Белковый обмен (стр. 1 из 2)

Московская государственная академия

ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина

Реферат по физиологии

на тему: Белковый обмен

Москва 2006 г.

ОБМЕН БЕЛКОВ

Основным структурным элементом клеток и тканей организма являются белки. Пожалуй, нет ни одной функции, которая могла бы осуществляться в организме без участия белков. Многие химические реакции ускоряются биологическими катализаторами — ферментами, представляющими собой белковые соединения. Некоторые гормоны, как например, регулирующий углеводный обмен инсулин, тоже имеют белковую природу. Железосодержащий белок гемоглобин принимает участие в газообмене. Белковую природу имеют особые вещества — антитела, вырабатывающиеся в организме после попадания в него чужеродных веществ (антигенов). Мышцы состоят из белков, основным компонентом опорных тканей (кости, сухожилия, связки) также является белок — коллаген

Процессы распада и синтеза белков в ходе тканевого метаболизма. Все белковые соединения можно разделить на собственно белки — протеины и протеиды. Протеины состоят из аминокислот, в структуре протеидов содержатся, кроме того, сложные вещества небелковой природы (нуклеиновые кислоты и др.). Аминокислотный состав белков пищевых продуктов определяет их биологическую ценность для животного организма, что связано с особенностями обмена белков организма. Существенное отличие белкового обмена от углеводного или жирового обмена заключается в том, что в животном организме белки, а точнее многие составляющие их аминокислоты не могут синтезироваться из органических веществ и из аммиака.

Синтез аминокислот возможен лишь при наличии в организме соответствующей а-кетокислоты, образующейся в качестве промежуточного продукта метаболизма углеводов и жиров. Аминокислоты, которые могут быть синтезированы в животном организме, называются заменимыми (аланин, глутаминовая кислота, тирозин и др.). Заменимые аминокислоты синтезируются в значительном количестве независимо от поступления их с белками пищи. Другие — незаменимые аминокислоты (лейцин, триптофан, фенилаланин и др.) не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей. В зависимости от содержания в белках пищи незаменимых аминокислот эти белки делят на биологически полноценные (с полным набором незаменимых аминокислот) и неполноценные (при отсутствии одной или нескольких незаменимых аминокислот).

Отличительная особенность белкового обмена заключается в том, что в организме нет депо белковых соединений. Весь белок организма входит в структуру клеточных элементов тканей и жидкостей организма. Поэтому при отсутствии регулярного притока белковых веществ наблюдается частичное разрушение различных клеточных структур, т. е. появляются признаки «белкового голодания».

Травоядные животные получают с пищей растительные белки, синтезированные зелеными растениями, хищные животные — белки животного происхождения.

Пищевые продукты, потребляемые человеческим организмом, содержат разное количество белка: богатые белками — мясо, рыба, бобы, яйца и др., бедные белками — овощи, фрукты. Промежуточное место в этом отношении занимают хлеб и другие продукты.

Ежедневно человеческий организм должен получать около 100 г белковых соединений, которые в виде аминокислот поступают в кровеносное русло и затем разносятся по всем органам и тканям. Аминокислоты в организме выполняют в основном пластическую функцию: служат материалом для синтеза специфических белков, гормонов (например, инсулина, глюкагона, гормонов гипофиза и др.), азотистых небелковых составных частей клеток и тканей. За счет аминокислот пищевого белка восстанавливаются белковые соединения, разрушенные в процессе жизнедеятельности организма. В молодом растущем организме пищевой белок идет не только для синтеза распавшихся белков, но и для увеличения биомассы: белковых компонентов тканей и клеток. У взрослых животных белки тела замещаются, обновляются с различной скоростью: период обновления общего белка составляет у человека 80 дней, у крысы — 17 дней. Белковые соединения у животных подвергаются сложному циклу химических превращений, в результате которых образуются конечные продукты азотистого обмена — мочевина, мочевая кислота и другие соединения, выделяющиеся из организма и поступающие в почву. В почве эти вещества под воздействием микроорганизмов превращаются в аммиак, нитраты и нитриты, служащие продуктами азотистого питания растений.

Цикл сложных химических превращений белковых веществ в организме животного начинается с гидролитического их расщепления в желудочно-кишечном тракте под действием протеолитических ферментов. Образующиеся вначале достаточно сложные высокомолекулярные белковые соединения (альбумозы, пептоны) в последующих отделах кишечника под действием других протеолитических ферментов распадаются на три- и дипептиды и, наконец, на отдельные аминокислоты. Ежедневно в кровь взрослого человека всасывается из кишечника более 100 г различных аминокислот, образованных в результате гидролитического расщепления белков пищи.

При синтезе белков в клетках и тканях организма могут быть использованы не только отдельные аминокислоты, но» и более сложные белковые соединения типа. полипептидов. В биосинтезе тканевого белка важная роль принадлежит нуклеиновым кислотам, входящим в структуру ядра и протоплазмы клеток. Расщепление белка в клетках происходит в два этапа: вначале белковая молекула гидролизуется до аминокислот, затем расщепляется молекула аминокислоты. Аминокислоты, не использованные для синтеза белковых веществ и других азотистых соединений, образующих структуру живой клетки, подвергаются глубокому распаду с образованием конечных продуктов. Разрушение аминокислоты происходит путем дезаминирования, т. е. отщеплением аминогруппы. Безазотистый остаток молекулы через ряд промежуточных стадий превращается в глюкозу, претерпевающую затем ряд химических превращений по типу углеводного обмена. Азот белка, не имеющий энергетического значения, в виде аммиака превращается затем у млекопитающих в мочевину и выделяется с мочой (у птиц в виде мочевой кислоты).

Обычно белковые соединения окисляются в тканях животного организма не до конца, в результате чего из организма выделяется определенная часть белковых соединений в виде продуктов неполного окисления. При распаде белковой молекулы в организме освобождается некоторое количество вредных ядовитых продуктов, нейтрализация которых происходит в печени.

Всасывание аминокислот.Основным механизмом поступления аминокислот в энтероцит является Nа⁺-зависимый активный транспорт. Вместе с тем возможна и диффузия аминокислот по электрохимическому градиенту. Наличием двух механизмов транспорта объясняют тот факт, что D-аминокислоты всасываются быстрее (за счет активного транспорта), чем L-изомеры, поступающие в клетку пассивно, путем диффузии. У взрослых животных диффузия, очевидно, происходит лишь при нарушении механизма активного транспорта. В нормальных же условиях поступление аминокислот в энтероцит обеспечивается механизмами облегченной диффузии и активного транспорта, реализующимися с участием переносчиков. Предполагают наличие различных транспортных систем для нейтральных, основных, N-замещенных и дикарбоновых аминокислот.

Практически единственным видом продуктов гидролиза белка, всасывающихся в кровеносное русло у высших животных и человека, являются аминокислоты. Исключение составляют оксипролиновые пептиды, которые, по-видимому, всасываются путем диффузии. В весьма небольшом количестве через кишечный эпителий способны проникать некоторые мелкие пептиды, например глицилглицин. Кроме того, у новорожденных млекопитающих, когда еще не функционируют механизмы расщепления белка, возможно всасывание интактного белка посредством пиноцитоза. Таким путем в организм новорожденного с молоком матери поступают антитела, обеспечивающие невосприимчивость к инфекциям.

Существует точка зрения, в соответствии с которой олигопептиды, образующиеся в процессе полостного гидролиза, поступают в энтероцит, где и расщепляются до аминокислот под действием внутриклеточных ферментов. В то же время показано, что промежуточные и заключительные этапы расщепления белковых молекул осуществляются не внутриклеточно, а в зоне щеточной каймы энтероцитов с помощью находящихся здесь пептидаз.

В энтероцитах наряду с транспортной системой апикальной мембраны имеется также транспортная система, расположенная в базальной и латеральных мембранах, которая осуществляет выход транспортируемых аминокислот из клетки. Эта система функционирует с участием транспортеров по механизму облегченной диффузии. Предполагают возможность и Nа⁺-зависимого активного транспорта.

Процесс переваривания и всасывания белков можно представить в следующем виде. В просвете кишки происходит расщепление полипептидов до олигопептидов, ди- и трипептидов и аминокислот. В мембране микроворсинок щеточной каймы — дальнейшее расщепление специфическими пептидазами, поглощение аминокислот и олигопептидов. В цитоплазме — расщепление ди- и олигопептидов цитоплазматическими пептидазами до аминокислот. В базальной мембране — выход аминокислот из клетки в кровь.

Азотистый баланс. О состоянии белкового обмена в организме принято судить по азотистому балансу. Это связано с тем, что весь N белковых веществ, поступающих в организм животного с пищей, выделяется в виде азотистых веществ преимущественно с мочой. Доля азотистых веществ, выделяемых из организма с калом, незначительна, и поэтому при соответствующих расчетах во внимание не принимается.