2 этап – начинается с активации аминокислот при участии ферментов и АТФ с образованием комплексов – аминоациладенилатов. Для каждой АК имеется своя определенная транспортная РНК, к которой присоединяется только данная активированная АК, и такой комплекс переносится к рибосомам.
3 этап – собственно синтез белка - трансляция. На молекуле информационной РНК выделяются определенные триплеты (кодоны), которые комплементарны соответствующим антикодонам транспортной РНК. По мере передвижения информационной РНК по рибосоме происходит присоединение транспортной РНК своими антикодонами к кодонам информационной РНК и соединенные аминокислоты взаимодействуют между собой, образуя полипептидную цепь, специфичную для данного белка, т. е. его первичную структуру. В дальнейшем она подвергается спирализации и определенной упаковке в пространстве, что формирует вторичную и третичную структуру данного белка.
Регуляция биосинтеза АК.
1. Регуляция биосинтеза белка осуществляется подавлением первой стадии биосинтеза по принципу обратной связи. Первая реакция, которая обычно необратима, катализируется аллостерическим ферментом (регуляторным).
2. Генетическая репрессия и депрессия синтеза ферментов. Изменение скорости транскрипции ДНК. Репрессия происходит тогда, когда продукт данной реакции присутствует в клетке или среде в концентрации, достаточной для удовлетворения метаболических потребностей.
Переваривание белков.
Главным образом животные продукты (мясо, рыба, сыр) и только некоторые растительные (горох, фасоль, соя) богаты белками, в то время как наиболее распространенные растительные продукты содержат мало белка. Белки пищи, за редким исключением, не усваиваются организмом, если они не будут расщеплены до стадии свободных АК. Гидролиз пищевых белков осуществляется путем последовательного действия протеолитических ферментов, лишая белки пищи видовой и тканевой специфичности и придавая продуктам гидролиза способность всасываться в кровь через стенку кишечника. Гидролиз химически сводится к разрыву пептидной связи -CO-NH- белковой молекулы с присоединением элементов воды к продуктам распада.
Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз или пептидаз. Имеются 2 группы:
Экзопептидазы, катализирующие разрыв концевой пептидной связи и эндопептидазы, гидролизующие пептидные связи внутри пептидной цепи. Эндопептидазы – пепсин, содержащийся в желудочном соке, трипсин, химотрипсин и эластаза, синтезирующиеся в поджелудочной железе. Экзопептидазы – карбоксипептидазы А и В – синтезируются в поджелудочной железе. Аминопептидазы – вырабатываются в клетках слизистой оболочки кишечника (аланинаминопептидаза и лейцинаминопептидаза).
Процесс переваривания пептидов, их расщепление до свободных АК в тонком кишечнике завершают три- и ди- пептидазы.
В настоящее время накапливается все больше данных о более широкой биологической роли протеолитических ферментов тканей в регуляции ряда процессов в организме. Некоторые из них выполняют защитную функцию. Регуляция включает превращение неактивного предшественника в активный белок, что связано с разрывом ограниченного числа пептидных связей в молекуле белка.
В регуляции синтеза протеолитических ферментов активно принимают участие ингибиторы протеиназ белковой природы, они содержатся в поджелудочной железе, плазме крови, курином яйце.
Переваривание белков в желудке.
В желудочном соке содержится активный фермент – пепсин. Он гидролизует преимущественно пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических кислот (фенилаланин, тирозин). Расщепляет практически все природные белки. Исключение составляют кератиды, протамины, гистоны и мукополисахариды.
Реннин катализирует свертывание (створоживание) молока, т.е. превращение растворимого казеиногена в казеин.
Переваривание белков в кишечнике:
В поджелудочной железе вырабатываются 3 белковых фермента: трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза.
Трипсин и химотрипсин разрывают внутренние пептидные связи. Дальнейший гидролиз пептидов до свободных АК осуществляется под влиянием карбоксипептидазы, аминопептидазы и дипептидаз. Продукты гидролиза белков всасываются в желудочно-кишечном тракте в основном в виде АК. Аминокислоты после всасывания в кишечнике, через воротную вену поступают в печень, часть из них разносится кровью по всему организму и используется для физиологических целей.
В печени используются АК:
Для синтеза белков и белков плазмы крови, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, НАД. Различная скорость проникновения АК через биомембраны клеток свидетельствует о существовании в организме активной транспортной системы, обеспечивающей перенос АК как через внешнюю клеточную мембрану, так и через систему внутриклеточных мембран. Тонкие механизмы этого процесса нерасшифрованы.
Из других путей превращения АК важное значение играют следующие:
Дезаминирование, переаминирование и декарбоксилирование.
Дезаминирование – процесс расщепления АК под действием ферментов дезаминаз или оксидаз с выделением аммиака и образованием безазотистого остатка, происходящим несколькими путями, в том числе восстановительным, гидролитическим, внутримолекулярным и окислительным. У животных и человека преобладают два последних вида дезаминирования. Окислительному дезаминированию подвергается глутаминовая кислота, фермент глутаматдегидрогеназа.
Переаминирование – непосредственный перенос аминной группы от АК на кетокислоту без освобождения аммиака. Фермент – аминотрансфераза. Эти реакции обеспечивают а) биосинтез заменимых АК, б) распад АК, в) объединение путей обмена углеводов и АК.
Декарбоксилирование – под действием декарбоксилаз АК происходит отщепление от АК углекислого газа и образуются соответствующие амины. Образующиеся амины называют биогенными аминами. Гистидин – вызывает расширение капилляров, сужение крупных сосудов, сокращение гладкой мускулатуры внутренних органов, усиление секреции соляной кислоты в желудке. Серотонин способствует повышению кровяного давления и сужению бронхов. Альфа-аминомасляная кислота служит медиатором торможения нервной системы. В организме биогенные амины находятся в неактивной связанной форме, из которой они освобождаются по мере необходимости, Разрушаются в печени моноаминооксидазами.
В итоге распада АК в организме образуется аммиак. Углекислый газ и вода. Углекислый газ частично выводится из организма или используется для синтеза жирных кислот, глюкозы и т.д. Аммиак очень токсичен и организм выработал механизмы его обезвреживания. Основные – образование глутамина. Это восстановительное аминирование – процесс, обратный дезаминированию.
Основная часть АК, поступивших с пищей или образовавшихся при распаде тканевых белков расходуется на биосинтез белка.
Оставшаяся часть АК подвергается специфическим превращениям и принимает участие в образовании:
Глицин –участвует в синтезе креатина, серина, гемоглобина, пуриновых азотистых оснований
Аланин – при его дезаминировании образуется пировиноградная кислота, он участвует в синтезе глюкозы, гликогена и ацетил КоА.
Метионин является участником синтеза холина, тимина, адреналина, креатина.
Серин – является исходным веществом для синтеза 3-фосфоглицериновой кислоты, одного из субстратов обмена глюкозы и гликогена, пировиноградной кислоты, цистеина.
Глутаминовая и аспарагиновая кислоты участвуют в обезвреживании аммиака, в реакциях цикла Кребса.
Аргинин участвует в синтезе мочевины
Гистидин – в синтезе гемоглобина, при распаде образует биогенный амин – гистамин.
Патология белкового обмена.
Одной из причин нарушения обмена белков является недостаточное его потребление. Может быть и вторичным, т.е. может развиваться на основе других заболеваний (нарушение переваривания, кровотечениях, заболеваниях печени).
Чаще всего связано с нарушением соотношения АК, имеющих экзогенное (при недостатке незаменимых АК) и эндогенное (связанное с нарушением обмена отдельных АК). Причиной экзогенной недостаточности является однообразное белковое питание с ограниченным потреблением животных белков и как следствие недостаточность незаменимых АК.
Экзогенные нарушения обмена АК могут быть вызваны наследственными заболеваниями, имеющими в своей основе падение активности ферментов, ответственных за синтез заменимых АК или их превращений.
Например, альбинизм возникает при нарушении синтеза пигмента меланина и сопровождается отсутствием характерной окраски волос, радужной оболочки глаз, кожи. Волосы и кожа имеют неестественный белый цвет.
Недостаток триптофана имеет следствием нарушение деятельности сердца и помутнение хрусталика (катаракта).
Снижение уровня метионина приводит к поражению поджелудочной железы.
Возникновение и дальнейшее развитие специфического патологического синдрома при этих заболеваниях обусловлено полным или частичным выключением определенных ферментативных активностей.
Организм либо теряет способность синтезировать данный фермент, либо его образуется недостаточное количество, либо синтезируется аномальный фермент, по структуре отличающийся от нативного.
Следствием является накопление в тканях повышенного содержания продуктов обмена, оказывающих токсическое действие на организм и в первую очередь на ЦНС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мецлер Д. Биохимия. Т. 1, 2, 3. “Мир 2000
2. Ленинджер Д. Основы биохимии. Т.1, 2, 3. “Мир”2002
3. Фримель Г. Иммунологические методы. М. “Медицина 2007
4. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения. М2001
5. Резников А.Г. Методы определения гормонов. Киев “Наукова думка2000
6. Бредикис Ю.Ю. Очерки клинической электроники. М. “Медицина1999