Механизм активации протеолитических ферментов желудочно кишечного тракта

МЕТАБОЛИЗМ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

Метаболизм аминокислот

Основным экзогенными источником аминокислот являются белки пищи. Белки переводятся в доступную для организма форму при переваривании под действием протеолитических ферментов, входящих в состав желудочно-кишечных секретов. Свободные аминокислоты всасываются и после транспорта кровью включаются в клетках в различные пути использования, главным из которых является синтез собственных белков. Кроме того, аминокислоты используются для синтеза других азотсодержащих соединений, например таких, как тироксин, адреналин, гистамин, выполняющих специфические функции. Аминокислоты используются также как источники энергии, включаясь в путь катаболизма. Пути использования аминокислот представлены на рисунке:

Пути использования аминокислот

Переваривание пищевых белков начинается в желудке и завершается в тонком кишечнике под действием протеолитических ферментов (пептидгидролазы, пептидазы, протеазы – названия синонимы). Эти ферменты соответственно механизму действия делятся на две группы: эндо – и экзопептидазы. Эндопептидазы: пепсин, трипсин и химотрипсин расщепляют пептидные связи, располагающиеся внутри полипептидной цепи. Причем эти ферменты гидролизуют с наибольшей скоростью пептидные связи, образованные определенными аминокислотами:

Протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта

Эндопептидазы синтезируются в виде неактивных предшественников-проферментов. Таким способом секретирующие клетки защищают свои собственные белки от разрушения этими ферментами. После секреции проферменты активируются путем частичного избирательного протеолиза. Слизистая оболочка желудка и кишечника также защищены от действия протеаз слоем слизи. Кроме того, поверхностный полисахаридный слой плазматической мембраны так же предохраняет клетку от действия протеаз.

Экзопептидазы. Карбоксипептидазы и аминопептидазы гидролизуют пептиды, отщепляя аминокислоты соответственно от С и N конца пептида. Дипептидазы гидролизуют дипептиды. Карбоксипептидаза синтезируется в поджелудочной железе в виде прокарбоксипептидазы и активируется в кишечнике под действием трипсина. Амино – и дипептидазы синтезируются в клетках тонкого кишечника. Все экзопептидазы функционируют в основном внутриклеточно в кишечном эпителии, хотя могут в небольшом количестве выделяться в просвет кишечника. Эндопептидазы и экзопептидазы в совокупности доводят гидролиз белков до образования аминокислот:

Экзо – и эндопептидазы

Возникает вопрос: все ли 20 аминокислот необходимо получать в результате переваривания? Ответ на этот вопрос дает таблица, где указаны незаменимые аминокислоты , присутствие которых в белках пищи обязательно; частично заменимые аминокислоты , которые в небольших количествах синтезируются в организме; условно заменимые аминокислоты, для синтеза которых необходимы незаменимые аминокислоты и, наконец, заменимые аминокислоты , потребность в которых может быть восполнена синтезом из других веществ.

Аминокислотный состав характеризует пищевую ценность белка. Чем выше содержание незаменимых аминокислот, тем больше пищевая ценность белка. Норма белков в питании составляет примерно 100 г в сутки .

Недостаток в течение длительного времени пищевых белков, богатых незаменимыми аминокислотами, приводит к заболеванию. Чтобы восполнить недостающие аминокислоты, ткани начинают гидролизовать свои собственные белки с помощью тканевых протеиназ. В результате у детей проявляется нарушение развития и функций организма. Белки тканей гидролизуются и в норме с целью их обновления, но процесс гидролиза и синтеза белков тканей в этом случае уравновешены.

Биосинтез аминокислот

Растения и многие виды бактерий содержат ферментные системы, необходимые для синтеза всех требуемых a -кетокислот. Животные утратили способность синтезировать некоторые a -кетокислоты. Эти a -кетокислоты соответствуют незаменимым аминокислотам. Другие a -кетокислоты (соответствующие заменимым аминокислотам) могут образовываться в результате метаболизма иных веществ, в основном из глюкозы.

Последней реакцией в синтезе аминокислот из a -кетокислот является реакция трансаминирования , в ходе которой аминогруппа переносится от донорной аминокислоты к акцепторной a-кетокислоте. В результате получается a-кетокислота из донорной аминокислоты и новая аминокислота. Реакцию катализируют ферменты аминотрансферазы (трансаминазы) с участием кофермента пиридоксальфосфата (производное витамина В6). Эта реакция легко обратима. Любые аминокислоты, которых в пище недостаточно, можно получить за счет имеющихся в избытке, при наличии соответствующих a -кетокислот:

Аминотрансферазы

Трансаминирование происходит практически во всех органах. Большинство промежуточных продуктов важных метаболических путей являются кетокислотами, которые могут включаться в трансаминирование:

Трансаминирование

Многие аминотрансферазы предпочтительно используют a-кетоглутарат как акцептор аминогруппы. При этом образуется глутамат, а в обратной реакции a -кетоглутарат. Пара a -кетоглутарат и глутамат широко участвуют в метаболическом потоке азота. Например, с помощью реакций трансаминирования осуществляется «переброска» аминного азота из мышц в печень. В работающей мышце происходит образование аланина из пировиноградной кислоты путем трансаминирования с глутаматом. Аланин поступает в кровь и затем поглощается печенью. В печени происходит обратная реакция, в результате которой образуется пируват, реализуемый в глюконеогенезе.

Глюкозо-аланиновый цикл

Глюкоза может поступать в работающую мышцу. Создается глюкозо-аланиновый цикл, который служит для переноса из мышц в печень пирувата и азота.

Катаболизм аминокислот

Катаболизм аминокислот включает два этапа:

1. дезаминирование, заключающееся в отщеплении аминогруппы с образованием a -кетокислоты

2. катаболизм углеродного скелета, то есть a -кетокислоты.

Катаболизм аминокислот в организме животных происходит в двух различных ситуация. В нормальных условиях, когда в диете присутствует избыточное количество белка, и, следовательно после переваривания и всасывания много аминокислот дезаминируются, а углеродный скелет ( a -кетокислота) или используется для конверсии в запасной жир, или для окисления и извлечения энергии. При голодании разрушаются белки тканей, и получившиеся после дезаминирования кетокислоты могут служить как для глюконеогенеза, так и для окисления.

Дезаминирование – это превращение аминокислот в соответствующие a -кетокислоты в результате отщепления аминогруппы в виде аммиака. Реакция сопровождается окислением, поэтому называется окислительным дезаминированием . Наиболее широко распространенной реакцией является окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты, катализируемое NAD-зависимой дегидрогеназой:

Обмен глутамата

Эта реакция обратима, но ее основная роль заключается в дезаминировании, хотя в некоторых органах она может протекать в сторону синтеза глутаминовой кислоты. В ходе дезаминирования глутамата аминогруппа сразу превращается в ион аммония, поэтому эта реакция называется прямое окислительное дезаминирование . Другие аминокислоты дезаминируются непрямым путем , включающим два этапа:

1. трансаминирование с a -кетоглутаратом с образованием глутамата

2. окислительное дезаминирование глутамата.

Непрямое дезаминирование. Судьба аминного азота и a -кетокислот

Катаболизм углеродных скелетов , полученных в результате дезаминирования аминокислот, приводит к образованию либо ацетил-СоА , а далее из него жиров или кетоновых тел ( кетогенные аминокислоты ), или образованию метаболитов, способных включаться в глюконеогенез ( гликогенные аминокислоты ) и поддерживать уровень глюкозы в крови при голодании.

Катаболизм углеродных скелетов аминокислот

Обезвреживание аммиака . Образующийся при дезаминировании аминокислот аммиак (при физиологических значениях рН аммиак находится в виде ионов аммония) токсичен и должен быть выведен из организма. Ион аммония может прямо включаться в биологические молекулы несколькими способами:

· восстановительное аминирование a -кетоглутарата с образованием глутамата при участии глутаматдегидрогеназы (обратная реакция): a -кетоглутарат + NH3 + NADH → Glu + NAD+ Эта реакция происходит в малом объеме и не имеет большого значения, для обезвреживания аммиака, хотя используется для образования глутаминовой кислоты

· образование амида глутаминовой кислоты – глутамина при участии глутаминсинтетазы: Glu + NH3 + ATP → Gln +ADP + H3PO4. Эта реакция происходит во многих тканях, но наиболее важна для нервной ткани, особенно чувствительной к токсическому действию аммиака. Глутамин выполняет функцию транспортной формы аммиака. В печени он расщепляется под действием глутаминазы на глутамат и аммиак, а последний включается в процесс синтеза мочевины: Glu + Н2О → Glu + NH3. Кроме того, глутамин представляет собой резерв аммиака, необходимый в почках для компенсации ацидоза . В этом случае активность глутаминазы почек увеличивается, и ион аммония выводится в виде солей аммония, компенсируя при этом излишнее количество протонов

· образование карбамоилфосфата путем конденсации NH3, CO2 и АТФ, катализируемое карбомоилфосфатсинтетазой I (фермент действует в митохондриях). Эта реакция происходит в печени и является начальной стадией синтеза мочевины – конечного продукта метаболизма азота: NН3+СО2+2АТР+Н2О → H2N-СО-РО3Н2+2ADP+Н3РО4

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-12-21
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

            При переваривании происходит гидролиз пищевых белков до свободных аминокислот. Процесс переваривания начинается в желудке и продолжается в тонкой кишке под действием ферментов пептидгидролаз (пептидаз).

            В зависимости от места расположения в пептиде гидролизуемой  связи все пептидазы делятся на:

– эндопептидазы ( гидролизуют связи внутри белков– пепсин, трипсин, химотрипсин, эластаза)

– экзопептидазы (действуют на пептидные связи, образованные N- и С-концевыми аминокислотами – аминопептидаза, карбоксипептидазы А и В).

            Переваривание в желудке:

Желудочные и панкреатические пептидазы вырабатываются в неактивной форме (проферменты), секретируются к месту действия, где активируются путем частичного протеолиза (отщепление пептида различной длины с N-конца молекулы профермента). Место синтеза проферментов (слизистая оболочка желудка, поджелудочная железа) и место их активации (полость желудка, тонкой кишки) пространственно разделены. Такой механизм образования активных ферментов необходим для защиты секреторных клеток желудка и поджелудочной железы от самопереваривания.

            Переваривание белков в желудке происходит под действием пепсина. Профермент пепсиноген вырабатывается главными клетками и при поступлении пищи секретируется в полость желудка.

Пепсиноген активируется 2мя способами:

 – HCl – медленно

– аутокаталитически (пепсином) – быстро

            Желудочный сок содержит соляную кислоту, которая вырабатывается обкладочными клетками желудка и выполняет следующие функции: оказывает бактерицидное действие, денатурирует белки пищи, создает оптимум рН для пепсина, активирует пепсиноген путем частичного протеолиза. рН желудочного сока в норме 1,5-2,0.

            HCl и пепсин способны разрушать клетки эпителия желудка. В норме этого не происходит, т.к. существуют защитные факторы слизистой оболочки желудка(образование слизи на поверхности, секреция эпителиальными клетками ионов НСО3-, создающих в пристеночном слое среду с рН 5,0-6,0, наличие на наружной поверхности мембран клеток слизистой оболочки гетерополисахаридов, которые не являются субстратами пептидгидролаз, быстрая регенерация поврежденного эпителия)

            Пепсин гоидролизует связи, образвоанные аминогруппой ароматических аминокислот Х-Фен-, Х-Тир- и связь -Лей-Глу-.

            Переваривание белков в кишечнике происходит под действием:

– ферментов поджелудочной железы (тринпсина, химотрипсина, эластазы, карбоксипептидазы)

– ферментов тонкой кишки (аминопептидазы, дипептидазы, трипептидазы)

            Активная форма трипсина образуется в кишечнике при участии энтеропептидазы, выделяемой клетками кишечника. Энтеропептидаза отщепляет от N-конца трипсиногена гексапептид, что приводит к изменению конформации и формированию активного центра трипсина.

Остальные протеазы панкреатического сока (химотрипсиноген, прокарбоксипептидаза, проэластаза) активируются трипсином. Активация панкреатических пептидаз в кишечнике происходит по каскадному механизму.

            Кишечные пептидазы синтезируются в энтероцитах сразу в активной форме.

            Ферменты, участвующие в переваривании белков в кишечнике, обладают специфичностью к определенным аминокислотам в белке. Трипсин, химотрипсин и эластаза относятся к классу эндопептидаз:

– Трипсин гидролизует преимущественно связи, образованные катионногенными аминокислотами: -Арг-Х-, -Лиз-Х-.

– Химотрипсин – пептидные связи ароматических аминокислот: -Фен-Х-, -Тир-Х-, -Три-Х-.

– Эластаза – связь -Гли-Ала-.

            Карбокиспептидазы – это экзопептидазы, отщепляют С-концевые аминокислоты: карбоксипептидаза А – гидрофобные аминокислоты, карбоксипептидаза В – -Лиз, -Арг.

Кислое содержимое желудка в двенадцатиперсной кишке гидролизуется соком поджелудочной железы, имеющей слабощелочную реакцию.

            Последние этапы переваривания происходит при участии ферментов синтезируемых клетками кишечника:

– Аминопептидаза отщепляет N-концевые аминокислоты.

– Дипептидаза гидролизует дипептиды из 2 любых аминокислот.

– Трипептидаза гидролизует трипептиды.

            В результате последовательного действия всех пищеварительных протеаз большинство пищевых белков расщепляется до свободных аминокислот.