Белки выполняют следующие функции: пластическую, каталитическую (входят в состав ферментов), энергетическую (при сгорании 1г. белка выделяется 4,1ккал тепла), эндокринную (входят в состав гормонов гипофиза, либеринов и статинов гипоталамуса), транспортную (гемоглобин транспортирует кислород, альбумин – Са, Мg; церулоплазмин – медь, трансферрин – железо), неспецифическую защитную функцию (пропердин, лизоцим, комплемент, интерферон), специфическую защитную функцию (иммуноглобулины), функцию передачи наследственной инф. (ДНК, РНК).
При разборе метаболизма белков можно выделить следующие этапы:
1. нарушения гидролиза белков и всасывания аминокислот в кишечнике;
2. нарушение биосинтеза и распада в организме и тканях;
3. нарушение межуточного обмена аминокислот;
4. нарушение образования и выделения из организма конечных продуктов белкового обмена;
5. нарушение белкового обмена состава плазмы.
Нарушения гидролиза белков и всасывания аминокислот в кишечнике.
При усвоении чужеродных белков пищи организм, прежде всего, лишает их видовой специфичности. Под воздействием протеолитических ферментов в ЖКТ происходит гидролиз пептидных связей СО-NH. В полости рта белки не расщепляются. В желудке имеются три протеиназы: пепсиноген, гастриксин, реннин. Пепсиноген активируется соляной кислотой. Оптимум действия при рН=1,5, гастриксина -3,5-4, реннина – 6-7. Они нарушают внутренние связи белковой молекулы с образованием полипептидов, которые поступают в двенадцатиперстную кишку и подвергаются действию смеси секретов поджелудочной железы и кишечника. Активация трипсиногена происходит в кишечнике под воздействием фермента энтерокиназы. Остальные ферменты переходят в активное состояние под влиянием активного трипсина. Кишечные протеиназы относятся к экзопептидазам, которые отрывают отдельные аминокислоты. Секреция протеолитической активности ферментов ЖКТ регулируется пищеварительными гормонами и биологически активными веществами (гастрин, гистамин, секретин, панткреозимин и др.). Процесс всасывания аминокислот является активным, происходит с затратой энергии.
Причины нарушения этого этапа белкового обмена: гастриты, панкреатиты, энтериты, атония тонкого кишечника (нарушается адсорбция аминокислот на щеточной каемке ворсинок), отек слизистой кишечника, атрофия слизистой пилорического отдела желудка и слизистой кишечника (нарушается выработка пищеварительных гормонов). Недостаточное поступление белков в организм может быть следствием недостаточного содержания белков в пище, что может приводить к белково-калорийной недостаточности (БКН). БКН характеризуется угнетением синтеза белка и рибонуклеотидов, возникновением атрофических изменений в ЖКТ, поджелудочной железе, слюнных железах, мышцах, костном мозге; снижением основного обмена, массы тела, содержания плазменных белков; снижением онкотического давления плазмы крови, развитием отеков, брадикардии, гипотонии, гипотермии, замедления скорости кровотока. В последней стадии БНК развивается кома. Наибольшую опасность БНК представляет для детей, т.к. наблюдается задержка роста, развиваются анемии, дерматозы, диспептические явления, гипопротеинемия.
Длительная белковая недостаточность сопровождается снижением активности ферментов и содержания гормонов, что приводит к нарушению нейроэндокринной регуляции. Недостаточность отдельных ферментов часто явл. причиной нарушения метаболизма белков. Примером может служить целиакия – заболевания, при котором наблюдается непереносимость белков (глиадин) злаковых растений. В основе ее лежит наследственная или приобретенная недостаточность ферментов, ответственных за гидролиз. При этом заболевании вследствие неполного гидролиза белков образуется водорастворимая полипептидная фракция, обладающая токсическим действием. Клиническим проявлением является полифекалия (более 2% съеденной пищи превращается в кал, стул жидкий, пенистый). В результате поноса развивается гипотрофия и необычная внешность (на фоне истощения большой живот).
Единственным эффективным подходом к лечению этого заболевания является исключение из пищи белков пшеницы, ржи ид др. злаков. Нарушение переваривания белков приводит к тому, что продукты неполного гидролиза – пептиды и не всосавшиеся аминокислоты поступают в толстый кишечник, где ассимилируются микрофлорой. В ходе этих процессов образуются протеиногенные амины (путресцин, кадаверин) и ароматические соединения (индол, фенол, скатол, крезол), обладающие токсическим действием. В нормальных условиях образование этих продуктов невелико и они обезвреживаются в печени. При избыточном их образовании происходит общая интоксикация организма.
Нарушения биосинтеза и распада белков в организме и тканях.
Белки органов и тканей нуждаются в постоянном обновлении. Нарушения динамического равновесия катаболизма и анаболизма могут приводить к развитию патологических процессов.
Синтез белка происходит в цитоплазме клеток на рибосомах. Начальным этапом синтеза белков явл. активация аминокислот под воздействием фермента и АТФ с образованием аминоациладенилатов. Активированная аминокислота вступает во взаимодействие с транспортной РНК, данный комплекс подтягивается к рибосоме. Рибосомы в сою очередь вступают в контакт с информационной РНК и, продвигаясь вдоль линейной структуры и-РНК, включают аминокислоты в определенной последовательности. После завершения синтеза полипептидная цепь снимается с рибосомы в окружающую среду, окончательно принимая пространственную конфигурацию, типичную для данного специфического белка. В регуляции синтеза белка принимают участие ген-оператор и регулирующий ген. Регулирующий ген ведает синтезом репрессора, который является ферментом и тормозит деятельность структурных генов. Репрессор взаимодействует с геном-оператором, который составляет единое целое со структурными генами. Репрессор может быть в активном и неактивном состоянии. Активный репрессор подавляет ген-оператор и синтез белка на структурных генах прекращается. Активатором репрессора может быть определенная концентрация белка в клетке. При недостатке белка репрессор заторможен и синтез белка в структурных генах увеличивается. Анаболические гормоны, канцерогенные в-ва тормозят репрессор.
Причины нарушения синтеза белка в клетке:
1. снижение кислорода в атмосферном воздухе и крови;
2. недостаток выработки АТФ.
3. недостаточное содержание белков и незаменимых аминокислот в пище (например, при недостатке триптофана – развивается гипопротеинемия, аргинина – снижается сперматогенез, метионина – развивается жировая инфильтрация печени, валина – возникают мышечная слабость, задержка роста, похудение и развитие кератозов);
4. недостаток анаболических гормонов.
5. нарушение деятельности структурных генов (мутации) (например, если вместо глутаминовой кислоты в молекулу гемоглобина включается валин, то развивается серповидноклеточная анемия);
6. нарушения отдельных этапов биосинтеза белков: репликации, транскрипции и трансляции.
7. при связывании репрессора (например, при блокировании его канцерогенными веществами возникает беспрерывный синтез белка);
8. при нарушении нейроэндокринной регуляции (например, при перерезке нервов и недостатке анаболических гормонов уменьшается выработка белка и изменяется его качество).
Гормоны, регулирующие белковый обмен, делятся на анаболические и катаболические. К анаболическим гормонам относятся соматотропные и гонадотропные гормоны передней доли гипофиза, гормоны половых желез, инсулин. Гормоны щитовидной железы в физиологических дозах в растущем организме стимулируют синтез белка, морфологическую и функциональную дифференцировку тканей. Нормальные дозы в условиях взрослого организма при достаточном и усиленном белковом питании проявляют катаболический эффект, который не приводит к нарушению азотистого равновесия и способствует выведению избытка белка. Гиперпродукция тиреоидных гормонов и глюкокортикоидов оказывает катаболическое действие.
Кроме приобретенных существуют наследственные дефекты биосинтеза белка (нарушения образования факторов свертывания крови, гемоглобина, структурных белков в организме).
Причины усиленного распада белка:
1. избыточное поступление катаболических гомонов, которые активируют внутриклеточные протеиназы, локализованные в лизосомах;
2. повышение проницаемости лизосом под воздействием бактериальных токсинов, продуктов распада тканей, ацидоза, гипоксии и др. факторов, что способствует выделению катепсинов и усилению катаболических процессов.
Нарушение межуточного обмена аминокислот.
Метаболизм аминокислот складывается из реакций дезаминирования, трансаминирования и декарбоксилирования.
Дезаминирование явл. универсальным процессом в обмене аминокислот, когда неиспользованные для синтезе белка аминокислоты теряют аминогруппы и превращаются в безазотистые продукты. Из аминогруппы образ. аммиак, а из безазотистой части – кетокислоты. Дезаминирование осущ. ферментом аминооксидазой, коферментом которой являетюся ФАД или НАД. Дезаминирование усилено при голодании, когда энергетические потребности организма удовлетворяются за счет белка. Ослаблен этот процесс при поражении печени, при гипоксии, при авитаминозах. С, РР и В2. Нарушения дезаминирования приводит к ослаблению мочевинообразования и увеличению аминокислот в крови – аминоацидоемии, что сопровождается аминоацидоурией.
Трансаминирование
Это реакция обратимого переноса аминогруппы между некоторыми аминокислотами и кетокислотами. Аминокислоты явл. донорами аминогруппы, а кетокислоты – акцепторами. Реакция катализируется специфическими ферментами трансаминазами, коферментом которых явл. Фосфопиридоксаль (витВ6).
Причины нарушения трансаминирования: гиповитаминоз В6- при недостаточном его содержании в пище, при высокой потребности во время беременности, при нарушении его усвоения и фосфорилирования во время лечения фтивазидом, при подавлении кишечной микрофлоры, частично синтезирующей витамин, под воздействием длительного применения сульфаниламидных препаратов. Снижение активности трансаминазной активности происходит также при ограничении синтеза белка (при голодании и тяжелых заболеваниях печени), при недостаточности коры надпочечников и щитовидной железы. Если в отдельных органах возникает некроз (панкреатит, гепатит, инфаркт миокарда или легких), то вследствие разрушения клеток тканевые трансаминазы поступают в кровь и повышение их активности в крови явл. одним из диагностических тестов. В процессе трансаминирования из триптофана образуется никотиновая кислота. Отсутствие фосфопиридоксаля приводит к нарушению синтеза никотиновой кислоты, в результате чего развивается пеллагра. Кроме этого, возникают промежуточные продукты – ксантуреновая и оксиантраниловая кислоты. Ксантуреновая кислота препятствует выработке инсулина. Оксиантраниловая кислота способствует возникновению рака мочевого пузыря у мышей.
Декарбоксилирование.
Декарбоксилированию с образованием биогенных аминов и углекислоты подвергаются только некоторые аминокислоты. При декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, триптофан, серотонин. Глютаминовая кислота – гамма-аминомаслянная. Процесс декарбоксилирования осуществляется специфическими декарбоксилазами, коферментом которых явл. Фосфопиридоксаль (вит.В6).
Содержание гистамина повышается при аллергических заболеваниях, при ожогах, распаде опухолей, при шоках (анафилактическом, травматическом и гемотрансфузионном), при укусах ядовитых насекомых, при нервном возбуждении, кислородном голодании. Гистамин депонируется в тучных клетках. При повышении проницаемости клеточных мембран Nа проникает в клетку и вытесняет гистамин. Избыток гистамина повышает проницаемость сосудов, вызывает их дилатацию, нарушает микроциркуляцию, вызывает спазм гладкой мускулатуры.
Серотонин образуется в митохондриях хромаффинных клеток кишечника. Разрушается в основном в легких при помощи фермента аминооксидазы. Серотонин повышает тонус гладкой мускулатуры, тонус и резистентность сосудов, явл. медиатором нервных импульсов в ЦНС, уменьшает агрессивность. Увеличивается содержание серотонина в крови при карциноиде кишечника, при обострении острого панкреатита, при иммобилизационном стрессе у крыс.
Причинами повышения содержания биогенных аминов могут быть не только увеличение декарбоксилирования соответствующих аминокислот, но также угнетение окислительного распада аминов и нарушения их связи с белками. Так, например, при гипоксических состояниях, ишемии, деструкции тканей ослабляются окислительные процессы, что уменьшает превращение аминокислот по пути их обычного распада и усиливает декарбоксилирование. Наряду с этим из-за повреждения тканей нарушается связывание аминов белками.
Появление большого кол-ва биогенных аминов в тканях (особенно гистамина и серотонина) может вызвать значительные нарушения местного кровообращения, повышения проницаемости сосудов и повреждения нервной системы.
Нарушение метаболизма отдельных аминокислот в большей своей части представляет наследственные энзимопатии.
