Аминокислотный фонд организма

В организме взрослого человека присутствует около 100 г свободных аминокислот, которые составляют аминокислотный фонд (пул). Глутамат и глутамин составляют 50% аминокислот, эссенциальные (незаменимые) аминокислоты – около 10%. Концентрация внутриклеточных аминокислот всегда выше, чем внеклеточных. Аминокислотный фонд определяется поступлением аминокислот и метаболическими путями их утилизации.

Обмен белков организма, поступление белков с пищей и синтез незаменимых аминокислот составляют источники аминокислот в организме.

Протеолиз тканевых белков животных. Осуществляется с помощью протеолитических (лизосомальных) ферментов - катепсинов. По строению активного центра выделяют цистеиновые (SН-группа цистеина), сериновые (ОН-группа серина), карбоксильные (СООН-группа асп или глу) и металлопротеиновые катепсины. Роль катепсинов: 1) создание биологически активных пептидов путем ограниченного протеолиза белковых предшественников; 2) разрушение "соста­рившихся" и аномальных белков; 3) участие в фагоцитозе и делении клеток; 4) участие в автолизе (при ишемии или вне организма в стерильных условиях); 5) участие в патогенезе заболеваний, связанных с изменением функции лизосом. Действие катепсинов ограничивают их ингибиторы - экзогенные и эндогенные вещества преимущественно полипептидной природы.

В то же время следует учитывать, что функциональные белки клетки должны быть защищены от преждевременного протеолиза. Для этого внутриклеточные протеолитические ферменты представлены в двух видах: 1) иммобилизованные в лизосомах и функционирующие при рН 5,0; 2) связанные с протеасомами (молекулярная масса 2000 кДа). Протеасомы содержат бочковидное ядро из 28 субъединиц и имеют коэффициент седиментации 20S. Протеолитическая активность локализована во внутреннем 20S-ядре. С торцов бочки запираются контролирующими доступ в ядро 19S-частицами. В протеасомы направляются белки, содержащие ошибки транскрипции или состарившиеся молекулы. Обязательным условием является мечение «неправильного» белка путем ковалентного связывания с небольшим белком убиквитином. Меченые убиквитином молекулы распознаются 19S-частицами с потреблением АТФ и переносятся в ядро, где и происходит их протеолитическое разрушение. А молекулы убиквитина могут вновь активироваться и использоваться для мечения аномальных белков.

Протеиназы высших растений. Протеиназы, выделенные из растительных клеток, в большинстве случаев относятся к сульфгидрильному типу, активируются цистеином, глутатионом и другими восстановителями. Оптимальная зона их действия находится при слабокислом, нейтральном и слабощелочном значениях рН и во многом зависит от природы субстрата. Типичный представитель – папаин из сока плодов дынного дерева (Carica papaya). Папаин проявляет широкую субстратную специфичность – катализирует гидролиз пептидов, амидов, эфиров и тиоэфиров. Значительно реже встречаются растительные протеиназы, не активируемые восстановителями. Протеиназы насекомоядных растений, например, росянки, имеют резко кислый оптимум рН.

Протеиназы микроорганизмов. Из бактериальных источников было выделено большое количество различных протеолитических ферментов. Среди них встречаются как эндопептидазы, так и экзопептидазы. Все эти ферменты характеризуются поразительно широкой специфичностью или даже полным отсутствием какой бы то ни было специфичности. Некоторые бактериальные протеиназы расщепляют до 80% всех пептидных связей в белках. Широкой субстратной специфичностью обладают также протеиназы актиномицетов, гидролизующие как глобулярные, так и фибриллярные белки. Препараты протеиназы из Str.griseus в связи с универсальностью их действия и высокой активностью используют в промышленности, лабораторной биохимической практике и выпускаются под названием проназа или протелин. Широко используют в лабораторной практике и промышленности щелочные протеиназы Bac. subtilis – субтилизины, поскольку они гидролизуют белки глубже и с большей скоростью чем многие другие протеиназы, в том числе, животного происхождения.

Основные пути расходования аминокислот: 1) синтез пептидов и белков (основной путь); 2) синтез небелковых азотсодержащих соединений (пуринов, пиримидинов, НАД, фолиевой кислоты, КоА и др.), тканевых биорегуляторов (гистамин, серотонин), медиаторов (норадреналин, ацетилхолин); 3) синтез углеводов (глюконеогенез) с использованием углеродных скелетов аминокислот; 4) синтез липидов с использованием ацетильных остатков углеродных скелетов аминокислот; 5) окисление до конечных продуктов с выделением энергии (рис. 14.1).