Тема 2.1. Обмін білків в організмі: розщеплення білків в шлунково-кишковому тракті, утворення отруйних речовин і їх знешкодження. Обмін білків в тканинах. Знешкодження аміаку

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 19808

Протягом всього життя в організмі відбуваються одночасні руйнування і біосинтез клітин і тканин. Ці протилежні, але тісно зв'язані між собою процеси – асиміляція і дисиміляція – складають основу життя. Отже, в організм повинні постійно надходити речовини, необхідні для побудови нових кліток. Головна роль у цьому належить білкам, тому що ні вуглеводи, ні жири не можуть їх замінити в утворенні основних структурних елементів органів і тканин. Серед різноманітних перетворень, властивих живій матерії, основне місце займає білковий обмін.

У зв'язку з тим, що білки є азотвмісними речовинами, одним з методів, що характеризують стан білкового обміну в організмі, може бути визначення балансу нітрогену. У здорової людини при нормальному харчуванні відзначається стан білкової рівноваги, коли надходження нітрогену компенсує його витрати. При негативному азотистому балансі кількість виведеного нітрогену перевищує його кількість, що надходить. Такий стан може спостерігатися при порушенні діяльності травної системи, білковому голодуванні і т.п.

Позитивний азотистий баланс буває в тих випадках, коли кількість виведеного азоту менше того, що надходить у складі білків. Це характерно для зростаючого організму, при вагітності, при підвищенні активності процесів біосинтезу білка (наприклад, при фізичних навантаженнях).

Для синтезу білків в організмі необхідні різні амінокислоти. Деякі з них, що утворюються в самому організмі, називаються замінними. Амінокислоти, що не синтезуються в організмі людини, називаються незамінними. Вони повинні регулярно надходити з їжею. Білки, до складу яких входять замінні і незамінні амінокислоти в співвідношеннях, що наближаються до таких в організмі, називають повноцінними. Серед харчових продуктів практично немає білків, що цілком відповідають цим вимогам. Більш близькі до повноцінного білки материнського молока, курячого яйця. Отже, для повного забезпечення здорового організму повноцінними білками в добовий раціон повинні бути включені різні харчові продукти як тваринного, так і рослинного походження.

Для нормальної життєдіяльності людини необхідне надходження такої кількості повноцінного білка, що буде покривати всі потреби організму. Вони залежать від статі, віку, інтенсивності праці і т.д. З урахуванням цих факторів розроблені норми білкового харчування. Недостатнє споживання білків приводить до порушення процесів життєдіяльності, погіршення здоров'я, а тривале білкове голодування неминуче закінчується загибеллю.

Перетравлення поживних речовин (білків, вуглеводів, ліпідів) – це процес гідролізу відповідних сполук, що входять до складу продуктів харчування, відбувається в травному каналі і призводить до утворення простих біомолекул, які за рахунок дії спеціальних механізмів мембранного транспорту всмоктуються в кров або лімфу.

Переварювання білків починається в шлунку під дією шлункового соку. У його склад входить хлоридна кислота, що виробляється обкладовими клітками слизової оболонки шлунка. Вона денатурує білок, що полегшує його наступне розщеплення. До складу шлункового соку входять кислі фосфати та деякі органічні кислоти. Хлорна кислота сприяє перетворенню проферменту пепсиногену, який секретується головними клітками слизової оболонки шлунка, в активний протеолітичний фермент пепсин. Оптимальна концентрація водневих іонів для пепсину складає 1,5…2,5, що відповідає кислотності шлункового соку в процесі травлення. Він каталізує розщеплення пептидних зв'язків у молекулі білка, утворених аміногрупами ароматичних і дикарбонових амінокислот. У результаті дії пепсину утворюються поліпептиди різної величини й окремі вільні амінокислоти. Крім пепсину, у шлунковому соку міститься протеолітичний фермент гастріксин, оптимальні значення рН якого знаходяться в межах 3,5…4,5. Гастріксин вступає в дію на останніх етапах переварювання їжі в шлунку. У шлунку грудних дітей виявлений сичуговий фермент – хімозин. Оптимум дії цього ферменту відповідає рН 3,5…4,0. Під впливом хімозину в присутності солей кальцію казеїноген молока в ході гідролізу перетворюється в казеїн і молоко згортаються. Подальший гідроліз поліпептидів відбувається у 12-палій кишці під впливом ферментів підшлункової залози – трипсина та хімотрипсина.

Трипсин знаходиться в соку підшлункової залози в неактивній формі, у виді проферменту трипсиногену. Його активація відбувається під дією ферменту кишкового соку – ентерокінази. Для процесу активування необхідні іони Са₂⁺. Трипсин гідролізує як нерозщеплені в шлунку білки, так і високомолекулярні пептиди, діючи головним чином на пептидні зв'язки між аргініном і лізином. Оптимум рН для трипсину складає 7,0…8,0. Трипсин робить порівняно неглибокий гідроліз білка, утворює поліпептиди і невелику кількість вільних амінокислот.

Хімотрипсин – другий протеолітичний фермент підшлункової залози. Він також секретується в неактивній формі, у виді хімотрипсиногену. Під дією трипсину хімотрипсиноген переходить в активний фермент – хімотрипсин. Дія хімотрипсину подібна дії трипсину. Оптимум рН для обох ферментів приблизно однаковий, хімотрипсин діє на білки і поліпептиди, що містять ароматичні амінокислоти (тирозин, фенілаланін, триптофан), а також на пептидні зв'язки, що не піддаються впливові трипсину (метіонін, лейцин).

Пептиди, що утворилися в результаті дії на білки пепсину, трипсину і хімотрипсину в нижніх відділах тонкої кишки, піддаються подальшому розщепленню. Цей процес здійснюють карбоксипептидази, амінопептидази. Ці ферменти відносяться до металоферментів. Вони активуються двовалентними іонами Mg₂⁺, Mn₂⁺, Со₂⁺, що відіграють важливу роль у формуванні фермент-субстратного комплексу. Сік підшлункової залози містить фермент еластазу.

Еластаза – ендопептидаза, що також має широку субстратну специфічність, розщеплюючи пептидні звязки, що утворюються залишками амінокислот малого розміру – гліцину, аланіну, серину.

Таким чином, у результаті послідовної дії на білки протеолітичних ферментів у кишечнику утворюються вільні амінокислоти, що всмоктуються в кров через стінку кишечнику.

Амінокислоти, що не всмокталися в кров через слизову оболонку тонкої кишки, піддаються впливу мікроорганізмів у товстому кишечнику. При цьому ферменти мікроорганізмів розщеплюють амінокислоти і перетворюють їх в аміни, жирні кислоти, спирти, феноли й інші речовини, нерідко отрутні для організму. Цей процес іноді називають гниттям білків у кишечнику. У його основі лежить декарбоксилювання амінокислот, при цьому з амінокислот з'являються біологічні аміни. Так, з амінокислоти орнітину утворюється путресцин,з лізину – кадаверин, які виводяться з організму з фекальними масами. У тих випадках, коли ці сполуки попадають у кров, вони виводяться із сечею в незміненому виді.

З тирозину утворюється крезол, а якщо процес йде далі, то і фенол, з триптофану – скатол і індол. Індол і скатол також знешкоджуються в печінці при участі сірчаної і глюкуронової кислот. Однак вони попередньо окислюються: скатол у скатоксил, індол у індоксил і у виді парних кислот виводяться з організму із сечею

При глибокому руйнуванні кишковими мікроорганізмами сірковмісних амінокислот – цистіну, цистеїну і метіоніну – утворюється сірководень (H₂S), меркаптан (CH₃SH) і інші сірковмісні сполуки.

Продукти гниття білків всмоктуються у венозну кров, потім попадають у печінку, де і знешкоджуються за допомогою сірчаної або глюкуронової кислоти.

Деякі отруйні речовини, наприклад бензойна кислота, що утворилася з фенілаланина, знешкоджуються в печінці за допомогою гліцину. При цьому утворюється гіпурова кислота – нешкідлива сполука, що виділяється із сечею.

Можливості печінки в знешкодженні утворених в товстій кишці отрутних речовин, що всмокталися в кров, не безмежні. При зниженні її функціональної здатності (наприклад, у зв'язку з перенесеними раніше захворюваннями) надходження значної кількості отруйних речовин може виявитися надмірним навантаженням, тоді частина незнешкоджених отруйних речовин розноситься (великим колом кровообігу) по всьому організму, викликаючи його отруєння. Відбувається передчасне старіння клітин і їхня загибель. При цьому відзначається погіршення самопочуття людини, її мучать головні болі.

Для попередження негативного впливу отруйних речовин на організм необхідно раціонально планувати харчовий раціон. У нього повинні бути включені продукти, що містять не тільки білки, але і жири і вуглеводи, корисні кисломолочні продукти, тому що молочнокислі бактерії сприяють прискоренню загибелі гнильних мікроорганізмів товстої кишки. У раціоні необхідна їжа, що є джерелом пектинових речовин і клітковини, що, підвищуючи рухову активність кишечнику, сприяють виведенню шлаків (у тому числі й отруйних речовин) з організму.

Знешкодження аміаку. У процесі перетворення амінокислот у тканинах утворюються їхні кінцеві продукти обміну – оксид карбогену, вода й аміак. Вода використовується організмом для забезпечення біохімічних процесів. Оксид карбогену частково виводиться з організму з видихуваним повітрям, інша його частина утилізується в процесах синтезу (наприклад, при синтезі жирних кислот, пуринових основ і т.д. ). Аміак, що утворюється в результаті дезамінування амінокислот, є токсичною речовиною, збільшення його концентрації в крові й інших тканинах робить несприятливу дію, особливо на нервову систему. Токсичність аміаку обумовлена тим, що він сприяє відбудовному амінуванню a-кетоглутарової кислоти в мітохондріях. Це приводить до видалення її з циклу Кребса і, як наслідок, до падіння тканинного дихання і надлишкового утворення кетонових тіл з ацетил-КоА.

У процесі еволюції живі організми виробили різні ефективні механізми зі знешкодження токсичної дії аміаку, основними з яких є: утворення амінів глутаміну або аспарагіну, відбудовне амінування, нейтралізація кислот, синтез сечовини.

Обмін нуклеінових кислот. Нуклеїнові кислоти входять до складу клітин у виді складних білків – нуклеопротеїдів, що надходять в організм із продуктами харчування. У шлунку під дією соляної кислоти і пепсину вони розщеплюються на прості білки і нуклеїнові кислоти. Соляна кислота розриває зв'язки між нуклеїновою кислотою і білками (гістаміни і протаміни), а інші, більш стійкі зв'язки при рН шлункового соку (1,5…2,5), розщеплює, головним чином, пепсин.

Нуклеїнові кислоти під впливом ферментів підшлункової залози і тонкого кишечнику – нуклеаз – розпадаються до мононуклеотидів. Останні під дією ферментів кишкового соку втрачають фосфорну кислоту і перетворюються в нуклеозиди. Далі нуклеозиди під дією нуклеозидаз розпадаються на складові частини – азотисті основи і пентози. Однак нуклеозидази тонкого кишечнику недостатньо активні і не можуть забезпечити розщеплення всієї маси нуклеотидів. У зв'язку з цим у кров всмоктуються в основному мононуклеотиди і нуклеозиди, що піддаються специфічним перетворенням у тканинах.

Тканинні нуклеїнові кислоти під дією нуклеаз розщеплюються до мононуклеотидів, а потім до азотистих основ, пентоз і фосфорної кислоти.

Фосфорна кислота бере участь у фосфорилюванні, а також у буферних системах, синтезі фосфоліпідів, фосфопротеїдів, АТФ і інших сполук. З організму виводиться переважно у виді кислих солей натрію разом із сечею.

Пентози можуть окислятися до СО₂ і Н₂О або використовуватися для синтезу глюкози, нуклеотидів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

«ВИДІЛЕННЯ ТА ЯКІСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ГЛЮКОПРОТЕЇДІВ, ФОСФОПРОТЕЇДІВ»

Мета заняття: вивчити, з яких компонентів складаються складні білки.

План заняття

1. Вивчити склад глюкопротеїдів.

2. Вивчити склад фосфопротеїдів молока.

1. Дослідження складу глюкопротеїдів

Глюкопротеїди містять простетичну групу вуглеводу або їх похідні, а також залишки сірчаної або оцтової кислоти. Деякі з глюкопротеїдів мають велику в’язкість і називаються мукополісахаридами (mucos – слиз).

Одним із видів мукополісахаридів є муцин, який входить до складу слини, інших травних соків, слизів, що покривають поверхню шлунково-кишкового тракту. Ці слизові протеїди обволікають тверді частинки їжі і завдяки цьому захищають стінки травного тракту від пошкоджень.

В муцині, що виділяється зі слини, визначають наявність пептидних зв’язків за допомогою біуретової реакції і вуглеводу використовуючи α-нафтол (реакція Подобєдова). Реакція відбувається в концентрованій сірчаній кислоті, де з моносахаридів, що входять у муцин, утворюється оксиметилфурфурол. Він конденсується з α-нафтолом, утворюючи сполуку фіолетового кольору.

Об’єкт дослідження: Слина (джерело глюкопротеїдів).

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Скляна паличка;

3. Нагрівальний прилад;

4. Крапельниці.

Реактиви: 1. Оцтова кислота, (концентрована);

2. Гідрооксид натрію, 1 %-й розчин;

3. Сірчанокисла мідь, 5 %-й розчин;

4. Сірчана кислота концентрована;

5. ά-нафтол, 0,2 %-й розчин в етиловому спирті.

Техніка виконання роботи

А. Виділення муцину зі слини

Слину збирають у пробірку, потім додають розчин оцтової кислоти до появи згустку муцину. Згусток притискають до стінки пробірки скляною паличкою та промивають водою.

Б. Виявлення пептидів у муцині

Згустки муцину кладуть у пробірку і проводять біуретову реакцію: додають 1...2 мл NaOH та 1…5 крапель CuSO₄. Відзначають зміну забарвлення.

В. Виділення вуглеводів з муцину

У пробірку кладуть згусток муцину, додають 5...6 крапель α-нафтолу, змішують і обережно по стінці доливають 1...2 мл концентрованої сірчаної кислоти. Спостерігають зміни забарвлення на межі двох шарів.

2. Вивчення складу фосфопротеїдів молока

Об’єкт дослідження: Молоко.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Паперові фільтри.

3. Воронки;

4. Скляна паличка або лопатка.

Реактиви: 1. Оцтова кислота, 10 %-й розчин;

2. NaOH, 1 %-й розчин;

3. CuSO₄, 5 %-й розчин;

4. СН₃СООН, 10 %-й розчин;

5. Молібденовий реактив.

6. Дистильована вода.

Техніка виконання роботи

А. Виділення казеїну з молока

У пробірку наливають 3 мл молока, додають 1 мл дистильованої води і по краплинах 10 %-й розчин оцтової кислоти (уникати надлишку кислоти!). Випадає осад, який отфільтровують, декілька разів промивають дистильованою водою, знімають з фільтру у пробірку скляною паличкою або лопаткою.

Б. Вивчення складу фосфопротеїдів молока

Осад казеїну у пробірці розчиняють в 1 %-му розчині NaOH. Для цього до осаду додають 1…2 мл 1 %-го NaOH. Кип’ятять 1...2 хвилини. Охолоджують. При кип’ятінні у лужному середовищі відбувається частковий гідроліз фосфопротеїдів. Розчин фільтрують через паперовий фільтр. Гідролізат (фільтрат) використовують для проведення біуретової реакції і проби на фосфорну кислоту з молібденовим реактивом за методикою, яку наведено раніше (стор. 72, 73).

Контрольні запитання

1. Як відбувається розщеплення білків у шлунково-кишковому тракті?

2. Охарактеризуйте ферменти, що беруть участь у переварюванні білків.

3. Які отруйні речовини утворюються в товстій кишці?

4. Як відбувається знешкодження отруйних речовин у печінці?

5. Яким перетворенням піддаються амінокислоти в тканинах?

6. Розповісти, як і де утворюються біологічно активні аміни.

7. Назвіть кінцеві продукти білкового обміну, що містяться в тканинах.

8. Як відбувається знешкодження аміаку?

9. Як відбувається обмін нуклеїнових кислот в організмі?

10. Які порушення пуринового обміну бувають в організмі людини?

11. Напишіть, як утворюється сечова кислота.

12. У яких харчових продуктах містяться нуклеїнові кислоти?