijaka tkiva koriste za reduktivnu aminaciju keto kiselina, što dovodi do stvaranja aminokiselina.

Osim toga, u tkivu bubrega, amonijak je uključen u proces neutralizacije organskih i anorganskih kiselina:

Pretvorbe ostalih proizvoda konačnog metabolizma proteina. U procesu metabolizma bjelančevina nastaju i drugi produkti krajnjeg metabolizma, posebice derivati ​​purinskih i pirimidinskih baza, plinovi (oslobađani tijekom pražnjenja crijeva), fenoli, indol, skatol, sumporna kiselina itd. Osobito mnogo ovih tvari je nastali u debelom crijevu tijekom raspadanja proteina.

Ti se otrovni spojevi neutraliziraju u jetri stvaranjem takozvanih parnih kiselina, koje se oslobađaju mokraćom, djelomično znojem i izmetom.

Indol i skatol, nastali tijekom truležne razgradnje triptofana, pretvaraju se u indoksil i skatoksil. Oni tvore parne spojeve s glukuronskom ili sumpornom kiselinom.

Transformacije produkata razgradnje kromoproteina. Kada se kromoproteini razgrađuju, nastaju globin i hem. Globin prolazi uobičajene transformacije tipične za proteine. Hem služi kao izvor formiranja

pigmenti žuči, urina i fecesa. Hemoglobin se, kada se oksidira, pretvara u verdohemoglobin(koleglobin). Verdohemoglobin gubi svoj proteinski dio i atome željeza, što dovodi do stvaranja zelene tvari - biliverdin. Biliverdin se reducira u crveni pigment - bilirubin. Bilirubin nastaje iz mezobilirubin, koji nakon sljedeće obnove postaje urobilinogen. Urobilinogen se u crijevima pretvara u pigmente stolice – sterkobilinogen I sterkobilin, u bubrezima - u pigment mokraće urobilin.

Produkte razgradnje hema tijelo koristi za razne potrebe. Dakle, željezo se taloži u organima kao feritini. Biliverdin i bilirubin su žučni pigmenti, ostale tvari su pigmenti urina i fecesa. Razgradnja mioglobina odvija se na sličan način.

Regulacija metabolizma proteina. Posebno mjesto u regulaciji pripada kori velikog mozga i subkortikalnim centrima. Hipotalamus sadrži centar za metabolizam proteina. Regulacija se provodi refleksno, kao odgovor na iritaciju.

Učinak hormona na biosintezu proteina provodi se poticanjem stvaranja mRNA. Somatotropin pojačava procese sinteze proteina. Biosintezu proteina aktivira inzulin, neki

andro- i estrogeni, tiroksin. Glukokortikoidi iz kore nadbubrežne žlijezde potiču razgradnju proteina i oslobađanje dušičnih tvari.

Učinak hormona na metabolizam proteina povezan je s promjenama u brzini i smjeru enzimskih reakcija. Biosinteza i, posljedično, aktivnost enzima uključenih u metabolizam proteina ovisi o prisutnosti dovoljne količine vitamina u hrani. Konkretno, piridoksal fosfat je koenzim dekarboksilaza aminokiselina, vitamin B 2 je komponenta koenzima aminooksidaza, vitamin PP je osnova dehidraze glutaminske kiseline, bez vitamina C ne može se odvijati biosinteza prolina i hidroksiprolina itd. .

Patologija metabolizma proteina. Metabolizam proteina je poremećen kod infektivnih, invazivnih i nezaraznih bolesti. Poremećaji metabolizma proteina mogu biti uzrokovani nepravilno formuliranom prehranom, hranjenjem nekvalitetnom hranom, nepoštivanjem režima hranjenja itd. To dovodi do smanjenja razine produktivnosti životinja, pogoršanja njihovog zdravlja, a ponekad čak i smrt.

Patologija metabolizma proteina manifestira se u različitim oblicima.

Proteinski post. Postoje dvije vrste proteinskog gladovanja: primarno, kada u hrani nema dovoljno esencijalnih aminokiselina, i sekundarno, uzrokovano bolestima probavnog trakta, jetre i gušterače. Kod životinja se usporava rast, pojavljuju se opća slabost i oteklina, poremećeno je formiranje kostiju, gubitak apetita i proljev. Javlja se negativna ravnoteža dušika, javlja se hipoproteinemija (sadržaj proteina u krvi smanjuje se za 30-50%).

Poremećaj metabolizma aminokiselina. Pojavljuje se u nekoliko oblika. Tako se kod nekih bolesti jetre (hepatitis, ciroza, akutna žuta distrofija) sadržaj aminokiselina u krvi i urinu naglo povećava - javlja se alkaptonurija. Konkretno, kada je metabolizam tirozina poremećen, razvija se alkaptonurija, praćena oštrim zamračenjem urina nakon stajanja u zraku. Kod cistinoze, cistin se taloži u jetri, bubrezima, slezeni, limfnim čvorovima, crijevima i

Postoji višak cistina u mokraći (cistinurija). Kod fenilketonurije u urinu se pojavljuje velika količina fenilpiruvične kiseline. Nedostaci vitamina često su uzrok takvih poremećaja.

Kršenje metabolizma složenih proteina. Najčešće se manifestiraju u obliku poremećaja metabolizma nukleinske kiseline i porfirina. U potonjem slučaju, razmjena hemoglobina, mioglobina i drugih proteina je poremećena. Dakle, s različitim lezijama jetre (hepatitis, fascioliasis, itd.) Javlja se hiperbilirubinemija - sadržaj bilirubina u krvi raste na 0,3 - 0,35 g / l. Mokraća postaje tamna, u njoj se pojavljuju velike količine urobilina, javlja se urobilinurija. Ponekad se opaža porfirija - povećanje sadržaja porfirina u krvi i tkivima. To rezultira porfinurijom i urin postaje crven.

Kontrolna pitanja

1. Što su proteini, koji je njihov značaj, kemijski sastav, fizikalno-kemijska svojstva, struktura (primarni, sekundarni, tercijarni, kvartarni)? Njihova klasifikacija.

2. Opišite glavne skupine i podskupine aminokiselina, navedite strukturne formule najvažnijih od njih, analizirajte njihova svojstva.

3. Što je to ravnoteža dušika, proteinski minimum, potpuni i nepotpuni proteini, neesencijalne, uvjetno esencijalne i esencijalne aminokiseline? Napiši formule esencijalnih aminokiselina.

4. Analizirati glavne faze metabolizma proteina u tijelu različitih vrsta domaćih životinja - probavu, apsorpciju, intermedijarni (biosinteza i razgradnja) i završni metabolizam.

5. Kako je reguliran metabolizam proteina u tijelu životinja i kako se manifestira patologija metabolizma proteina?

U odraslom ljudskom tijelu, metabolizam dušika općenito uravnotežena, odnosno količine ulaznog i izlaznog proteinskog dušika približno su jednake. Ako se oslobodi samo dio novodobavljenog dušika, ravnoteža pozitivan. To se opaža, na primjer, tijekom rasta organizma. Negativan ravnoteža je rijetka, uglavnom kao posljedica bolesti.

Proteini dobiveni iz hrane podvrgavaju se potpunoj hidrolizi u gastrointestinalnom traktu do aminokiselina, koje se apsorbiraju i distribuiraju krvotokom u tijelu (vidi). 8 od 20 proteinskih aminokiselina ne može se sintetizirati u ljudskom tijelu (vidi). ove esencijalne aminokiseline moraju se opskrbiti hranom (vidi).

Tijelo konstantno gubi bjelančevine putem crijeva, a manjim dijelom i putem bubrega. Zbog ovih neizbježnih gubitaka potrebno je iz hrane dnevno unijeti najmanje 30 g bjelančevina. Ovaj minimalni standard jedva da je ispunjen u nekim zemljama, dok je u industrijaliziranim zemljama sadržaj proteina u hrani najčešće značajno viši od norme. Aminokiseline se ne pohranjuju u tijelu, s viškom zaliha aminokiselina u jetri oksidira se ili iskoristi do 100 g aminokiselina dnevno. Dušik koji sadrže pretvara se u ureu (vidi) iu tom obliku se izlučuje urinom, a ugljični kostur se koristi u sintezi ugljikohidrata, lipida (vidi) ili se oksidira u ATP.

Pretpostavlja se da se u tijelu odrasle osobe dnevno razgrađuje 300-400 g proteina na aminokiseline ( proteoliza). Istodobno, približno ista količina aminokiselina uključena je u novostvorene proteinske molekule ( biosinteza proteina). Neophodan je visok promet proteina u tijelu jer su mnogi proteini relativno kratkotrajni: počinju se obnavljati nekoliko sati nakon sinteze, a biokemijski poluživot je 2-8 dana. Ispada da su čak i kraćeg vijeka ključni enzimi posredna razmjena. Ažuriraju se nekoliko sati nakon sinteze. Ova stalna razgradnja i ponovna sinteza omogućuje stanicama da brzo prilagode razine i aktivnost najvažnijih enzima kako bi zadovoljile metaboličke potrebe. Nasuprot tome, strukturni proteini, histoni, hemoglobin ili komponente citoskeleta posebno su izdržljivi.

Gotovo sve stanice sposobne su za izvođenje biosinteza proteini (u dijagramu gore lijevo). Konstrukcija peptidnog lanca po emitiranja na ribosomu raspravlja se u člancima. Međutim, aktivni oblici većine proteina nastaju tek nakon niza daljnjih koraka. Prije svega, uz pomoć pomoćnih šaperonskih proteina, mora se formirati biološki aktivna konformacija peptidnog lanca ( zgrušavanje, cm. , ). S postprevoditeljskim sazrijevanje Mnogim proteinima uklonjeni su dijelovi peptidnog lanca ili su dodane dodatne skupine, poput oligosaharida ili lipida. Ovi se procesi odvijaju u endoplazmatskom retikulumu iu Golgijevom aparatu (vidi). Konačno, proteini se moraju transportirati do odgovarajućeg tkiva ili organa ( sortiranje, cm.).

Unutarstanični uništavanje proteina ( proteoliza) javlja se dijelom u liposomima. Osim toga, citoplazma sadrži organele, tzv proteasomi, u kojem se uništavaju nepravilno presavijeni ili denaturirani proteini. Takve se molekule prepoznaju pomoću posebnih markeri(cm.).

Članci u odjeljku "Metabolizam proteina: opće informacije":

• A. Metabolizam proteina: opće informacije

Biološko starenje: metode i protokoli istražuju različite procese na koje utječe starost organizma. Nekoliko novih alata za...

Temeljni život. U živoj prirodi cijeli zbroj kemijskih reakcija usmjeren je prema jednom cilju – razmnožavanju proteinskih tijela. Sve druge vrste metabolizma - ugljikohidratni, lipidni, nukleinsko kiselinski i mineralni - osiguravaju metabolizam proteina, a posebno biosintezu specifičnih proteina.

Metabolizam bjelančevina u tijelu ima vodeću ulogu, pa ih je potrebno sustavno nadoknađivati ​​iz vanjske sredine, uglavnom bjelančevinama biljnog i životinjskog podrijetla. Problem proteina bio je i ostao glavni problem s kojim se čovječanstvo suočava. Danas trećini čovječanstva nedostaju proteini u prehrani.

Glavni izvor bjelančevina u ljudskoj prehrani su životinjske bjelančevine – meso, mlijeko, jaja. Ako je za zadovoljenje prehrambenih potreba ljudi potrebna proizvodnja žitarica u iznosu od 1 tone po osobi godišnje, onda se od te količine dvije trećine žitarica koristi za ishranu stoke kako bi se dobile kompletne bjelančevine životinjskog podrijetla. Potrošnja žitarica za stočnu hranu ima veliku ulogu u proizvodnji cjelovitih bjelančevina, pa je potrebno težiti smanjenju potrošnje koncentrata u proizvodnji stočarskih proizvoda. U tom smislu, različite vrste životinja oštro se razlikuju jedna od druge. Dakle, perad je u mogućnosti brzo preraditi žitarice i osigurati potrebnu količinu mesa i jaja. Proizvodnja ima industrijsku tehnologiju i dobro je mehanizirana, ali za to su potrebni koncentrati.

Svinje također daju brz rast i proizvodnju, unutar jedne godine do 100 kg ili više; ali troškovi se sastoje uglavnom od koncentrata. Kombinacijom silaže možete donekle smanjiti udio koncentrata u prehrani svinja.

Govedo - može proizvoditi u potpunosti od biljne hrane (bez žitarica). Nije ljudski natjecatelj u potrošnji žitarica. Ovu značajku treba uvijek imati na umu. Vrlo često, za dobivanje mlijeka, udio koncentrata u prehrani krava doseže 60%. To je puno. Cilj je smanjiti ga na 20-30%, što je realno i moguće uz adekvatnu hranidbu, prvenstveno bjelančevinama krme.

Hranjiva vrijednost hrane, u% suhe težine (prema A.V. Chechetkin).

Tablica 10.1

Većina biljne hrane sadrži malo bjelančevina, s izuzetkom graška, soje te životinjske i bakterijske hrane.

Proteini, kada se oksidiraju u tijelu, mogu poslužiti kao izvor energije, ali organizam životinja i ptica ne može bez sustavnog unosa proteina hranom. Eksperimenti pokazuju da dugotrajno isključivanje ugljikohidrata i masti iz prehrane životinja ima mali učinak na produktivnost; isključivanje bjelančevina iz prehrane dovodi do smanjenja produktivnosti, a produljeno isključivanje dovodi do smrti životinje. Bez bjelančevina hrane nemoguća je ne samo visoka produktivnost, već i život životinje.

Tijekom života organizma njegove se stanice mnogo puta zamjenjuju. Primjerice, crvena krvna zrnca potpuno se obnavljaju za 100-120 dana, intenzivno se zamjenjuje epitel kože i sluznica te drugih tkiva. Uloga proteina je velika za organizam koji raste, za životinje čija se produktivnost temelji na mlijeku, jajima i vuni.

Na primjer, krava produktivnosti od 20 kg mlijeka dnevno gubi 0,5 kg proteina u mlijeku. Proteini čine 20% tjelesne težine, od čega 95% dušika u proteinima dolazi iz aminokiselina. Ako je živa težina krave 500 kg, tada se 100 kg ove količine sastoji od aminokiselina. Bez proteina i aminokiselina ne može se osigurati reprodukcija osnovnih elemenata stanica, tkiva, organa te sinteza enzima i hormona. Metabolizam proteina može se procijeniti na temelju pokazatelja ravnoteže dušika.

Dušična ravnoteža se utvrđuje na temelju dnevne potrošnje dušičnih tvari u hrani i njihovog izlučivanja izmetom i urinom. Na temelju potrošnje - izlučivanja - razlike između njih prosuđuje se količina dušičnih tvari koju tijelo dnevno apsorbira i stupanj iskorištenja bjelančevina krme.

Aminokiseline se apsorbiraju u krv i dostavljaju u jetru, gdje se djelomično deaminiraju, dekarboksiliraju ili prolaze kroz transaminaciju. Osim toga, postoji stalna obnova proteina vlastitog tijela - razgradnja (u lizosomima) i de novo sinteza. Obnavljanje aminokiselina u tkivnim proteinima vrlo je intenzivno. Tako se proteini jetre obnavljaju napola za 8-12 dana, krvna plazma - za 18-45 dana. Kod goveda koja se uzgajaju za meso dnevno se sintetizira 120-200 g proteina, a kod krave u laktaciji s mlijekom se izluči 600-1200 g novih proteina. Razgradnja tkivnih proteina – autoliza nastaje pod djelovanjem enzima – tkivnih proteaza – katepsina.

Treći izvor slobodnih aminokiselina (1. iz crijeva, 2. - autoliza) u stanicama tijela je njihova sinteza. Biljke sintetiziraju vrlo velik skup aminokiselina (preko 20), dok se u životinjskom tijelu reduktivnom aminacijom ketokiselina i transaminacijom sintetiziraju samo neesencijalne aminokiseline.

Reduktivna aminacija keto kiselina je obrnuti proces od oksidativne deaminacije aminokiselina (glutaminske, asparaginske itd.). Resinteza se odvija u 2 faze:

Dakle, u prvoj fazi reakcije nastaju iminokiseline iz keto kiseline i amonijaka, u drugoj se iminokiselina reducira zbog vodika reduciranog oblika NAD ili NADP, odnosno NAD H 2, NADP H 2 - u aminokiselinu. Ovaj put sinteze aminokiselina kod životinja je ograničen, izraženiji je kod biljaka i mikroba (bakterija).

Najizraženiji put biosinteze aminokiselina u organizmu je put transaminacije (transaminacije). Otvorio ga je 1937. A.E. Braunstein. i Kritsman M.G. Utvrđeno je da se α-ketoglutarna kiselina i alanin mogu formirati iz glutaminske i pirogrožđane kiseline bez posrednog oslobađanja amonijaka.

Ta se reakcija naziva transaminacija, a amino skupina se prenosi s aminokiseline na keto kiselinu. Donor amino skupine je aminokiselina, akceptor je ketokiselina. Sve prirodne aminokiseline su podložne enzimskoj transaminaciji. Ova reakcija se najaktivnije odvija između glutaminske kiseline i oksaloctene kiseline.

Između asparaginske kiseline i α-ketoglutarne kiseline (u jetri i mišićnom tkivu) dolazi do reakcije uz sudjelovanje transferaza (transaminaza); koenzim je fosfopiridoksal (vitamin B 6).

Amino skupina prolazi kroz Schiffovu bazu do fosfopiridoksala, što rezultira sintezom fosfopiridoksamina i odgovarajuće keto kiseline. Fosfopiridoksamin reagira s novom ketokiselinom i stvara novu aminokiselinu, oslobađajući fosfopiridoksal. Proces stvaranja međuproizvoda može se prikazati na sljedeći način:

Proces stvaranja međuproizvoda može se prikazati na sljedeći način:

Transaminacija ima vrlo važnu ulogu u sintezi esencijalnih aminokiselina u tkivima.

Dakle, skup slobodnih aminokiselina u stanicama nastaje zbog:

1) primanja iz probavnih organa;

2) razgradnja proteina;

3) sinteza neesencijalnih aminokiselina u reakcijama transaminacije, reduktivna aminacija ketokiselina.
Deaminacija aminokiselina

Postoje četiri načina deaminacije aminokiselina: 1. Reduktivna deaminacija:

Kao rezultat toga nastaju organska kiselina i amonijak.

2. Hidrolitička deaminacija:

Kao rezultat reakcije nastaju hidroksi kiselina i amonijak.

Ove vrste deaminacije karakteristične su za bakterije (proventrikulus preživača, debelo crijevo drugih životinja).

3. Intramolekularna deaminacija:

Kao rezultat toga nastaju nezasićene organske kiseline i amonijak.

Ova vrsta deaminacije tipična je za bakterije, biljke, au životinjskom tijelu histidin se deaminira. Pod djelovanjem enzima histidin deaminaze nastaju amonijak i urokonska kiselina.

1. 
   Oksidativna deaminacija:

Ovo je najčešći oblik deaminacije. Reakcija se odvija uz sudjelovanje enzima, gdje je akceptor vodika obično NAD, rjeđe FMN. Ona ide u

dvije etape. U prvoj fazi nastaje nestabilna iminokiselina, u drugoj fazi, uz sudjelovanje molekule vode, nastaju amonijak i ketokiselina:

U tjelesnim tkivima važna je deaminacija D-aminokiselina, budući da proteini sadrže samo L-aminokiseline. Stoga je u tijelu vrlo aktivna dehidrogenaza α-glutaminske kiseline, koja je pretvara u α-ketoglutarnu kiselinu.

Reakcija je prilično česta. Glutamat dehidrogenaza ima odlučujuću ulogu u procesima oksidativne deaminacije većine aminokiselina posrednom deaminacijom.

Koenzim glutamat dehidrogenaze je NAD (NADP):

NADH 2 u respiratornom lancu mitohondrija osigurava sintezu triju molekula ATP-a (jetra, mišići, bubrezi, mozak itd.).

Transaminacija je neizravni put deaminacije

aminokiseline

Transaminacija ima ključnu ulogu u metabolizmu aminokiselina. Dakle, glutamat dehidrogenaza vrlo aktivno dovodi do stvaranja α-ketoglutarne kiseline, koja je supstrat za transaminaciju s drugim aminokiselinama. Na primjer:

Glutaminska kiselina se zatim deaminira prema gore prikazanoj shemi. Oksaloctena kiselina također može biti supstrat za transaminaciju i deaminaciju:

Mehanizam neizravne deaminacije osigurava deaminaciju svih aminokiselina u životinjskom tijelu.
Dekarboksilacija aminokiselina
U životinjskim tkivima sljedeće aminokiseline prolaze kroz dekarboksilaciju: histidin, tirozin, glutaminska kiselina, 5-hidroksitriptofan, 3,4-dioksifenilalanin (DOPA), cisteinska kiselina.

Prva tri su dio proteina, ostatak su metabolički proizvodi - tirozin, triptofan, cistein.

Dekarboksilaze imaju fosfopiridoksal (vitamin B 6) kao kofaktor; one dekarboksiliraju samo α-aminokiseline. Amini koji nastaju u tom procesu utječu na metabolizam. Kada se cistein dekarboksilira, nastaje taurin, koji je neophodan za sintezu žučnih kiselina. Kada se histidin dekarboksilira, nastaje histamin:


Histamin izaziva spazam glatke muskulature (uključujući mišiće bronha), snižava krvni tlak, širi kapilare, uzrokuje oticanje i povećava lučenje želučanog soka za 8-10 puta.

Kada se tirozin i DOPA dekarboksiliraju, nastaju tiramin, odnosno 3,4-dioksitiramin:

I tiramin i 3,4-dihidroksitiramin imaju jake farmakološke učinke. DOPA i dopamin nalaze se u visokim koncentracijama u motoričkim centrima u mozgu i igraju važnu ulogu u kontroli mišića.

Kada se glutaminska kiselina dekarboksilira, nastaje γ-aminomaslačna kiselina, prirodni faktor koji inhibira aktivnost živčanih stanica. Amini se oksidiraju monoaminooksidazama u aldehide i izlučuju iz organizma.

Oksidativna razgradnja aminokiselina
Tijelo većinu energije dobiva oksidacijom ugljikohidrata i neutralnih masti (do 90%). Preostalih 10% nastaje oksidacijom aminokiselina. Aminokiseline se prvenstveno koriste za sintezu proteina. Do njihove oksidacije dolazi:

1) ako se aminokiseline nastale tijekom obnove proteina ne koriste za sintezu novih proteina;

2) ako višak proteina uđe u tijelo;

3) u razdoblje posta ili dijabetesa Kada nema ugljikohidrata ili je njihova apsorpcija poremećena, aminokiseline se koriste kao izvor energije.

U svim tim situacijama aminokiseline gube svoje amino skupine i pretvaraju se u odgovarajuće α-keto kiseline, koje se zatim oksidiraju u CO 2 i H 2 O. Dio te oksidacije odvija se kroz ciklus trikarboksilnih kiselina. Kao rezultat deaminacije i oksidacije nastaju pirogrožđana kiselina, acetil-CoA, acetoacetil-CoA, α-ketoglutarna kiselina, sukcinil-CoA i fumarna kiselina. Neke aminokiseline mogu se pretvoriti u glukozu, dok se druge mogu pretvoriti u ketonska tijela.
Načini neutralizacije amonijaka u životinjskim tkivima

Amonijak je otrovan i njegovo nakupljanje u tijelu može uzrokovati smrt. Postoje sljedeći načini neutralizacije amonijaka:

1. Sinteza amonijevih soli.

2. Sinteza amida dikarboksilnih aminokiselina.

3. Sinteza uree.

Sinteza amonijevih soli se u ograničenoj mjeri odvija u bubrezima, kao dodatnom zaštitnom uređaju za tijelo tijekom acidoze. Amonijak i ketokiseline se djelomično koriste za resintezu aminokiselina i za sintezu drugih dušičnih tvari. Osim toga, u tkivu bubrega amonijak sudjeluje u procesu neutralizacije organskih i anorganskih kiselina, tvoreći s njima neutralne i kisele soli:

1. 
   R – COOH + NH 3 → R – COONH 4 ;
2. 
   H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4;
3. 
   H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

Na taj se način tijelo štiti od gubitka značajne količine kationa (Na, K, dijelom Ca, Mg) urinom tijekom izlučivanja kiselina, što bi moglo dovesti do naglog smanjenja alkalne rezerve krvi. . Količina amonijevih soli izlučenih urinom značajno se povećava s acidozom, jer se amonijak koristi za neutralizaciju kiseline. Jedan od načina vezanja i neutralizacije amonijaka je njegova uporaba za stvaranje amidne veze glutamina i asparagina. U ovom slučaju, glutamin se sintetizira iz glutaminske kiseline pod djelovanjem enzima glutamin sintetaze, a asparagin se sintetizira iz asparaginske kiseline uz sudjelovanje asparagin sintetaze:

Na taj se način amonijak eliminira u mnogim organima (mozak, mrežnica, bubrezi, jetra, mišići). Amidi glutaminske i asparaginske kiseline također mogu nastati kada su ove aminokiseline u strukturi proteina, odnosno akceptor amonijaka može biti ne samo slobodna aminokiselina, već i proteini u čijem su sastavu. Asparagin i glutamin se isporučuju u jetru i koriste u sintezi uree. Amonijak se prenosi u jetru preko alanina (glukoza-alaninski ciklus). Ovaj ciklus osigurava prijenos amino skupina iz skeletnih mišića u jetru, gdje se pretvaraju u ureu, a mišići koji rade dobivaju glukozu. U jetri se glukoza sintetizira iz ugljikovog kostura alanina. U radnom mišiću glutaminska kiselina nastaje iz α-ketoglutarne kiseline, koja zatim prenosi amino skupinu - NH 2 na pirogrožđanu kiselinu, što rezultira sintezom alanina - neutralne aminokiseline. Shematski, naznačeni ciklus izgleda ovako:

Glutaminska kiselina + pirogrožđana kiselina ↔

↔ α-ketoglutarna kiselina + alanin

Riža. 10.1. Glukoza-alaninski ciklus.

Ovaj ciklus obavlja dvije funkcije: 1) prenosi amino skupine iz skeletnih mišića u jetru, gdje se pretvaraju u ureu;

2) opskrbljuje radne mišiće glukozom koja se isporučuje krvlju iz jetre, gdje se za njegovo stvaranje koristi ugljični kostur alanina.

Stvaranje uree– glavni put neutralizacije amonijaka. Ovaj proces proučavan je u laboratoriju I.P. Pavlova. Dokazano je da se urea sintetizira u jetri iz amonijaka, CO 2 i vode.

Urea se izlučuje urinom kao glavni krajnji produkt metabolizma proteina i aminokiselina. Urea čini do 80-85% ukupnog dušika u mokraći. Glavno mjesto sinteze uree u tijelu je jetra. Sada je dokazano da se sinteza uree odvija u nekoliko faza.

Faza 1 - stvaranje karbamoil fosfata događa se u mitohondrijima pod djelovanjem enzima karbamoil fosfat sintetaze:

U sljedećoj fazi, citrulin se sintetizira uz sudjelovanje ornitina:

Citrulin prelazi iz mitohondrija u citosol jetrenih stanica. Nakon toga, druga amino skupina se uvodi u ciklus u obliku asparaginske kiseline. Dolazi do kondenzacije molekula citrulina i asparaginske kiseline da nastane arginin-jantarna kiselina.

Citrulin asparagin arginin-sukcinat

kiselina kiselina
Arginin-jantarna kiselina razlaže se na arginin i fumarnu kiselinu.

Pod djelovanjem arginaze, arginin se hidrolizira u ureu i ornitin. Potom ornitin ulazi u mitohondrije i može se uključiti u novi ciklus neutralizacije amonijaka, a urea se izlučuje mokraćom.

Tako se u sintezi jedne molekule uree neutraliziraju dvije molekule NH 3 i CO 2 (HCO 3), što također ima ulogu u održavanju pH. Za sintezu jedne molekule uree troše se 3 molekule ATP-a, uključujući dvije za sintezu karbamoil fosfata, jedna za stvaranje arginin-jantarne kiseline; fumarna kiselina se može pretvoriti u jabučnu i oksalooctenu kiselinu (Krebsov ciklus), a potonja, kao rezultat transaminacije ili reduktivne aminacije, može se pretvoriti u asparaginsku kiselinu. Neki aminokiselinski dušik izlučuje se iz tijela kao kreatinin, koji nastaje od kreatina i kreatin fosfata.

Od ukupnog dušika u mokraći, urea čini do 80-90%, amonijeve soli - 6%. Pri suvišnoj hranidbi bjelančevinama povećava se udio dušika iz uree, a pri nedovoljnoj hranidbi bjelančevinama smanjuje se na 60%.

Kod ptica i gmazova amonijak se neutralizira stvaranjem mokraćne kiseline. Gnoj peradi na farmama peradi izvor je gnojiva koje sadrži dušik (mokraćna kiselina).

Značajke metabolizma pojedinih aminokiselina
Glicin– lako se sintetizira u tijelu životinja, samo za ptice može biti ograničavajuća aminokiselina.


Deaminira se u tkivima pod utjecajem glicin-oksidaze uz stvaranje glioksaldehida. U tom se slučaju NAD reducira na NADH 2, koji proizvodi tri molekule ATP-a u dišnom lancu mitohondrija. Glicin se koristi za sintezu parnih žučnih kiselina, glutationa, kreatina, serina, kolamina, purina i porfirina. Koristi se za neutralizaciju benzojeve i feniloctene kiseline.
Serin– pri deaminaciji nastaju pirogrožđana kiselina i amonijak.

Serin je dio fosfolipida koji sadrže serin i početni je produkt stvaranja etanolamina i kolina, cisteina.

Opća shema katabolizma i glukoneogeneze može se prikazati na sljedeći način (slika 10.2., prema Nikolaevu A.Ya.):

Riža. 10.2. Uvođenje aminokiselina u opći put katabolizma i glukoneogeneze.
treonin- esencijalna aminokiselina za sve vrste životinja. Pod utjecajem aldolaze pretvara se u glicin i acetaldehid.

Cistein i cistin. Goveda i ovce su osjetljive na nedostatak aminokiselina koje sadrže sumpor. Cistein i cistin se lako pretvaraju jedan u drugi kroz redoks reakcije:


Prisutnost –SH, -S-S- skupina određuje visoku reaktivnost enzima i hormona. Dio cisteina se pretvara u taurin, koji se koristi u sintezi uparenih žučnih kiselina.

Kada se cistein dekarboksilira, nastaje tioetanolamin, kofaktor za enzim HS-CoA koji aktivira kiselinu.

Cistein je dio glutationa, tripeptida široko prisutnog u crvenim krvnim stanicama i jetri, koji može biti u reduciranom (HS-glutation) i oksidiranom (-S-S-) obliku. Glutation je kofaktor za 3-fosfogliceraldehid dehidrogenazu i glioksilazu.

metionin– esencijalna aminokiselina, sudjeluje u sintezi cisteina. Metionin ima CH3 metilnu skupinu koja je aktivna u transmetilaciji. Univerzalni je donor metilnih skupina (za etanolamin, karnozin, gvanidin octenu kiselinu, norepinefrin, pirimidinske baze).

Asparaginska i glutaminska kiselina. Mnogo ih ima u biljnim bjelančevinama. Oni igraju ulogu u transaminaciji i deaminaciji drugih aminokiselina. Sintetiziran iz keto kiselina. Glutamin se koristi u sintezi purinskih mononukleotidnih baza. Dekarboksilacijom asparaginske kiseline mogu nastati β i α-alanin:


β-alanin se koristi za sintezu pantotenske kiseline. Kada se glutaminska kiselina dekarboksilira, nastaje γ-aminomaslačna kiselina.

Lizin– esencijalna aminokiselina. Biološka razgradnja lizina slijedi složen put uz stvaranje α-aminoadipinske, α-ketoadipinske i glutarne kiseline.

Fenilalanin i tirozin su supstrati za sintezu tiroksina, adrenalina, norepinefrina. Valin, leucin, izoleucin - njihove transformacije usmjerene su na sintezu masnih kiselina i ketonskih tijela. Preostale aminokiseline i dva amida mogu poslužiti kao supstrati za sintezu glukoze i glikogena. Glukoneogeneza iz aminokiselina (sinteza glukoze) intenzivno se odvija iz glikogenih aminokiselina tijekom pretežno proteinske prehrane životinja ili natašte. Tijekom posta koriste se proteini iz vlastitih tkiva.

Katabolizam leucina i lizina ne uključuje fazu stvaranja pirogrožđane kiseline.