Metódy štúdia biochémie metabolizmu bielkovín. Metabolizmus bielkovín

V pečeni prebiehajú procesy deaminácie, transaminácie a syntézy aminokyselín, albumínov a väčšiny globulínov krvného séra, protrombínu a fibrinogénu. Predpokladá sa, že albumín a α-globulíny sú produkované polygonálnymi pečeňovými bunkami, β- a γ-globulíny sa tvoria v RES, najmä v Kupfferových bunkách pečene a plazmatických bunkách kostnej drene.

Vedúca úloha pečene v metabolizme bielkovín vysvetľuje veľký záujem lekárov o metódy určovania parametrov tohto metabolizmu. Medzi ne patrí predovšetkým stanovenie celkového množstva plazmatického proteínu a jeho frakcií vrátane protrombínu. Spolu so stanovením proteinogramu sa v praxi využívajú aj testy, ktoré len nepriamo indikujú prítomnosť zmien krvných bielkovín, vrátane prejavu patologických bielkovín – paraproteínov. Patria sem testy lability a koloidné testy.

Celkový proteín v plazme zdravých ľudí je 7,0-8,5 % (K. I. Stepashkina, 1963). Zmena celkového množstva bielkovín sa pozoruje len pri závažných poruchách metabolizmu bielkovín. Naproti tomu zmeny pomeru jednotlivých frakcií sú veľmi jemným indikátorom stavu metabolizmu bielkovín.

V praxi najpoužívanejšou metódou je stanovenie proteínových frakcií papierovou elektroforézou. Nevýhodou posledného je kolísanie získaných výsledkov v závislosti od verzie použitej metódy. Literárne údaje o normálnom proteinograme preto nie sú totožné.

V tabuľke 7 sú uvedené varianty normy opísané rôznymi autormi (podľa V. E. Predtechenského, 1960).

Pri poškodení pečene sa znižuje syntéza albumínu a α1-globulínov v polygonálnych pečeňových bunkách a zvyšuje sa syntéza β- a γ-globulínov v Kupfferových bunkách a periportálnych mezenchymálnych bunkách (ako prejav podráždenia retikuloendotelových buniek), čo má za následok kvantitatívne zmeny v proteínových frakciách – dysproteinémia.

Pre difúzne lézie pečene, akútne aj chronické počas ich exacerbácie, sú charakteristické nasledujúce zmeny v proteinograme: zníženie množstva albumínu a zvýšenie globulínov. Pokiaľ ide o posledne menované, frakcia Y-globulínu sa hlavne zvyšuje, zrejme v dôsledku akumulácie protilátok podobnej elektroforetickej pohyblivosti ako Y-globulíny. Menej sa zvyšuje obsah α2- a β-globulínov. Stupeň zmeny v proteinograme je priamo závislý od závažnosti ochorenia. Výnimkou je agamaglobulinémia pri hepatálnej kóme. Celkové množstvo bielkovín je zvyčajne mierne zvýšené v dôsledku hyperglobulinémie.

Pri hodnotení proteinogramu u pacientov s poškodením pečene by sa nemalo zabúdať, že pri veľkom počte veľmi rôznorodých ochorení sa pozoruje významná zmena proteínových frakcií, ako napríklad pri kolagenóze, poškodení obličiek, myelomatóze atď.

Pri ochoreniach pečene dochádza k zmenám v systéme zrážania krvi a stanovenie rôznych faktorov zrážanlivosti krvi je testom na posúdenie funkčného stavu pečene. Najcharakteristickejšími zmenami sú protrombín a prokonvertín.

Protrombín(faktor II zrážania krvi) je globulín pri elektroforetických štúdiách plazmy, vrchol protrombínu sa nachádza medzi albumínmi a u-globulínmi. Protrombín sa tvorí v pečeňových bunkách za účasti vitamínu K. Pri zrážaní krvi sa protrombín mení na trombín. Koncentrácia protrombínu v krvnej plazme je asi 0,03%. V praxi sa neurčuje absolútne množstvo protrombínu, ale „protrombínový čas“ a protrombínový index. Najbežnejšou metódou na stanovenie protrombínového indexu v Sovietskom zväze je metóda V. N. Tugolukova (1952). Normálne je protrombínový index 80-100%.

Pri patológii pečene môže byť narušená schopnosť hepatocytov syntetizovať protrombín. Okrem toho je poškodenie pečene sprevádzané porušením ukladania množstva vitamínov v nej, vrátane vitamínu K, ktorý je tiež príčinou hypoprotrombinémie. Preto, ak sa zistí pokles protrombínového indexu, po 3-dňovej záťaži vitamínom K - 0,015 vikasolu 3-krát denne by sa mala vykonať opakovaná štúdia. Ak množstvo protrombínu zostáva nízke, znamená to poškodenie pečeňového parenchýmu.

Ďalším faktorom systému zrážania krvi, ktorý prirodzene reaguje na poškodenie pečene, je prokonvertín (faktor VII, stabilný faktor). Prokonvertín katalyzuje pôsobenie tromboplastínu, čím urýchľuje tvorbu trombínu. Tento faktor sa tvorí v pečeni, jeho obsah v plazme je 0,015-0,03%. Množstvo prokonvertínu, podobne ako protrombínu, je vyjadrené ako index. Doba prokonvertovania je normálne 30-35 sekúnd, index - 80-120%.

Pri poškodení pečeňového parenchýmu klesá protrombínový index aj prokonvertínový index. Existuje paralela medzi týmito ukazovateľmi a závažnosťou poškodenia pečene (K. G. Kapetanaki a M. A. Kotovshchikova, 1959; A. N. Filatov a M. A. Kotovshchikova, 1963).

Bolo navrhnuté veľké množstvo rôznych metód, ktoré nepriamo určujú prítomnosť dysproteinémie a paraproteinémie. Všetky sú založené na zrážaní patologického proteínu rôznymi činidlami.

Takata-Ara test (sublimačný test) je založený na vyzrážaní flokulentnej zrazeniny hrubo dispergovaných proteínov pod vplyvom sublimátu obsahujúceho Takata činidlo. Reakcia sa hodnotí podľa hustoty sedimentu alebo podľa riedenia séra, pri ktorom dochádza k zákalu. Vzorka je vyhodnotená ako pozitívna, ak sa v sérii skúmaviek s činidlom Takata a klesajúcim množstvom séra (1,0; 0,5; 0,25; 0,12 ml atď.) objaví vločkovitá zrazenina v prvých troch alebo viacerých skúmavkách; ak len v prvých dvoch - slabo pozitívne. Test sa stáva pozitívnym pri zvýšení obsahu γ-globulínov v krvi, najmä pri Botkinovej chorobe, cirhóze pečene, ale aj pri množstve iných ochorení (zápal pľúc, syfilis a pod.).

Jednou z modifikácií testu Takata-Ara je Grossov test (sublimačná-sedimentárna reakcia), v ktorom sú výsledky vyjadrené v mililitroch sublimačného činidla potrebného na získanie zreteľného zákalu. Norma je 2 ml alebo viac. V prípade ochorení pečene sa hodnoty Gross testu znížia na 1,8-1,6 ml, v prípade ťažkého poškodenia - na 1,4 ml a nižšie.

Veltmanov test je založený na koagulácii plazmatických bielkovín pri zahrievaní v prítomnosti roztoku chloridu vápenatého s rôznymi koncentráciami (od 0,1 do 0,01 %). Normálne ku koagulácii dochádza, keď je koncentrácia roztoku vyššia ako 0,04 %, t.j. v prvých 6-7 skúmavkách. Poškodenie pečene je charakterizované objavením sa sedimentu pri nižšej koncentrácii - predĺžením koagulačnej „stuhy“.

Cefalínový test je založený na výskyte flokulácie cefalín-cholesterolovej emulzie v prítomnosti krvného séra pacienta. Test má výhodu oproti vyššie uvedeným tým, že je ostro pozitívny v prítomnosti nekrózy v pečeňovom parenchýme, a preto môže byť užitočný pri stanovení aktivity procesu pri Botkinovej chorobe a cirhóze pečene a pri diferenciálnej diagnostike medzi obštrukčnými žltačka (v počiatočných štádiách) a poškodenie pečeňového parenchýmu.

Test zákalu tymolu je založený na stanovení zákalu, ku ktorému dochádza, keď sa testované sérum kombinuje s tymolovým činidlom. Stupeň zákalu sa stanoví po 30 minútach a vyhodnotí sa na spektrofotometri alebo kolorimetri. Pomocou štandardnej krivky zákalu sa získa výsledok v ľubovoľných jednotkách. Norma sa pohybuje od 0,8 do 5,0 jednotiek. Ak je pečeň poškodená, hodnota vzorky sa zvyšuje a dosahuje 30-35 jednotiek. s Botkinovou chorobou (Popper, Schaffner, 1961).

Test zákalu tymolu môže pokračovať vo forme testu vločkovania tymolu: hodnotí sa vločkovanie, ktoré nastane 24 hodín po spojení séra s činidlom tymol.

Zvyškový dusík v krvi Normálne je to 20-40 mg%. Ťažká azotémia (až do 100 mg% alebo viac) sa vyskytuje pri ťažkom poškodení pečene (akútna dystrofia v dôsledku hepatitídy, cirhóza v konečnom štádiu, zlyhanie pečene po operácii pečene a žlčových ciest) a indikuje rozvoj zlyhania pečene.

Sérový amoniak Normálne je to 40-100%. Hyperamonémia sa pozoruje pri zlyhaní pečene, ako aj v prítomnosti výrazných portokaválnych anastomóz (vyvinutých prirodzene alebo vytvorených počas operácie), ktorými krv prúdi z čriev a obchádza pečeň. Najvýraznejšie zvýšenie množstva amoniaku v periférnej krvi sa pozoruje u pacientov so zlyhaním pečene po bielkovinovej záťaži (konzumácia veľkého množstva mäsa, krv vstupujúca do čriev pri krvácaní z pažeráka alebo žalúdka). Na identifikáciu portálno-hepatálneho zlyhania možno použiť test so záťažou solí amoniaku (A. I. Khazanov, 1968).

Lipoproteíny a glykoproteíny*. Sérové ​​proteíny tvoria stabilné zlúčeniny s lipidmi a sacharidmi: lipo- a glykoproteíny. Prirodzene, keď sa mení pomer rôznych frakcií plazmatických bielkovín, mení sa aj obsah komplexov s nimi spojených.

Počas elektroforézy sa lipoproteíny rozdelia na frakcie zodpovedajúce α1-, β a Y-frakciám globulínu. Frakcia y („lipidový zvyšok“) zahŕňa proteínové zlúčeniny s neutrálnym tukom a cholesterylestermi, ktoré sú mierne pohyblivé v elektrickom poli. Táto frakcia nemá praktický význam, pretože sa za patologických podmienok nemení. Zdraví jedinci majú nasledujúci percentuálny pomer α- a β-frakcií, lipoproteínov (I. E. Tareeva, 1962): α-lipoproteíny - 29,0 ± 4,9; p-lipoproteíny - 71,0 ± 4,9; pomer β/α-2,45 ± 0,61.

Bola preukázaná súvislosť medzi zmenami v pomere α- a β-frakcií lipoproteínov a závažnosťou poškodenia pečeňového parenchýmu. Neexistuje úplná paralela medzi zmenami v lipoproteinograme a inými funkčnými indikátormi. Treba si však uvedomiť, že Botkinova choroba a aktívna fáza cirhózy pečene sú charakterizované poklesom množstva α-lipoproteínov až do úplného vymiznutia na lipidovom profile a nárastom β-lipoproteínov so zodpovedajúcim zvýšením β. pomer /α niekoľkokrát. Pri chronickom poškodení pečene sú tieto zmeny menej výrazné.

Glykoproteíny sú zlúčeniny rôznych sacharidov s bielkovinami, najmä globulínmi. Elektroforetická metóda poskytuje separáciu glykoproteínových frakcií so zodpovedajúcimi proteínovými frakciami. K syntéze glykoproteínov dochádza v pečeni, preto je pochopiteľný pokus využiť stanovenie glykoproteínov na účely funkčnej diagnostiky. Údaje získané rôznymi autormi pri vyšetrovaní pacientov s patológiou pečene však zostávajú veľmi rozporuplné. Charakteristický je nárast frakcie α-glykoproteínov (N. A. Zaslavskaya, 1961; I. D. Mansurova, V. I. Dronova a M. S. Panasenko, 1962).

* Spôsob stanovenia pozri: A. F. Blyuger. Štruktúra a funkcia pečene pri epidemickej hepatitíde. Riga, 1964.

Metabolizmus bielkovín

Metabolizmus bielkovín je ústredným článkom všetkých biochemických procesov, ktoré sú základom existencie živého organizmu. Charakterizuje sa intenzita metabolizmu bielkovín dusíková bilancia, pretože väčšina telesného dusíka pochádza z bielkovín. Toto zohľadňuje dusík krmiva, dusík tela a dusík produktov vylučovania. Dusíková bilancia môže byť pozitívna (keď dôjde k zvýšeniu hmotnosti zvieraťa a zadržiavanie dusíka v tele), rovná nule, alebo je pozorovaná dusíková bilancia (z tela sa odoberie toľko dusíka, koľko sa dodá krmivom ), a negatívne (rozklad bielkovín nie je kompenzovaný kŕmnymi bielkovinami). Charakteristická je dusíková bilancia bielkovinové minimum- najmenšie množstvo bielkovín v krmive, ktoré je potrebné na udržanie dusíkovej rovnováhy v tele. Minimum bielkovín, prepočítané na 1 kg živej hmotnosti, má tieto priemerné hodnoty, g:

Kŕmne bielkoviny sa delia na plnohodnotné A menejcenný. Kompletné krmivá obsahujú zvyšky esenciálnych aminokyselín, ktoré si telo zvieraťa nedokáže syntetizovať: valín, izoleucín, leucín, lyzín, metionín, treonín, tryptofán a fenylalanín. Podmienečne esenciálne aminokyseliny zahŕňajú

histidín, keďže jeho mierny nedostatok v krmive je kompenzovaný syntézou mikroflórou v tráviacom trakte. Zvyšné aminokyseliny sú zameniteľné a môžu sa syntetizovať v tele zvieraťa: alanín, kyselina asparágová a kyselina glutámová, série. Päť aminokyselín sa považuje za čiastočne esenciálnych: arginín, glycín, tyrozín, cystín a cysteín. Iminokyseliny prolín a hydroxyprolín môžu byť syntetizované v tele.

Rôzne krmivá a potravinárske výrobky obsahujú rôzne množstvá bielkovín, %:

Živočíšne produkty sú bohaté na kompletné bielkoviny, %:

Štandardom kompletného proteínu je najčastejšie kazeín, ktorý obsahuje všetky esenciálne aminokyseliny.

Trávenie bielkovín. V tráviacom trakte sa bielkoviny štiepia na aminokyseliny a prostatické skupiny.

IN ústna dutina krmivo s obsahom bielkovín sa mechanicky rozdrví, navlhčí slinami a vytvorí potravný bolus, ktorý sa dostáva do žalúdka cez pažerák (u prežúvavcov - do proventrikulu a slezu, u vtákov - do žľazového a svalnatého žalúdka). Sliny neobsahujú enzýmy schopné štiepiť potravinové bielkoviny. Žuvané krmivo sa dostáva do žalúdka (u prežúvavcov do slezu), premiešané a namočené v žalúdočnej šťave.

Tráviace šťavy- bezfarebná a mierne opaleskujúca kvapalina s hustotou 1,002-1,010. Človek vyprodukuje asi 2 litre za deň, dobytok - 30, kôň - 20, prasa - 4, pes - 2-3, ovca a koza - 4 litre žalúdočnej šťavy. Sekrécia žalúdočnej šťavy v prvom

(komplexná reflexná) fáza je určená vzhľadom, vôňou a chuťou potravy, v druhej (neurohumorálnej) fáze - jej chemickým zložením a mechanickým dráždením receptorov sliznice. Zloženie žalúdočnej šťavy zahŕňa 99,5% vody a 0,5% pevných látok. Medzi husté látky patria enzýmy pepsín, renín, gastrixín, želatináza, lipáza (u ošípaných a amyláza); proteíny - sérové ​​albumíny a globulíny, mukoproteíny, Castle faktor; z minerálnych látok, kyselín (hlavne chlorovodíkovej) a solí.

Hlavným enzýmom žalúdočnej šťavy je pepsín a kyselina, ktorá vytvára podmienky pre jej katalytické pôsobenie, je kyselina chlorovodíková. Hlavné bunky fundusových žliaz žalúdka sa podieľajú na tvorbe pepsínu a parietálne bunky sa podieľajú na tvorbe kyseliny chlorovodíkovej. Zdrojom chloridových iónov je NaCl, ióny H + - protóny prichádzajúce z krvi do cytoplazmy parietálnych buniek v dôsledku redoxných reakcií (G. D. Kovbasyuk, 1978).

Kyselina chlorovodíková vytvára potrebnú kyslosť pre katalytické pôsobenie enzýmov. U ľudí je teda pH žalúdočnej šťavy 1,5-2,0, u hovädzieho dobytka - 2,17-3,14, u koňa - 1,2-3,1, u ošípaných - 1,1-2,0, u oviec - 1,9-5,6, u vtákov - 3,8. Kyselina chlorovodíková tiež vytvára podmienky pre premenu pepsinogénu na pepsín, urýchľuje štiepenie bielkovín na ich zložky, ich denaturáciu, napučiavanie a uvoľňovanie, zabraňuje rozvoju hnilobných a fermentačných procesov v žalúdku, stimuluje syntézu črevných hormónov atď. V laboratórnej praxi celková, voľná a viazaná kyslosť žalúdočnej šťavy.

Renín (chymozín alebo syridlový enzým) je produkovaný u mladých prežúvavcov žľazami sliznice slezu. Je syntetizovaný vo forme prorenínu, ktorý pri pH

IN žalúdka Dochádza k hydrolytickému rozkladu väčšiny kŕmnych bielkovín. Nukleoproteíny sa teda pod vplyvom kyseliny chlorovodíkovej a pepsínu rozkladajú na

nukleových kyselín a jednoduchých bielkovín. Tu dochádza aj k rozpadu iných proteínov. Vplyvom pepsínu dochádza k štiepeniu peptidových väzieb na okrajoch molekúl bielkovín. Najľahšie sa lámu väzby tvorené aromatickými a dikarboxylovými aminokyselinami. Pepsín ľahko štiepi bielkoviny živočíšneho pôvodu (kazeín, myoglobín, myogén, myozín) a niektoré rastlinné bielkoviny, budované najmä z monoaminodikarboxylových kyselín (gliadín a glutelín obilnín), s výnimkou vlnených keratínov, hodvábnych fibroínov, slizových mucínov, ovomukoidov, niektoré kostné proteíny a chrupavky.

Niektoré bielkoviny sú štiepené inými proteolytickými enzýmami žalúdočnej šťavy, napríklad kolagény - želatináza, kasenny - renín.

Vplyvom zložiek žalúdočnej šťavy, predovšetkým kyseliny chlorovodíkovej a enzýmov, sa proteíny v žalúdku hydrolyzujú na prostetické skupiny, albumín, peptóny, polypeptidy a dokonca aminokyseliny.

Žalúdočnú sekréciu stimulujú hormonoidy sliznice tráviaceho traktu: gastrín (v pyloru), enterogastrín (v črevách), histamín (v žalúdku) atď.

Vlastnosti trávenia bielkovín u prežúvavcov. U prežúvavcov sa potravný bolus z pažeráka dostáva do proventrikulu, kde sa pri prežúvaní žvýkačky vracia späť do ústnej dutiny, opäť sa rozdrví, potom sa dostane do bachora, pletiva, knihy a slezu, kde je prvý; štádium trávenia je ukončené.

V proventrikulu dochádza k chemickému spracovaniu kŕmnych látok pod vplyvom enzýmov z baktérií, nálevníkov a húb, ktoré tam symbiotujú. Až 38 % mikróbov v bachore hovädzieho dobytka a 10 % mikróbov v bachore oviec má proteolytickú aktivitu, 70 – 80 % takýchto enzýmov sa koncentruje vo vnútri buniek, 20 – 30 % v tekutine v bachore. Enzýmy pôsobia podobne ako trypsín, štiepia peptidové väzby medzi karboxylovou skupinou arginínu alebo lyzínu a aminoskupinou iných aminokyselín pri pH 5,5-6 a pH 6,5-7. Proteíny sa vplyvom peptidových hydroláz štiepia na peptidy, peptidy peptidázami na oligopeptidy, oligopeptidy na aminokyseliny. Kukuričný zeín je teda zo 60 % hydrolyzovaný na aminokyseliny a

kazeín - 90%. Niektoré aminokyseliny sú deaminované bakteriálnymi enzýmami.

Pozoruhodnou vlastnosťou trávenia v proventrikulu je syntéza bielkovín mikroorganizmami z nebielkovinových látok krmiva a jeho spracovaných produktov. Prevažnú časť rastlinnej stravy predstavujú sacharidy a predovšetkým vláknina. Vláknina v predžalúdku sa vplyvom mikrobiálnych enzýmov celuláza a celobiáza rozkladá na a-D(+)-glukóza a β-D(+)-glukóza.

Monózy prechádzajú rôznymi typmi fermentácie, čo vedie k tvorbe mastných kyselín s nízkou molekulovou hmotnosťou. Teda pri mliečnom kvasení spôsobenom Bact. lactis, kyselina mliečna vzniká z glukózy: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 → CHOH - COOH. Pri fermentácii kyseliny maslovej, spôsobenej baktériami rodu Clostridium, vzniká kyselina maslová: C 6 H 12 O 6 → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH + 2H 2 + 2CO 2 atď.

Množstvo prchavých mastných kyselín v bachore kravy môže dosiahnuť 7 kg za deň. Pri krmive koncentrovanom na seno obsahuje bachor kráv: kyselina octová - 850-1650 g, kyselina propiónová - 340-1160, kyselina maslová - 240-450 g.

V prepočte na kyselinu octovú sa v bachore ovce za deň vytvorí 200 – 500 g prchavých mastných kyselín. Ich percentuálne zloženie je nasledovné:

Niektoré z týchto kyselín sa využívajú na syntézu mliečneho tuku, glykogénu a iných látok (obr. 22), niektoré slúžia ako materiál pre mikroflóru na syntézu aminokyselín a vlastného proteínu.

K syntéze aminokyselín mikroflórou v predžalúdku prežúvavcov dochádza v dôsledku bezdusíkových fermentačných produktov a amoniaku. Zdrojom amoniaku sú produkty rozkladu močoviny, amónne soli a

iné prísady do stravy obsahujúce dusík. Močovina sa teda pod vplyvom enzýmu ureázy produkovaného bachorovou mikroflórou rozkladá na amoniak a oxid uhličitý:

Zdrojom produktov bez dusíka sú najčastejšie ketokyseliny, ktoré vznikajú z mastných kyselín (viď vyššie). Táto biosyntéza má zvyčajne charakter redukčnej aminácie:

Z aminokyselín si mikroorganizmy syntetizujú bielkoviny potrebné pre svoju existenciu. V závislosti od stravy je možné v bachore kráv syntetizovať 300-700 g bakteriálnych bielkovín denne.

Z proventrikulu sa kŕmne hmoty dostávajú do slezu, kde vplyvom kyslej syridlovej šťavy odumierajú mikroorganizmy a ich bielkoviny sa rozkladajú na aminokyseliny.

Zo žalúdka (syřidla) vstupujú po malých častiach kŕmne hmoty do tenké črevo, kde je ukončený rozklad bielkovín. Zahŕňa proteolytické enzýmy sekrécie pankreasu a črevnej šťavy. Tieto reakcie prebiehajú v neutrálnom a mierne alkalickom prostredí (pH 7-8,7). V tenkom čreve hydrogénuhličitany pankreatickej sekrécie a črevnej šťavy neutralizujú kyselinu chlorovodíkovú: HCl + NaHCO 3 → NaCl + H 2 CO 3.

Kyselina uhličitá sa vplyvom enzýmu karboanhydrázy štiepi na CO 2 a H 2 O. Prítomnosť CO 2 prispieva k tvorbe stabilnej emulzie v tráve, ktorá uľahčuje trávenie.

Asi 30% peptidových väzieb proteínov je štiepených trypsínom. Uvoľňuje sa vo forme neaktívneho trypsinogénu a vplyvom enzýmu črevnej sliznice enterokinázy sa mení na aktívny trypsín, pričom stráca hexapeptid, ktorý predtým pokrýval aktívne centrum (Obr. 23). tvorené - COOH skupinami arginínu a lyzínu a - NH 2 -skupinami iných aminokyselín.

Takmer 50% peptidových väzieb je štiepených chymotrypsínom. Uvoľňuje sa vo forme chymotrypsinogénu, ktorý sa vplyvom trypsínu mení na chemotrypsín. Enzým štiepi peptidové väzby tvorené COOH skupinami fenylalanínu, tyrozínu a tryptofánu a NH 2 skupinami iných aminokyselín. Zvyšné peptidové väzby sú štiepené peptidázami črevnej šťavy a pankreatickej šťavy – karboxypeptidázami a aminopeptidázami.

Pankreatická šťava obsahuje kolagenázu (rozkladá kolagén) a elastinázu (hydrolyzuje elastín). Aktivita enzýmov je aktivovaná mikroelementmi: Mg 2+, Mn 2+, Co 2+ atď.. Konečná fáza trávenia bielkovín je znázornená v diagrame:

Trávenie bielkovín prebieha v črevnej dutine a na povrchu sliznice (parietálne trávenie).

V črevnej dutine sa molekuly bielkovín rozkladajú a na povrchu sliznice ich „fragmenty“: albumózy, peptóny, polypeptidy, tripeptidy a dipeptidy.

Proteíny a ich deriváty, ktoré neprešli rozkladom v tenkom čreve, sú následne hrubého čreva podlieha hnilobe. Hnijúce - viacstupňové

proces, ktorého sa v určitých štádiách zúčastňujú rôzne mikroorganizmy: anaeróbne a aeróbne baktérie rodov Bacillus a Pseudomonas, nálevníky atď. Vplyvom bakteriálnych peptidových hydroláz sa komplexné proteíny štiepia na proteíny a prostetické skupiny. Proteíny sa zasa hydrolyzujú na aminokyseliny a tie podliehajú deaminácii, dekarboxylácii, intramolekulárnemu štiepeniu, oxidácii, redukcii, metylácii, demetylácii atď. Vzniká množstvo toxických produktov, ktoré sa cez črevnú sliznicu vstrebávajú do obehového a lymfatického systému. a sú prenášané po celom tele, otravujú jeho orgány, tkanivá a bunky.

Počas rozkladu v hrubom čreve teda aminokyseliny podliehajú dekarboxylácii, čo vedie k tvorbe toxických amínov, napríklad kadaverínu a putrescínu.

Pri deaminácii (redukčnej, intramolekulárnej, hydrolytickej, oxidačnej) vzniká amoniak, nasýtené a nenasýtené karboxylové kyseliny, hydroxykyseliny a ketokyseliny.

Bakteriálne dekarboxylázy môžu spôsobiť ďalší rozklad karboxylových kyselín za vzniku uhľovodíkov, aldehydov, alkoholov a pod.: CH 3 -CH 2 - COOH → CH 3 -CH 3 + CO 2;

Tieto procesy sa zvyčajne vyskytujú v tandeme av etapách, čo nakoniec vedie k vzniku širokej škály hnijúcich produktov. Pri hnilobnom rozklade cyklických aminokyselín teda vznikajú nasledujúce fenoly.

Pri hnilobnom rozklade tryptofánu vzniká skatol a indol.

Hnilobným rozkladom cystínu a cysteínu vznikajú merkaptány, sírovodík, metán a oxid uhličitý.

Procesy hniloby bielkovín sa intenzívne rozvíjajú pri kŕmení zvierat nekvalitným krmivom, porušovaním kŕmneho režimu, pri ochoreniach tráviaceho traktu (atónia predkolenia, zápcha), infekčných (kolibacilóza) a invazívnych (askaridóza). To negatívne ovplyvňuje zdravie a produktivitu zvierat.

Absorpcia bielkovín. Proteíny sú absorbované vo forme aminokyselín, peptidov s nízkou molekulovou hmotnosťou a prostetických skupín. U novonarodených zvierat sa časť nestrávených bielkovín mledziva a mlieka vstrebáva. Miestom absorpcie sú mikroklky vilózneho epitelu sliznice tenkého čreva. Aminokyseliny vstupujú do bunky cez submikroskopické tubuly mikroklkov a exoplazmatickú membránu v dôsledku procesov difúzie, osmózy, pomocou proteínových nosičov proti koncentračným a elektrochemickým gradientom. V prvom rade sa aminokyselina naviaže na transportér. Je to polyvalentný ión, ktorý má štyri miesta

väzba na neutrálne, kyslé a zásadité aminokyseliny, ako aj na ión Na +. Po prechode membránou sa aminokyselina odštiepi od nosiča a postupne sa presúva cez endoplazmatické retikulum a lamelárny komplex od apikálneho okraja do bazálnej oblasti enterocytu (obr. 24). Arginín, metionín, leucín sa vstrebávajú rýchlejšie; pomalšie - fenylalanín, cysteín, tyrozín; pomaly - alanín, serín a kyselina glutámová.

Sodíková pumpa hrá dôležitú úlohu v absorpčných procesoch, pretože chlorid sodný urýchľuje absorpciu.

Chemickú energiu spotrebovanú v tomto procese poskytujú mitochondrie.

Proteínový nosič sa podieľa na pohybe aminokyselín v bunke. V bazálnej a laterálnej oblasti bunky sa štiepi komplex transportér + aminokyselina.

Aminokyselina difunduje do medzibunkového priestoru a dostáva sa do krvi resp

lymfatický systém klkov a ióny Na + sa vracajú na povrch bunky a interagujú s novými časťami aminokyselín. Tieto procesy sú regulované nervovým a humorálnym systémom.

V hrubom čreve sa absorbujú hnilobné produkty: fenol, krezol, indol, skatol atď.

Medzivýmena. Produkty absorpcie bielkovín vstupujú do pečene cez systém portálnej žily. Aminokyseliny zostávajúce v krvi po prechode pečeňou z pečeňovej žily vstupujú do systémového obehu a sú prenášané do jednotlivých orgánov, tkanív a buniek. Niektoré z aminokyselín z medzibunkovej tekutiny vstupujú do lymfatického systému, potom do systémového obehu.

Krvná plazma obsahuje určité množstvo aminokyselín a polypeptidov. Ich obsah sa po kŕmení zvyšuje.

Krvná plazma je bohatá na glutamín a kyselinu glutámovú.

Väčšina aminokyselín sa vynakladá na biosyntézu bielkovín, niektoré - na biosyntézu biologicky aktívnych látok (neproteínové hormóny, peptidy, amíny atď.), Niektoré sú deaminované a používajú sa ako energetické suroviny a materiál pre biosyntéza lipidov, sacharidov, nukleových kyselín atď.

Biosyntéza bielkovín

Biosyntéza bielkovín prebieha vo všetkých orgánoch, tkanivách a bunkách. Najväčšie množstvo bielkovín sa syntetizuje v pečeni. Jeho syntézu vykonávajú ribozómy. Podľa chemickej povahy sú ribozómy nukleoproteíny pozostávajúce z RNA (50-65%) a proteínov (35-50%).

Ribozómy sa tvoria samoskladaním z vopred syntetizovanej RNA a proteínov. Sú zložkami granulárneho endoplazmatického retikula, kde dochádza k biosyntéze a pohybu syntetizovaných proteínových molekúl.

Ribozómy v bunke sa nachádzajú vo forme zhluku 3 až 100 jednotiek – polyzómov (polyribozómy, ergozómy). Ribozómy sú väčšinou navzájom spojené akýmsi vláknom, viditeľným pod elektrónovým mikroskopom – mRNA (obr. 25).

Každý ribozóm je schopný syntetizovať

nezávisle jeden polypeptidový reťazec, skupina - niekoľko takýchto reťazcov a proteínových molekúl. Príkladom veľkého polyribozomálneho systému sú polyzómy svalového tkaniva, ktoré syntetizujú myozín. Polyzóm pozostáva zo 60-100 ribozómov a uskutočňuje biosyntézu proteínovej molekuly, ktorá pozostáva z 1800 aminokyselinových zvyškov.

Biosyntéza bielkovín v bunke prebieha v niekoľkých fázach.

Aktivácia aminokyselín. Aminokyseliny vstupujú do hyaloplazmy z medzibunkovej tekutiny v dôsledku difúzie, osmózy alebo aktívneho prenosu. Každý typ amino a iminokyseliny interaguje s vlastným aktivačným enzýmom – aminoacylsyntetázou. Reakcia je aktivovaná katiónmi Mg 2+, Mn 2+ a Co 2+. Objaví sa aktivovaná aminokyselina.

Zlúčenina aktivovaných aminokyselín s tRNA. V druhom štádiu biosyntézy bielkovín sa aktivujú aminokyseliny (aminoacyladenyláty) z ich zlúčenín s

zodpovedajúce enzýmy sa prenesú do tRNA cytoplazmy. Proces je katalyzovaný aminoacyl-RNA syntetázami.

Aminokyselinový zvyšok je spojený karboxylovou skupinou s hydroxylovou skupinou druhého uhlíkového atómu ribózového nukleotidu tRNA.

Transport komplexu aktivovanej aminokyseliny s tRNA do bunkového ribozómu. Aktivovaná aminokyselina spojená s jej tRNA sa prenesie z hyaloplazmy do ribozómu. Tento proces je katalyzovaný špecifickými enzýmami, ktorých je v tele najmenej 20,

Množstvo aminokyselín je transportovaných niekoľkými tRNA (napríklad valín a leucín – tri tRNA). Tento proces využíva energiu GTP a ATP.

Väzba aminoacyl-tRNA na komplex mRNA-ribozóm. Aminoacyl-tRNA, ktorá sa blíži k ribozómu, interaguje s mRNA. Každá tRNA má oblasť, ktorá pozostáva z troch nukleotidov - antigsodon. V mRNA zodpovedá oblasti s tromi nukleotidmi - kodón. Každý kodón má antikodón tRNA a jednu aminokyselinu. Počas biosyntézy sa do ribozómu pridávajú aminokyseliny vo forme aminoacyl-tRNA, ktoré sa následne spoja do polypeptidového reťazca v poradí určenom umiestnením kodonov v mRNA.

Iniciácia polypeptidového reťazca. Po spojení dvoch susedných aminoacyl-tRNA s kodónmi mRNA svojimi antikodónmi sa vytvoria podmienky pre syntézu polypeptidového reťazca. Vzniká prvá peptidová väzba. Tieto procesy sú katalyzované peptidovými syntetázami a aktivované katiónmi Mg 2+ a proteínovými iniciačnými faktormi - F 1, F 2 a F 3. Zdrojom chemickej energie je

GTF. K spojeniu dochádza v dôsledku skupiny CO prvej a skupiny NH2 druhej aminoacyl-tRNA.

Tieto reakcie sa vyskytujú na voľnej podjednotke 30S. Podjednotka 50S sa pripojí k iniciačnému komplexu a spoja sa za vzniku ribozómu naviazaného na mRNA. Každý iniciačný krok vyžaduje jednu molekulu GTP.

Predlžovanie polypeptidového reťazca. Iniciácia polypeptidového reťazca začína od N-konca, pretože -NH2-skupina prvej aminokyseliny je zachovaná vo výslednom dipeptide. Prvá tRNA, ktorá prináša svoju aminokyselinu, sa odštiepi z komplexu mRNA-ribozóm a „pošle“ do hyaloplazmy pre novú aminokyselinu. Dipeptid spojený s druhou tRNA (pozri vyššie) interaguje s treťou amino-acyl-tRNA, vytvorí sa tripeptid a druhá tRNA opustí ribozóm do hyaloplazmy atď. Peptidový reťazec sa predĺži (predĺži) v dôsledku postupné pridávanie nových aminokyselinových zvyškov. Ribozóm sa postupne pohybuje pozdĺž mRNA a transformuje informácie v ňom zakódované do jasne organizovaného polypeptidového reťazca. S každým krokom ribozómu sa vytvorí nová peptidyl-tRNA, zvýšená o jeden aminokyselinový zvyšok. Proces je katalyzovaný peptidyltransferázou a aktivovaný katiónmi Mg 2+ a proteínovými faktormi (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Zdrojom energie je GTP. Na polyzóme sa synchrónne syntetizuje niekoľko peptidových reťazcov. Takto vzniká primárna štruktúra molekuly proteínu.

Ukončenie polypeptidového reťazca. Ribozóm, na povrchu ktorého bol syntetizovaný polypeptidový reťazec, dosiahne koniec reťazca mRNA a „odskočí“ z neho; nový ribozóm sa pripojí na opačný koniec mRNA na jeho miesto, čím sa syntetizuje ďalšia molekula polypeptidu. Polypeptidový reťazec sa oddelí od ribozómu a uvoľní sa do hyaloplazmy. Táto reakcia sa uskutočňuje špecifickým uvoľňovacím faktorom (R faktor), ktorý je spojený s ribozómom a uľahčuje hydrolýzu esterovej väzby medzi polypeptidom a tRNA. Všetky fázy sú zhrnuté do diagramu (farba, tabuľka III).

V hyaloplazme sa z polypeptidových reťazcov tvoria jednoduché a zložité proteíny. Vznikajú sekundárne, terciárne a v niektorých prípadoch aj kvartérne štruktúry molekuly proteínu.

Obnova bielkovín v tele. Proteíny sú v dynamickom stave, prechádzajú neustálymi procesmi syntézy a rozkladu. Počas života sa postupne „opotrebúvajú“ – ničia sa ich kvartérne, terciárne, sekundárne a primárne štruktúry. Funkčné skupiny proteínov sú inaktivované a väzby v molekule proteínu sú zničené. Je potrebné nahradiť „opotrebované“ proteínové molekuly novými.

V závislosti od stupňa poškodenia molekuly proteínu sa čiastočne alebo úplne obnovuje. V prvom prípade sa vplyvom špeciálnych enzýmov obnovujú malé úseky polypeptidových reťazcov alebo jednotlivé aminokyselinové zvyšky (transpeptidácia). V druhom prípade je „opotrebovaná“ molekula proteínu úplne nahradená novou. Poškodená molekula proteínu sa rozkladá pod vplyvom tkanivových proteáz alebo katepsínov I, II, III a IV, lokalizovaných v lyzozómoch. Molekula proteínu prechádza pre tieto látky obvyklými transformáciami.

Proteíny v ľudskom tele sa vo všeobecnosti obnovia v priebehu 135-155 dní. Bielkoviny pečene, pankreasu, črevnej steny a krvnej plazmy sa obnovia do 10 dní, svaly - 30 dní, kolagén - 300 dní. K syntéze proteínovej molekuly v bunke dochádza rýchlo - v priebehu 2-5 s. V tele dospelého človeka sa denne syntetizuje 90-100 g bielkovín (1,3 g na 1 kg

omše). Stupeň obnovy klesá so starnutím, chorobou atď.

Biosyntéza peptidov

Niektoré endo- a exogénne aminokyseliny sa používajú na syntézu peptidov.

glutatión. Je to tripeptid vytvorený zo zvyškov kyseliny glutámovej, cysteínu a glycínu.

Biosyntéza prebieha v dvoch fázach. Takže spočiatku pod vplyvom enzýmu γ -glutamylcysteínsyntetáza tvorí dipeptid-, potom za účasti tripeptidsyntetázy - tripeptid-glutatión:

Je neoddeliteľnou súčasťou mnohých enzýmov a chráni SH skupiny proteínov pred oxidáciou.

Karnozín a anserín. Dipeptidy svalového tkaniva. Karnozín vzniká z histidínu a β -alanín, anserín - z 1-metylhistidínu a β -alanín.

Peptidy sú syntetizované pod vplyvom špecifických enzýmov, za účasti ATP a Mg 2+ iónov. Reakcie prebiehajú v dvoch fázach, napríklad syntéza karnozínu.

Biosyntéza a metabolizmus jednotlivých aminokyselín

Neesenciálne aminokyseliny sa syntetizujú v telesných tkanivách; esenciálne vstupujú do tela ako súčasť potravy; podmienečne esenciálne sú syntetizované v tkanivách v obmedzenom rozsahu (arginín a histidín) alebo v prítomnosti prekurzorov (tyrozín a cysteín). Určité množstvo aminokyselín je syntetizované symbiotickou mikroflórou v potravinovom kanáli.

Najbežnejším materiálom používaným na syntézu aminokyselín je α -keto- a α -hydroxykyseliny, ktoré vznikajú v tkanivách počas intermediárneho metabolizmu sacharidov, lipidov a iných zlúčenín. Zdrojom dusíka je amoniak a amónne soli a zdrojom vodíka je NAD∙H2 alebo NADP∙H2.

Ak je zdrojom aminokyseliny ketokyselina, potom môže prejsť redukčnou amináciou, ktorá prebieha v dvoch fázach: najprv sa vytvorí iminokyselina, potom aminokyselina.

Takto vzniká alanín z kyseliny pyrohroznovej, kyselina asparágová a glutámová z kyseliny oxaloctovej atď.

Niektoré kyseliny glutámovej môžu byť syntetizované z α - kyselina ketoglutarová pôsobením enzýmu L-glutamátdehydrogenáza.

Kyselinu glutámovú využívajú tkanivá ako donor aminoskupiny.

Jednotlivé aminokyseliny môžu vznikať z iných aminokyselín transamináciou (A.E. Braunstein a M.G. Kritsman, 1937) vplyvom enzýmov aminoferázy, ktorých integrálnou súčasťou je derivát vitamínu B 6 - pyridoxalfosfát, ktorý hrá úlohu nosič NH2 skupín (str. 271).

Takto vzniká glycín zo serínu alebo treonínu; alanín - z kyseliny glutámovej a asparágovej, tryptofánu alebo cysteínu; tyrozín z fenylalanínu; cysteín a cystín - zo serínu alebo metionínu; kyselina glutámová vzniká z prolínu alebo arginínu atď.

Metabolizmus jednotlivých aminokyselín má určité vlastnosti.

Glycín. Podieľa sa na množstve dôležitých biosyntetických reakcií. Z toho sa teda tvoria:

V tkanivách pečene sa glycín podieľa na procese neutralizácie toxických zlúčenín - benzoínu,

fenyloctové kyseliny a fenoly, tvorí párové zlúčeniny, ktoré sa vylučujú močom.

alanín. Vzniká transamináciou kyseliny pyrohroznovej (pozri vyššie). Existuje vo forme α - A β -formy Podieľa sa na biosyntéze.

Kyselina asparágová. Zvyčajne sa tvorí transamináciou kyseliny oxaloctovej (pozri vyššie). Spolu s kyselinou glutámovou zabezpečuje vzťah medzi metabolizmom bielkovín, sacharidov a lipidov. Slúži ako donor aminoskupín v

transaminačné reakcie. Hlavné reakcie sú znázornené v diagrame.

Kyselina glutámová. Obsiahnutý v tkanivách ako súčasť bielkovín, vo voľnom stave a vo forme amidu. Donor aminoskupín v transaminačných reakciách. Hlavné látky, na syntéze ktorých sa kyselina podieľa:

Serín a treonín. Ich metabolizmus úzko súvisí s metabolizmom glycínu. Serín v tkanivách sa tvorí z kyseliny 3-fosfoglycerínovej. Glycín vzniká zo serínu ako výsledok prenosu jednouhlíkového fragmentu (C1) na kyselinu tetrahydrolistovú (THFA, pozri str. 311). Glycín môže byť vytvorený z treonínu. Fragment C1 sa používa na syntézu histidínu a purínov. Kyselina pyrohroznová sa tvorí zo serínu a treonínu, ktorý je zaradený do cyklu TCA pomocou acetyl-CoA.

Niektoré z transformácií sa odrážajú v diagrame:

Hydroxylová skupina serínu je súčasťou aktívneho centra mnohých enzýmov: trypsín, chemo-trypsín, esterázy, fosforylázy.

metionín. Je súčasťou mnohých bielkovín. Slúži ako donor pre metalovú skupinu. K prenosu metylovej skupiny počas procesu remetylácie dochádza pod vplyvom zodpovedajúcich metyltransferáz cez S-adenosylmetionín:

Prekurzorom metionínu je kyselina asparágová, ktorá sa niekoľkými stupňami (homoserín, 0-sukcinyl-homoserín, cysteín, cystationín, homocysteín) premieňa na metionín.

Cysteín a cystín. Zložky mnohých proteínov, peptidov, hormónov a iných zlúčenín. SH skupina cysteínu je neoddeliteľnou súčasťou aktívnych centier množstva enzýmov. Účasť cysteínu na metabolizme čiastočne odráža diagram:

Arginín a ornitín. Arginín vzniká pri premene oxidu uhličitého a amoniaku na močovinu.

Obe aminokyseliny sa podieľajú na tvorbe množstva životne dôležitých látok.

lyzín. Najdôležitejšia aminokyselina. Podieľa sa na syntéze mnohých látok.

Σ-aminoskupina lyzínového zvyšku sa podieľa na tvorbe spojenia medzi apo- a koenzýmami, najmä pri tvorbe biotínového enzýmu. Lyzín hrá dôležitú úlohu pri viazaní fosforu počas mineralizácie kostného tkaniva a iných procesov.

Fenylalanín a tyrozín. Ich premeny v tele prebiehajú týmito smermi: biosyntéza bielkovín a peptidov, tvorba

proteinogénne amíny, hormóny a pigmenty, oxidácia na konečné produkty s prasknutím jadra atď.:

tryptofán. Najdôležitejšia aminokyselina. Jeho premeny sú znázornené na diagrame:

histidín. Vzťahuje sa na esenciálne aminokyseliny. Podieľa sa na biosyntéze a metabolizme mnohých životne dôležitých látok:

Prolín a hydroxyprolín. Hydroxyprolín vzniká z prolínu. Proces je nezvratný. Obe iminokyseliny sa používajú na biosyntézu bielkovín atď.

Konverzia bezdusíkových zvyškov aminokyselín

Niektoré aminokyseliny, ktoré sa nepoužívajú pri syntéze bielkovín a ich derivátov, podliehajú rozkladným procesom na amoniak a karboxylové kyseliny. Amoniak sa neutralizuje v pečeni v ornitínovom cykle. Z viacerých druhov deaminácie prevláda oxidatívna deaminácia. Výsledné ketokyseliny využívajú tkanivá na rôzne potreby. Na základe smeru použitia bezdusíkového zvyšku sa aminokyseliny delia na dva typy: glukoplastické a lipoplastické. Glukoplastické aminokyseliny (alanín, serín, cysteín atď.) zvyčajne tvoria kyselinu pyrohroznovú, ktorá slúži ako východiskový materiál pre biosyntézu glukózy a glykogénu.

Z lipoplastických aminokyselín (leucín, izoleucín, arginín, ornitín, lyzín atď.) po deaminácii vzniká kyselina acetoctová – zdroj biosyntézy vyšších mastných kyselín.

α -Ketokyseliny vznikajúce pri oxidačnej deaminácii aminokyselín sú dekarboxylované a súčasne oxidované na mastné kyseliny.

Výsledná mastná kyselina môže byť podrobená β -oxidáciou sa objavuje acetyl-CoA - zdroj chemickej energie alebo surovina pre biosyntézu mnohých látok.

Vlastnosti intermediárneho metabolizmu komplexných proteínov

Biosyntéza komplexných bielkovín prebieha podobne ako biosyntéza bielkovín. V tomto prípade sa primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry molekuly proteínu vytvárajú pridaním zodpovedajúcej prostetickej skupiny.

Metabolizmus chromoproteínu. Telo zvieraťa obsahuje množstvo chromoproteínov: hemoglobín, myoglobín, cytochrómy, hemínové enzýmy atď.

Vyznačujú sa prítomnosťou molekuly hemu. Biosyntéza hemoglobínu bola študovaná najpodrobnejšie.

Hlavné zložky molekuly hemoglobínu sa tvoria v hematopoetických orgánoch: červená kostná dreň, slezina, pečeň. Globín sa syntetizuje z aminokyselín obvyklým spôsobom pre bielkoviny. K tvorbe hemu dochádza za účasti enzýmov v niekoľkých fázach.

Z dvoch molekúl δ kyselina -aminolevulová produkuje porfobilinogén, ktorý obsahuje pyrolový kruh.

Porfobilinogén potom tvorí cyklickú zlúčeninu štyroch pyrolových kruhov, uroporfyrín.

Pri ďalších premenách vzniká z uroporfyrínu protoporfyrín. Vplyvom enzýmu hemosyntetázy sa do molekuly protoporfyrínu zabudováva železo (Fe 2+) a vzniká hém, ktorý sa prostredníctvom histidínového zvyšku viaže na jednoduchý proteín globín tvoriaci podjednotku molekuly hemoglobínu.

Hemoglobín tvorí 90-95% suchej hmoty červených krviniek.

Metabolizmus lipoproteínov, glykoproteínov a fosfoproteínov sa príliš nelíši od metabolizmu jednoduchých bielkovín. Ich syntéza prebieha podobne ako pri iných proteínoch – s tvorbou primárnych, sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr. Rozdiel je v tom, že počas syntézy sa na proteínovú časť molekúl pripájajú rôzne protetické skupiny. Keď sa komplexná molekula proteínu rozpadne, proteínová časť sa rozloží na aminokyseliny a prostetické skupiny (lipidové, uhľohydrátové, fosforové estery aminokyselín) na jednoduché zlúčeniny.

Konečná výmena. Pri intermediárnom metabolizme vzniká množstvo chemických zlúčenín, ktoré sa z tela uvoľňujú ako produkty rozkladu bielkovín. Najmä oxid uhličitý sa uvoľňuje v pľúcach, voda v obličkách, s potom, vo výkaloch a s vydychovaným vzduchom. Mnohé ďalšie produkty metabolizmu bielkovín, najmä dusíkaté, sa vylučujú vo forme močoviny, párových zlúčenín atď.

Konverzia amoniaku. Amoniak vzniká pri deaminácii aminokyselín, purínových a pyrimidínových zásad, kyseliny nikotínovej a jej derivátov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Počas dňa sa v ľudskom tele deaminuje 100 – 120 g aminokyselín, vytvorí sa 16 – 19 g dusíka alebo 18 – 23 g amoniaku. V zásade je amoniak v organizme hospodárskych zvierat neutralizovaný vo forme močoviny, čiastočne vo forme alantoínu, kyseliny močovej a amónnych solí. U vtákov a plazov je hlavným konečným produktom metabolizmu dusíka kyselina močová.

Močovina- hlavný konečný produkt metabolizmu dusíka u väčšiny stavovcov a ľudí. Tvorí 80 – 90 % všetkých dusíkatých látok v moči. Bola vytvorená moderná teória tvorby močoviny v pečeni – ornitínový Krebsov cyklus.

1. NH 3 a CO 2, ktoré sa odštiepia pri deaminácii a dekarboxylácii, sa vplyvom enzýmu karbamoylfosfátsyntetázy spoja za vzniku karbamoylfosfátu.

2. Karbamoylfosfát s ornitínom za účasti ornitínkarbamoyltransferázy tvorí citrulín.

3. Pod vplyvom argininosukcinátsyntetázy interaguje s kyselinou asparágovou za vzniku kyseliny argininosukcinovej.

4. Kyselina argininojantárová sa vplyvom argininosukcinátlyázy štiepi na arginín a kyselinu fumarovú.

5. Arginín sa vplyvom arginázy rozkladá na ornitín a močovinu, ktorá sa z tela odstraňuje močom a potom:

Ornitín reaguje s novými časťami karbamoylfosfátu a cyklus sa opakuje.

Časť amoniaku v tkanivách sa počas procesu viaže tvorba amidov – asparagínu alebo glutamínu ktoré sú transportované do pečene. V pečeni sa hydrolyzujú, po čom z amoniaku vzniká močovina. Časť amoniaku využívajú tkanivá na redukčnú amináciu ketokyselín, čo vedie k tvorbe aminokyselín.

Okrem toho v tkanive obličiek sa amoniak podieľa na procese neutralizácie organických a anorganických kyselín:

Premeny iných produktov konečného metabolizmu bielkovín. V procese metabolizmu bielkovín vznikajú aj ďalšie produkty konečného metabolizmu, najmä deriváty purínových a pyrimidínových zásad, plyny (uvoľňujú sa pri stolici), fenoly, indol, skatol, kyselina sírová a pod. vznikajúce v hrubom čreve pri rozpade bielkovín.

Tieto toxické zlúčeniny sa v pečeni neutralizujú tvorbou takzvaných párových kyselín, ktoré sa uvoľňujú močom, čiastočne potom a stolicou.

Indol a skatol, ktoré vznikajú pri hnilobnom rozklade tryptofánu, sa premieňajú na indoxyl a skatoxyl. Tvoria párové zlúčeniny s kyselinami glukurónovými alebo sírovými.

Transformácie produktov rozpadu chromoproteínov. Pri rozklade chromoproteínov vzniká globín a hém. Globín prechádza obvyklými premenami typickými pre proteíny. Hém slúži ako zdroj formácie

pigmenty žlče, moču a výkalov. Hemoglobín sa pri oxidácii mení na verdohemoglobínu(choleglobín). Verdohemoglobín stráca svoju bielkovinovú časť a atómy železa, čo vedie k tvorbe zelenej látky - biliverdin. Biliverdin sa redukuje na červený pigment - bilirubínu. Bilirubín sa tvorí z mezobilirubín, ktorým sa po ďalšej obnove stáva urobilinogén. Urobilinogén sa v čreve premieňa na pigmenty stolice - stercobilinogén A stercobilin, v obličkách - do pigmentu moču urobilín.

Produkty rozkladu hemu telo používa na rôzne potreby. Železo sa teda ukladá v orgánoch ako feritíny. Biliverdin a bilirubín sú žlčové pigmenty, zvyšné látky sú pigmenty moču a stolice. Podobne prebieha rozklad myoglobínu.

Regulácia metabolizmu bielkovín. Osobitné miesto v regulácii patrí mozgovej kôre a subkortikálnym centrám. Hypotalamus obsahuje centrum pre metabolizmus bielkovín. Regulácia sa vykonáva reflexne, v reakcii na podráždenie.

Účinok hormónov na biosyntézu proteínov sa uskutočňuje stimuláciou tvorby mRNA. Somatotropín podporuje procesy syntézy proteínov. Biosyntézu bielkovín aktivuje inzulín, niekt

andro- a estrogény, tyroxín. Glukokortikoidy z kôry nadobličiek stimulujú rozklad bielkovín a uvoľňovanie dusíkatých látok.

Vplyv hormónov na metabolizmus bielkovín je spojený so zmenami rýchlosti a smeru enzymatických reakcií. Biosyntéza a následne aktivita enzýmov podieľajúcich sa na metabolizme bielkovín závisí od prítomnosti dostatočného množstva vitamínov v krmive. Najmä pyridoxalfosfát je koenzým dekarboxyláz aminokyselín, vitamín B 2 je súčasťou koenzýmu aminooxidáz, vitamín PP je základom dehydrázy kyseliny glutámovej, bez vitamínu C nemôže prebiehať biosyntéza prolínu a hydroxyprolínu atď. .

Patológia metabolizmu bielkovín. Metabolizmus bielkovín je narušený pri infekčných, invazívnych a neprenosných ochoreniach. Príčinou porúch metabolizmu bielkovín môže byť nesprávne zostavená strava, kŕmenie nekvalitným krmivom, nedodržiavanie kŕmneho režimu a pod. To vedie k zníženiu úrovne úžitkovosti zvierat, zhoršeniu ich zdravotného stavu, niekedy až smrť.

Patológia metabolizmu bielkovín sa prejavuje v rôznych formách.

Proteínový pôst. Existujú dva typy proteínového hladovania: primárne, keď nie je dostatok esenciálnych aminokyselín v krmive, a sekundárne, spôsobené chorobami tráviaceho traktu, pečene a pankreasu. U zvierat sa rast spomaľuje, objavuje sa celková slabosť a opuch, je narušená tvorba kostí, nechutenstvo, hnačka. Nastáva negatívna dusíková bilancia, hypoproteinémia (obsah bielkovín v krvi klesá o 30-50%).

Porucha metabolizmu aminokyselín. Objavuje sa vo viacerých podobách. Pri niektorých ochoreniach pečene (hepatitída, cirhóza, akútna žltá dystrofia) sa teda obsah aminokyselín v krvi a moči prudko zvyšuje - vzniká alkaptonúria. Najmä pri poruche metabolizmu tyrozínu vzniká alkaptonúria sprevádzaná prudkým stmavnutím moču po státí na vzduchu. Pri cystinóze sa cystín ukladá v pečeni, obličkách, slezine, lymfatických uzlinách, črevách a

V moči je nadbytok cystínu (cystinúria). Pri fenylketonúrii sa v moči objavuje veľké množstvo kyseliny fenylpyrohroznovej. Príčinou takýchto porúch je často nedostatok vitamínov.

Porušenie metabolizmu komplexných bielkovín. Najčastejšie sa prejavujú vo forme porúch metabolizmu nukleových kyselín a porfyrínov. V druhom prípade je narušená výmena hemoglobínu, myoglobínu a iných bielkovín. Pri rôznych léziách pečene (hepatitída, fasciolóza atď.) Tak dochádza k hyperbilirubinémii - obsah bilirubínu v krvi sa zvyšuje na 0,3 - 0,35 g / l. Moč stmavne, objaví sa v ňom veľké množstvo urobilínu a objaví sa urobilnúria. Niekedy sa pozoruje porfýria - zvýšenie obsahu porfyrínov v krvi a tkanivách. Výsledkom je porfinúria a moč sčervenie.

Kontrolné otázky

1. Čo sú to bielkoviny, aký je ich význam, chemické zloženie, fyzikálno-chemické vlastnosti, štruktúra (primárna, sekundárna, terciárna, kvartérna)? Ich klasifikácia.

2. Opíšte hlavné skupiny a podskupiny aminokyselín, uveďte štruktúrne vzorce najdôležitejších z nich, analyzujte ich vlastnosti.

3. Čo je dusíková bilancia, bielkovinové minimum, plnohodnotné a neúplné bielkoviny, neesenciálne, podmienečne esenciálne a esenciálne aminokyseliny? Napíšte vzorce esenciálnych aminokyselín.

4. Analyzujte hlavné štádiá metabolizmu bielkovín v organizme rôznych druhov hospodárskych zvierat - trávenie, vstrebávanie, intermediárny (biosyntéza a rozklad) a konečný metabolizmus.

5. Ako je regulovaný metabolizmus bielkovín v tele zvierat a ako sa prejavuje patológia metabolizmu bielkovín?

V dospelom ľudskom tele metabolizmus dusíka vo všeobecnosti vyvážený to znamená, že množstvá prichádzajúceho a uvoľneného proteínového dusíka sú približne rovnaké. Ak sa uvoľní len časť novo dodaného dusíka, zostatok pozitívne. Pozoruje sa to napríklad pri raste organizmu. Negatívne rovnováha je zriedkavá, najmä v dôsledku choroby.

Proteíny získané z potravy podliehajú úplnej hydrolýze v gastrointestinálnom trakte na aminokyseliny, ktoré sú absorbované a distribuované krvným obehom v tele (pozri). 8 z 20 proteínových aminokyselín nie je možné syntetizovať v ľudskom tele (pozri). Títo esenciálnych aminokyselín musia byť dodávané s jedlom (pozri).

Telo neustále stráca bielkoviny cez črevá a v malej miere aj cez obličky. Kvôli týmto nevyhnutným stratám je potrebné denne prijímať z potravy aspoň 30 g bielkovín. Táto minimálna norma sa v niektorých krajinách takmer nedodržiava, zatiaľ čo v priemyselných krajinách je obsah bielkovín v potravinách najčastejšie výrazne vyšší ako norma. Aminokyseliny sa v tele neukladajú, pri nadmernom prísune aminokyselín v pečeni dochádza k oxidácii alebo využitiu až 100 g aminokyselín denne. Dusík, ktorý obsahujú, sa premieňa na močovinu (pozri) a v tejto forme sa vylučuje močom a uhlíkový skelet sa využíva pri syntéze sacharidov, lipidov (pozri) alebo sa oxiduje za vzniku ATP.

Predpokladá sa, že v tele dospelého človeka sa denne rozloží 300-400 g bielkovín na aminokyseliny ( proteolýza). Súčasne je približne rovnaké množstvo aminokyselín obsiahnuté v novovytvorených proteínových molekulách ( biosyntéza bielkovín). Vysoký obrat bielkovín v tele je nevyhnutný, pretože mnohé bielkoviny sú relatívne krátkodobý: začínajú sa obnovovať niekoľko hodín po syntéze a biochemický polčas je 2-8 dní. Ukazuje sa, že majú ešte kratšiu životnosť kľúčové enzýmy medzivýmena. Aktualizujú sa niekoľko hodín po syntéze. Tento neustály rozklad a resyntéza umožňuje bunkám rýchlo upraviť hladiny a aktivitu najdôležitejších enzýmov tak, aby vyhovovali metabolickým potrebám. Naproti tomu štrukturálne proteíny, históny, hemoglobín alebo zložky cytoskeletu sú obzvlášť odolné.

Takmer všetky bunky sú schopné vykonávať biosyntéza proteíny (na obrázku vyššie vľavo). Konštrukcia peptidového reťazca pomocou vysielania na ribozóme sa diskutuje v článkoch. Aktívne formy väčšiny proteínov však vznikajú až po sérii ďalších krokov. V prvom rade sa pomocou pomocných chaperónových proteínov musí vytvoriť biologicky aktívna konformácia peptidového reťazca ( zrážanie, cm , ). S post-prekladom zrenia Mnohé proteíny majú časti peptidového reťazca odstránené alebo sú pridané ďalšie skupiny, ako sú oligosacharidy alebo lipidy. Tieto procesy sa vyskytujú v endoplazmatickom retikule a v Golgiho aparáte (pozri). Nakoniec musia byť proteíny transportované do príslušného tkaniva alebo orgánu ( triedenie, cm).

Intracelulárne zničenie bielkovín ( proteolýza) sa čiastočne vyskytuje v lipozómoch. Okrem toho cytoplazma obsahuje organely, tzv proteazómy, pri ktorej sú zničené nesprávne poskladané alebo denaturované proteíny. Takéto molekuly sa rozpoznávajú pomocou špeciálnych značky(cm).

Články v sekcii „Proteínový metabolizmus: všeobecné informácie“:

• A. Metabolizmus bielkovín: všeobecné informácie

Biologické starnutie: Metódy a protokoly skúma rôzne procesy, ktoré sú ovplyvnené vekom organizmu. Niekoľko nových nástrojov pre...

Základný život. V živej prírode je celý súhrn chemických reakcií zameraný na jeden cieľ - reprodukciu proteínových teliesok. Všetky ostatné typy metabolizmu – uhľohydráty, lipidy, nukleové kyseliny a minerály – zabezpečujú metabolizmus bielkovín, najmä biosyntézu špecifických bielkovín.

Metabolizmus bielkovín v tele zohráva vedúcu úlohu, a preto je potrebné ich systematicky dopĺňať z vonkajšieho prostredia hlavne bielkovinami rastlinného a živočíšneho pôvodu. Problém bielkovín bol a zostáva hlavným problémom, ktorému ľudstvo čelí. Dnes tretine ľudstva chýbajú v strave bielkoviny.

Hlavným zdrojom bielkovín v ľudskej strave sú živočíšne bielkoviny – mäso, mlieko, vajcia. Ak je na uspokojenie výživových potrieb človeka potrebná produkcia obilia v množstve 1 tona na osobu a rok, potom z tohto množstva sa dve tretiny obilia použijú na kŕmenie hospodárskych zvierat, aby mali plnohodnotné bielkoviny živočíšneho pôvodu. Spotreba obilia na kŕmne účely zohráva veľkú úlohu pri tvorbe plnohodnotných bielkovín, preto je potrebné usilovať sa o zníženie spotreby koncentrátov pri výrobe produktov živočíšnej výroby. V tomto ohľade sa rôzne druhy zvierat od seba výrazne líšia. Hydina tak dokáže rýchlo spracovať obilie a poskytnúť potrebné množstvo mäsa a vajec. Výroba má priemyselnú technológiu a je dobre mechanizovaná, vyžaduje si to však koncentráty.

Ošípané tiež poskytujú rýchly rast a produkciu, do jedného roka až 100 kg alebo viac; ale náklady pozostávajú hlavne z koncentrátov. Kombinovanou silážou môžete do určitej miery znížiť podiel koncentrátov v strave ošípaných.

Hovädzí dobytok – môže vyrábať výlučne z rastlinného krmiva (bez obilia). V konzumácii obilia nie je ľudským konkurentom. Táto funkcia by sa mala vždy pamätať. Veľmi často na získanie mlieka podiel koncentrátov v strave kráv dosahuje 60%. To je veľa. Cieľom je znížiť ho na 20-30%, čo je reálne a možné pri adekvátnom kŕmení, primárne kŕmnymi bielkovinami.

Nutričná hodnota krmiva v % sušiny (podľa A.V. Chechetkina).

Tabuľka 10.1

Väčšina rastlinných potravín obsahuje málo bielkovín, s výnimkou hrachu, sóje a živočíšnych a bakteriálnych potravín.

Bielkoviny pri oxidácii v organizme môžu slúžiť ako zdroj energie, no bez systematického príjmu bielkovín s potravou sa organizmus zvierat a vtákov nezaobíde. Experimenty ukazujú, že dlhodobé vylúčenie sacharidov a tukov zo stravy zvieraťa má malý vplyv na produktivitu; vylúčenie bielkovín zo stravy vedie k zníženiu produktivity a dlhodobé vylúčenie vedie k smrti zvieraťa. Bez kŕmnych bielkovín je nemožná nielen vysoká produktivita, ale ani život zvieraťa.

Počas života organizmu sa jeho bunky mnohokrát vymenia. Napríklad červené krvinky sa úplne obnovia za 100-120 dní, intenzívne sa nahrádza epitel kože a slizníc a iných tkanív. Úloha bielkovín je skvelá pre rastúci organizmus, pre zvieratá, ktorých produktivita je založená na mlieku, vajciach a vlne.

Napríklad krava s úžitkovosťou 20 kg mlieka stráca denne v mlieku 0,5 kg bielkovín. Bielkoviny tvoria 20 % telesnej hmotnosti, z toho 95 % bielkovinového dusíka pochádza z aminokyselín. Ak je živá hmotnosť kravy 500 kg, potom 100 kg z tohto množstva pozostáva z aminokyselín. Bez bielkovín a aminokyselín nie je možné zabezpečiť reprodukciu základných prvkov buniek, tkanív, orgánov, syntézu enzýmov a hormónov. Metabolizmus bielkovín možno posúdiť na základe ukazovateľov dusíkovej bilancie.

Dusíková bilancia sa stanovuje na základe dennej spotreby dusíkatých látok zvieraťa v krmive a ich vylučovania výkalmi a močom. Na základe spotreby - vylučovania - sa posudzuje rozdiel medzi nimi, množstvo dusíkatých látok absorbovaných organizmom za deň a miera využitia kŕmnych bielkovín.

Aminokyseliny sú absorbované do krvi a dodávané do pečene, kde sú čiastočne deaminované, dekarboxylované alebo prechádzajú transamináciou. Okrem toho dochádza k neustálej obnove bielkovín vlastného tela - rozpadu (v lyzozómoch) a syntéze de novo. Obnova aminokyselín v tkanivových bielkovinách je veľmi intenzívna. Pečeňové bielkoviny sa teda obnovia o polovicu za 8-12 dní, krvná plazma - za 18-45 dní. U hovädzieho dobytka chovaného na mäso sa denne syntetizuje 120-200 g bielkovín u dojčiacej kravy, 600-1200 g nových bielkovín sa vylučuje mliekom. K rozkladu tkanivových bielkovín - autolýze dochádza pôsobením enzýmov - tkanivových proteáz - katepsínov.

Tretím zdrojom voľných aminokyselín (1. z čreva, 2. - autolýza) v bunkách tela je ich syntéza. Rastliny syntetizujú veľmi veľký súbor aminokyselín (viac ako 20), zatiaľ čo v tele zvierat sú syntetizované iba neesenciálne aminokyseliny prostredníctvom redukčnej aminácie ketokyselín a transaminácie.

Redukčná aminácia ketokyselín je reverzný proces oxidačnej deaminácie aminokyselín (glutámová, asparágová atď.). Resyntéza prebieha v 2 fázach:

V prvej fáze reakcie teda vznikajú iminokyseliny z ketokyseliny a amoniaku, v druhej sa iminokyselina redukuje vďaka vodíku redukovanej formy NAD alebo NADP, teda NAD H 2, NADP. H2 - na aminokyselinu. Táto cesta syntézy aminokyselín u zvierat je obmedzená, výraznejšia je u rastlín a mikróbov (baktérií).

Najvýraznejšou cestou biosyntézy aminokyselín v organizme je transaminačná (transaminačná) dráha. V roku 1937 ju otvoril A.E. Braunstein. a Kritsman M.G. Zistilo sa, že kyselina α-ketoglutarová a alanín môžu byť vytvorené z kyseliny glutámovej a pyrohroznovej bez prechodného uvoľňovania amoniaku.

Táto reakcia sa nazýva transaminácia a aminoskupina sa prenesie z aminokyseliny na ketokyselinu. Donorom aminoskupiny je aminokyselina, akceptorom je ketokyselina. Všetky prírodné aminokyseliny podliehajú enzymatickej transaminácii. Táto reakcia prebieha najaktívnejšie medzi kyselinou glutámovou a kyselinou oxaloctovou.

Medzi kyselinou asparágovou a kyselinou α-ketoglutarovou (v pečeni a svalovom tkanive) dochádza k reakcii za účasti transferáz (transamináz); koenzýmom je fosfopyridoxal (vitamín B 6).

Aminoskupina prechádza cez Schiffovu zásadu na fosfopyridoxal, čo vedie k syntéze fosfopyridoxamínu a zodpovedajúcej ketokyseliny. Fosfopyridoxamín reaguje s novou ketokyselinou za vzniku novej aminokyseliny, pričom sa uvoľňuje fosfopyridoxal. Proces tvorby medziproduktu možno znázorniť takto:

Proces tvorby medziproduktu možno znázorniť takto:

Transaminácia hrá veľmi dôležitú úlohu pri syntéze esenciálnych aminokyselín v tkanivách.

Zásobník voľných aminokyselín v bunkách sa teda vytvára v dôsledku:

1) príjmy z tráviacich orgánov;

2) rozklad bielkovín;

3) syntéza neesenciálnych aminokyselín v transaminačných reakciách, redukčná aminácia ketokyselín.
Deaminácia aminokyselín

Existujú štyri spôsoby deaminácie aminokyselín: 1. Reduktívna deaminácia:

V dôsledku toho sa tvorí organická kyselina a amoniak.

2. Hydrolytická deaminácia:

V dôsledku reakcie sa tvorí hydroxykyselina a amoniak.

Tieto typy deaminácie sú charakteristické pre baktérie (proventrikulus prežúvavcov, hrubé črevo iných zvierat).

3. Intramolekulárna deaminácia:

V dôsledku toho sa tvoria nenasýtené organické kyseliny a amoniak.

Tento typ deaminácie je typický pre baktérie, rastliny a v tele zvierat sa deaminuje histidín. Pôsobením enzýmu histidíndeaminázy sa tvorí amoniak a kyselina urokonová.

1. 
   Oxidačná deaminácia:

Toto je najbežnejšia forma deaminácie. Reakcia prebieha za účasti enzýmov, kde akceptorom vodíka býva NAD, menej často FMN. Ona ide do

dve etapy. V prvom štádiu sa vytvorí nestabilná iminokyselina, v druhom štádiu sa za účasti molekuly vody vytvorí amoniak a ketokyselina:

V telesných tkanivách je dôležitá deaminácia D-aminokyselín, keďže proteíny obsahujú iba L-aminokyseliny. Preto je v organizme veľmi aktívna dehydrogenáza kyseliny α-glutámovej, ktorá ju premieňa na kyselinu α-ketoglutarovú.

Reakcia je celkom bežná. Glutamátdehydrogenáza hrá rozhodujúcu úlohu v procesoch oxidačnej deaminácie väčšiny aminokyselín prostredníctvom nepriamej deaminácie.

Koenzýmom glutamátdehydrogenázy je NAD (NADP):

NADH 2 v mitochondriálnom dýchacom reťazci zabezpečuje syntézu troch molekúl ATP (pečeň, sval, obličky, mozog atď.).

Transaminácia je nepriama cesta deaminácie

aminokyseliny

Transaminácia hrá kľúčovú úlohu v metabolizme aminokyselín. Glutamátdehydrogenáza teda veľmi aktívne vedie k tvorbe kyseliny α-ketoglutarovej, ktorá je substrátom pre transamináciu s inými aminokyselinami. Napríklad:

Kyselina glutámová sa potom deaminuje podľa schémy uvedenej vyššie. Kyselina oxaloctová môže byť tiež substrátom pre transamináciu a deamináciu:

Mechanizmus nepriamej deaminácie zabezpečuje deamináciu všetkých aminokyselín v tele zvieraťa.
Dekarboxylácia aminokyselín
V živočíšnych tkanivách podliehajú dekarboxylácii tieto aminokyseliny: histidín, tyrozín, kyselina glutámová, 5-hydroxytryptofán, 3,4-dioxyfenylalanín (DOPA), kyselina cysteová.

Prvé tri sú súčasťou bielkovín, zvyšok sú produkty metabolizmu – tyrozín, tryptofán, cysteín.

Dekarboxylázy majú ako kofaktor fosfopyridoxal (vitamín B 6), dekarboxylujú iba α-aminokyseliny. Amíny vznikajúce pri tomto procese ovplyvňujú metabolizmus. Keď je cysteín dekarboxylovaný, tvorí sa taurín, ktorý je nevyhnutný pre syntézu žlčových kyselín. Keď je histidín dekarboxylovaný, tvorí sa histamín:


Histamín spôsobuje kŕče hladkého svalstva (vrátane svalov priedušiek), znižuje krvný tlak, rozširuje kapiláry, spôsobuje opuchy a zvyšuje sekréciu žalúdočnej šťavy 8-10 krát.

Keď sa tyrozín a DOPA dekarboxylujú, tvoria sa tyramín a 3,4-dioxytyramín:

Tyramín aj 3,4-dioxytyramín majú silné farmakologické účinky. DOPA a dopamín sa nachádzajú vo vysokých koncentráciách v motorických centrách mozgu a zohrávajú dôležitú úlohu pri kontrole svalov.

Pri dekarboxylácii kyseliny glutámovej vzniká kyselina γ-aminomaslová, prirodzený faktor, ktorý inhibuje aktivitu nervových buniek. Amíny sa oxidujú monoaminooxidázami na aldehydy a vylučujú sa z tela.

Oxidačný rozklad aminokyselín
Telo získava väčšinu energie z oxidácie sacharidov a neutrálnych tukov (až 90 %). Zvyšných 10% je spôsobených oxidáciou aminokyselín. Aminokyseliny sa primárne používajú na syntézu bielkovín. K ich oxidácii dochádza:

1) ak sa aminokyseliny vzniknuté pri obnove bielkovín nevyužijú na syntézu nových bielkovín;

2) ak prebytok bielkovín vstúpi do tela;

3) v obdobie pôstu alebo cukrovky Ak chýbajú sacharidy alebo je narušená ich absorpcia, ako zdroj energie sa využívajú aminokyseliny.

Vo všetkých týchto situáciách aminokyseliny strácajú svoje aminoskupiny a premieňajú sa na zodpovedajúce α-ketokyseliny, ktoré sa potom oxidujú na CO 2 a H 2 O. Časť tejto oxidácie prebieha prostredníctvom cyklu trikarboxylových kyselín. V dôsledku deaminácie a oxidácie vzniká kyselina pyrohroznová, acetyl-CoA, acetoacetyl-CoA, kyselina α-ketoglutarová, sukcinyl-CoA a kyselina fumarová. Niektoré aminokyseliny môžu byť premenené na glukózu, zatiaľ čo iné môžu byť premenené na ketolátky.
Spôsoby neutralizácie amoniaku v tkanivách zvierat

Amoniak je toxický a jeho nahromadenie v tele môže spôsobiť smrť. Existujú nasledujúce spôsoby neutralizácie amoniaku:

1. Syntéza amónnych solí.

2. Syntéza amidov dikarboxylových aminokyselín.

3. Syntéza močoviny.

K syntéze amónnych solí dochádza v obmedzenej miere v obličkách, ako dodatočné ochranné zariadenie organizmu pri acidóze. Amoniak a ketokyseliny sa čiastočne využívajú na resyntézu aminokyselín a na syntézu iných dusíkatých látok. Okrem toho sa v tkanive obličiek zúčastňuje amoniak na procese neutralizácie organických a anorganických kyselín, pričom s nimi vytvára neutrálne a kyslé soli:

1. 
   R – COOH + NH 3 → R – COONH 4;
2. 
   H2S04 + 2 NH3 -> (NH4)2S04;
3. 
   H3P04 + NH3 -> NH4H2P04

Telo sa tak chráni pred stratou značného množstva katiónov (Na, K, čiastočne Ca, Mg) močom pri vylučovaní kyselín, čo by mohlo viesť k prudkému zníženiu alkalickej rezervy krvi. . Množstvo amónnych solí vylučovaných močom sa výrazne zvyšuje s acidózou, pretože amoniak sa používa na neutralizáciu kyseliny. Jedným zo spôsobov, ako viazať a neutralizovať amoniak, je použiť ho na vytvorenie amidovej väzby glutamínu a asparagínu. V tomto prípade sa glutamín syntetizuje z kyseliny glutámovej pôsobením enzýmu glutamínsyntetázy a asparagín sa syntetizuje z kyseliny asparágovej za účasti asparagínsyntetázy:

Týmto spôsobom sa amoniak vylučuje v mnohých orgánoch (mozog, sietnica, obličky, pečeň, svaly). Amidy kyseliny glutámovej a asparágovej sa môžu tvoriť aj vtedy, keď sú tieto aminokyseliny v proteínovej štruktúre, to znamená, že akceptorom amoniaku môže byť nielen voľná aminokyselina, ale aj proteíny, ktorých sú súčasťou. Asparagín a glutamín sa dodávajú do pečene a používajú sa pri syntéze močoviny. Amoniak sa transportuje do pečene cez alanín (glukózo-alanínový cyklus). Tento cyklus zabezpečuje presun aminoskupín z kostrových svalov do pečene, kde sa premieňajú na močovinu a pracujúce svaly prijímajú glukózu. V pečeni sa glukóza syntetizuje z uhlíkovej kostry alanínu. V pracujúcom svale sa z kyseliny α-ketoglutarovej tvorí kyselina glutámová, ktorá následne prenáša amínovú skupinu – NH 2 na kyselinu pyrohroznovú, čím dochádza k syntéze alanínu – neutrálnej aminokyseliny. Schematicky uvedený cyklus vyzerá takto:

Kyselina glutámová + kyselina pyrohroznová ↔

↔ kyselina α-ketoglutarová + alanín

Ryža. 10.1. Glukózovo-alanínový cyklus.

Tento cyklus plní dve funkcie: 1) prenáša aminoskupiny z kostrových svalov do pečene, kde sa premieňajú na močovinu;

2) poskytuje pracujúcim svalom glukózu dodávanú krvou z pečene, kde sa na jej tvorbu využíva uhlíková kostra alanínu.

Tvorba močoviny– hlavná cesta neutralizácie amoniaku. Tento proces bol študovaný v laboratóriu I. P. Pavlova. Ukázalo sa, že močovina sa syntetizuje v pečeni z amoniaku, CO 2 a vody.

Močovina sa vylučuje močom ako hlavný konečný produkt metabolizmu bielkovín a aminokyselín. Močovina tvorí až 80 – 85 % celkového dusíka v moči. Hlavným miestom syntézy močoviny v tele je pečeň. Teraz bolo dokázané, že syntéza močoviny prebieha v niekoľkých fázach.

Fáza 1 - tvorba karbamoylfosfátu prebieha v mitochondriách pôsobením enzýmu karbamoylfosfátsyntetázy:

V ďalšej fáze sa syntetizuje citrulín za účasti ornitínu:

Citrulín sa presúva z mitochondrií do cytosólu pečeňových buniek. Potom sa do cyklu zavedie druhá aminoskupina vo forme kyseliny asparágovej. Dochádza ku kondenzácii molekúl citrulínu a kyseliny asparágovej za vzniku kyseliny arginín-jantárovej.

Citrulín aspartát arginín-jantárový

kyslá kyselina
Kyselina arginín-jantárová sa rozkladá na arginín a kyselinu fumarovú.

Pôsobením arginázy sa arginín hydrolyzuje za vzniku močoviny a ornitínu. Následne sa ornitín dostáva do mitochondrií a môže byť zaradený do nového cyklu neutralizácie amoniaku a močovina sa vylučuje močom.

Pri syntéze jednej molekuly močoviny sa teda neutralizujú dve molekuly NH 3 a CO 2 (HCO 3), čo tiež zohráva úlohu pri udržiavaní pH. Na syntézu jednej molekuly močoviny sa spotrebujú 3 molekuly ATP, vrátane dvoch pri syntéze karbamoylfosfátu, jedna na tvorbu kyseliny arginín-jantárovej; kyselina fumarová sa môže premeniť na kyselinu jablčnú a kyselinu oxaloctovú (Krebsov cyklus), a tá sa môže v dôsledku transaminácie alebo redukčnej aminácie premeniť na kyselinu asparágovú. Nejaký aminokyselinový dusík vylučuje z tela ako kreatinín, ktorý sa tvorí z kreatínu a kreatínfosfátu.

Z celkového dusíka v moči tvorí močovina až 80-90%, amónne soli - 6%. Pri nadmernom bielkovinovom kŕmení sa podiel močovinového dusíka zvyšuje a pri nedostatočnom bielkovinovom kŕmení klesá na 60 %.

U vtákov a plazov sa amoniak neutralizuje tvorbou kyseliny močovej. Hydinový trus v chovoch hydiny je zdrojom dusíkatých hnojív (kyseliny močovej).

Vlastnosti metabolizmu jednotlivých aminokyselín
Glycín– ľahko sa syntetizuje v tele zvierat len ​​pre vtáky môže byť limitujúcou aminokyselinou.


Deaminovaný v tkanivách pod vplyvom glycínoxidázy s tvorbou glyoxaldehydu. V tomto prípade sa NAD redukuje na NADH 2, ktorý produkuje tri molekuly ATP v mitochondriálnom dýchacom reťazci. Glycín sa používa na syntézu párových žlčových kyselín, glutatiónu, kreatínu, serínu, kolamínu, purínov a porfyrínov. Používa sa na neutralizáciu kyseliny benzoovej a fenyloctovej.
Serin– pri jeho deaminácii vzniká kyselina pyrohroznová a amoniak.

Serín je súčasťou fosfolipidov obsahujúcich serín a je počiatočným produktom tvorby etanolamínu a cholínu, cysteínu.

Všeobecná schéma katabolizmu a glukoneogenézy môže byť prezentovaná nasledovne (obr. 10.2., podľa Nikolaeva A.Ya.):

Ryža. 10.2. Zavedenie aminokyselín do všeobecnej dráhy katabolizmu a glukoneogenézy.
treonín- esenciálna aminokyselina pre všetky druhy zvierat. Pod vplyvom aldolázy sa premieňa na glycín a acetaldehyd.

Cysteín a cystín. Dobytok a ovce sú citlivé na nedostatok aminokyselín obsahujúcich síru. Cysteín a cystín sa ľahko premieňajú na seba prostredníctvom redoxných reakcií:


Prítomnosť –SH, -S-S- skupín určuje vysokú reaktivitu enzýmov a hormónov. Časť cysteínu sa premieňa na taurín, ktorý sa používa pri syntéze párových žlčových kyselín.

Keď je cysteín dekarboxylovaný, vzniká tioetanolamín, kofaktor pre enzým aktivujúci kyselinu HS-CoA.

Cysteín je súčasťou glutatiónu, tripeptidu široko prítomného v červených krvinkách a pečeni, ktorý môže byť v redukovanej (HS-glutatión) a oxidovanej (-S-S-) forme. Glutatión je kofaktor pre 3-fosfoglyceraldehyddehydrogenázu a glyoxylázu.

metionín– esenciálna aminokyselina, podieľa sa na syntéze cysteínu. Metionín má metylovú skupinu CH3, ktorá je aktívna pri transmetylácii. Je univerzálnym donorom metylových skupín (pre etanolamín, karnozín, kyselinu guanidínoctovú, norepinefrín, pyrimidínové zásady).

Kyselina asparágová a glutámová. V rastlinných bielkovinách je ich veľa. Zohrávajú úlohu pri transaminácii a deaminácii iných aminokyselín. Syntetizované z ketokyselín. Glutamín sa používa pri syntéze purínových mononukleotidových báz. Dekarboxyláciou kyseliny asparágovej môžu vzniknúť β a α-alanín:


β-alanín sa používa na syntézu kyseliny pantoténovej. Keď sa kyselina glutámová dekarboxyluje, vytvorí sa kyselina y-aminomaslová.

lyzín– esenciálna aminokyselina. Biologické štiepenie lyzínu prebieha komplexnou cestou s tvorbou kyseliny α-aminoadipovej, α-ketoadipovej a glutarovej.

Fenylalanín a tyrozín sú substráty pre syntézu tyroxínu, adrenalínu, norepinefrínu. Valín, leucín, izoleucín - ich premeny sú zamerané na syntézu mastných kyselín a ketolátok. Zvyšné aminokyseliny a dva amidy môžu slúžiť ako substráty pre syntézu glukózy a glykogénu. Glukoneogenéza z aminokyselín (syntéza glukózy) prebieha intenzívne z glykogénnych aminokyselín počas prevažne bielkovinovej výživy zvierat alebo pôstu. Počas pôstu sa využívajú bielkoviny z vlastných tkanív.

Katabolizmus leucínu a lyzínu nezahŕňa štádium tvorby kyseliny pyrohroznovej.