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
| Профермент | Место синтеза | Место активации и активатор | Расщепляемые пептидные связи |
| Пепсиноген | Слизистая желудка | Полость желудка. Отщепление N-концевого пептида (42 аминокислоты) от пепсиногена под влиянием HCl и самого пепсина (аутокатализ) | -x-Тир- -x-Фен- |
| Трипсиноген | Поджелудоч-ная железа | Полость тонкого кишечника. Отщепление N-концевого гексапептида от трипсиногена при участии энтеропептидазы, выделяемой клетками кишечника, с последующим аутокатализом под влиянием самого трипсина | -Арг-x- -Лиз-x- |
| Химотрипсиноген | Поджелудоч-ная железа | Полость тонкого кишечника. Под влиянием трипсина | -Тир-x- -Фен-x- -Три-x- |
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.
| Незаменимые | Условно заменимые | Частично заменимые | Заменимые |
| Триптофан Фенилаланин Лизин Треонин Метионин Лейцин Изолейцин Валин | Тирозин Цистеин | Гистидин Аргинин | Глицин Аланин Серин Глутамат Глутамин Аспартат Аспарагин Пролин |
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:
©2015-2020 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
Источник
Гастриксин близок к пепсину по молекулярной массе (31 500). Оптимум pH у него около 3,5. Гастриксин гидролизует пептидные связи, образуемые дикарбоновыми аминокислотами. Соотношение пепсин/ гастриксин в желудочном соке 4:1. При язвенной болезни соотношение меняется в пользу гастриксина [19].
Присутствие в желудке двух протеиназ, из которых пепсин действует в сильнокислой среде, а гастриксин в среднекислой, позволяет организму легче приспосабливаться к особенностям питания. Например, растительно-молочное питание частично нейтрализует кислую среду желудочного сока, и pH благоприятствует переваривающему действию не пепсина, а гастриксина. Последний расщепляет связи в пищевом белке [19].
Пепсин и гастриксин гидролизуют белки до смеси полипептидов (называемых также альбумозами и пептонами). Глубина переваривания белков в желудке зависит от длительности нахождения в нем пищи. Обычно это небольшой период, поэтому основная масса белков расщепляется в кишечнике [19].
Протеолитические ферменты кишечника. В кишечник протеолитические ферменты поступают из поджелудочной железы в виде проферментов: трипсиногена, химотрипсиногена, прокарбоксипептидаз А и В, проэластазы. Активирование этих ферментов происходит путем частичного протеолиза их полипептидной цепи, т.е. того фрагмента, который маскирует активный центр протеиназ. Ключевым процессом активирования всех проферментов является образование трипсина (рис. 1.3) [19].
Трипсиноген, поступающий из поджелудочной железы, активируется с помощью энтерокиназы, или энтеропептидазы, которая вырабатывается слизистой кишечника. Энтеропептидаза также выделяется в виде предшественника киназогена, который активируется протеазой желчи. Активированная энтеропептидаза быстро превращает трипсиноген в трипсин, трипсин осуществляет медленный аутокатализ и быстро активирует все остальные неактивные предшественники протеаз панкреатического сока [19].
Механизм активирования трипсиногена заключается в гидролизе одной пептидной связи, в результате чего освобождается N-концевой гексапептид, называемый ингибитором трипсина. Далее трипсин, разрывая пептидные связи в остальных проферментах, вызывает образование активных ферментов. При этом образуются три разновидности химотрипсина, карбоксипептидазы А и В, эластаза [19].
Рис. 1.3. Активация протеолитических проферментов кишечника
Кишечные протеиназы гидролизуют пептидные связи пищевых белков и полипептидов, образовавшихся после действия желудочных ферментов, до свободных аминокислот. Трипсин, химотрипсины, эла- стаза, будучи эндопептидазами, способствуют разрыву внутренних пептидных связей, дробя белки и полипептиды на более мелкие фрагменты
[19].
Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные главным образом карбоксильными группами лизина и аргинина, менее активен он в отношении пептидных связей, образованных изолейцином.
Химотрипсины наиболее активны в отношении пептидных связей, в образовании которых принимает участие тирозин, фенилаланин, триптофан. По специфичности действия химотрипсин похож на пепсин.
Эластаза гидролизует те пептидные связи в полипептидах, где находится пролин.
Карбоксипептидаза А относится к цинксодержащим ферментам. Она отщепляет от полипептидов С-концевые ароматические и алифатические аминокислоты, а карбоксипептидаза В — только С-концевые остатки лизина и аргинина [19].
Ферменты, гидролизующие пептиды, имеются также и в слизистой кишечника, и хотя они могут секретироваться в просвет, но функционируют преимущественно внутриклеточно. Поэтому гидролиз небольших пептидов происходит после их поступления в клетки. Среди этих ферментов лейцинаминопептидаза, которая активируется цинком или марганцем, а также цистеином, и высвобождает N-концевые аминокислоты, а также дипептидазы, гидролизующие дипептиды на две аминокислоты. Дипептидазы активируются ионами кобальта, марганца и цистеином.
Разнообразие протеолитических ферментов приводит к полному расщеплению белков до свободных аминокислот даже в том случае, если белки предварительно не подвергались действию пепсина в желудке. Поэтому больные после операции частичного или полного удаления желудка сохраняют способность усваивать белки пищи [19].
Источник
Переваривание белков, то есть расщепление их до отдельных аминокислот, начинается в желудке и заканчивается в тонком кишечнике. Переваривание происходит под действием желудочного, панкреатического и кишечного соков, которые содержат протеолитические ферменты (протеазы или пептидазы). Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз. Они катализируют гидролиз пептидных связей СО—NНбелковой молекулы.
Все протеолитические ферменты можно разделить на две группы:
1. экзопептидазы – катализируют разрыв концевой пептидной связи с освобождением N- или С-концевой аминокислоты;
2. эндопептидазы – гидролизуют пептидные связи внутри полипептидной цепи, продуктами реакции являются пептиды с меньшей молекулярной массой.
10.1.3.Большинство протеолитических ферментов, участвующих в переваривании белков и пептидов, синтезируются и выделяются в полость пищеварительного тракта в виде неактивных предшественников – проферментов (зимогенов). Поэтому не происходит переваривания белков клеток, вырабатывающих проферменты. Активация проферментов осуществляется в просвете желудочно-кишечного тракта путём частичного протеолиза – отщепления части пептидной цепи зимогена. Активирование зимогенов осуществл-ся в 12перстной кишке начиная с трипсиногена. Трипсиноген актив-ся избирательным протеолизом. Энтеропетидаза гидролизует определенную пептидную связь в трипсиногене. Трипсин активирует другие панкреатические зимогены(избирательный протеолиз) в том числе и трипсиноген. Трипсин катализирует гидролиз пептидных связей, образованных карбоксильной группой аргинина и лизина.
химотрипсин присутствует в нескольких формах и действует на пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокисот (фенилаланин, тирозин, триптофан).
Кардоксипептидазы – цинксодержащие ферменты, расщепляют пептидные связи коротких пептидов с С-конца. Карбоксипептидаза А отщепляет преимущественно аминокислоты с гидрофобными и ароматическими радикалами, карбоксипептидаза В- остатки аргинина и лизина.
Эластаза имеет более широкий спектр действия, гидролизуя пептидные вязи, образованные аминокислотам с небольшими гидрофобными радикалами. Окончательный гидролиз пептидов осуществляется аминопептидазами(расщепляют пептидные связи в коротких пептидах с N-конца)., ди- и трипептидазми (расщепляют ди- и трипептиды). Эти ферменты вырабатываемые эпителиоцитами тонкого кишечника, локализованы на мембранах клеток со стороны просвета кишки.
Протеолиз белков в клетках, роль лизосом и протеосом. Пути использования продуктов гидролиза. Реакции трансаминирования и дезаминирования, их роль в обмене аминокислот и других соединений. Диагностическое значение определения активности трансаминаз в крови.
А)Протеолиз белков в клетках различных тканей и органов осуществляется в основном в лизосомах и протеасомах и в других клеточных компартментах.
Лизосомы-внутриклеточные, органеллы содержащие различные гидролитические ферменты с оптимумом рН в кислой области (4,5-5). Низкие значения рН создаются и поддерживаются АТФ-зависимой протонной помпой, локализованной в мембране, которая перекачивает протоны из цитозоля в лизосому в обмен на ион Na+. В лизосомах деградируют бактерии, клеточные органеллы (митохондрии), клеточные белки, имеющие на N-конце сигнальную последовательность, поступающие из внеклеточного пространства путем эндоцитоза или пиноцитоза, липопротеины, пептидные гормоны.
Свободные белки и содерж-ся в составе полимолекулярных комплексов гидролизуются лизосомальными протеазами до свободных аминокислот. Небелковые компоненты сложных белков расщепляются кислыми гидролазами.
Протеасомыпредставлены РНК-белковым комплексом в форме бочонка. В протеасомах деградируют “состарившиеся” внутриклеточные белки, участвующие в регуляторных процессах, а также белки метятся путем образования ковалентного комплекса с низкомолекулярным белком убиквитином. Убиквитин присоединяется к остатку лизина на N-конце белка при участии фермента убиквитинлигазы. Комплекс убиквитин-белок узнается 19 S-частицей (с потреблением АТФ) и поступает внутрь протеасомы, где белок подвергается гидролизу с участием ферментов, образующих тело бочонка. Убиквитин не гидролизуется и после активации используется снова.
Избирательый протеоли осуществляется и в других клеточных компартментах. Например, в процессе синтеза белка на рибосоме сначала образуется первичный полипептид, несущий на N-конце сигнальную последовательность, определяющую адрес его доставки. Далее сигнальная последовательность удаляется после гидролиза протеиназой. Избирательный протеолиз используется при образовании пептидных гормонов из более длинных молекул –предшественниц.
Еще одним местом использования избирательного протеолиза является кровь. Белковые факторы свертывания крови являютсянеактивными формами протеолитических ферментов. При запускании механизма свертывания крови идет последовательное активирование факторов свертывания по механизму цепных реакций.
Б)Протеолиз используется для реализации программируемой смерти клеток – апоптоза. В осуществлении этой программы участвует каскад сериновых протеаз-каспаз. Эти ферменты расположены в различных клеточных компартментах. До запуска программы апоптоза эти белки существуют в виде неактивных предшественников-прокаспаз. Каспазы расщепляют различные клеточные белки (прокаспазы, антиапоптозные белки, ингибитор ДНК-азы и др.) после остатка аспартата.
В)Катаболизм протеиногенныхаминокислот(20аминок-т,участвующих в синтезе белка) начинается с утраты аминогрупп в реакциях дезаминирования или трансаминирования.
Реакция трансаминированияТрансаминирование – реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот. Поскольку этот процесс обратим, ферменты аминотрансферазы функционируют как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот.
Реакция дезаминирования(осуществляется в 4 вариантах: окислительное, восстановительное, гидролитическое и внутримолекулярное)Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. . Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.
Источник