Образование конечных продуктов белкового обмена. Патология белкового обмена.

План

1. Образование конечных продуктов белкового обмена: мочевины, мочевой кислоты, креатинина и др.

2. Патология белкового обмена

Образование конечных продуктов белкового обмена.

Обезвреживание аммиака в организме

Образующийся при окислительном дезаминировании глутаминовой кислоты и в других реакциях аммиак опасен для организма. Поэтому происходит его обезвреживание несколькими путями.

Связывание аммиака глутаминовой и аспарагиновой кислотамипротекает в головном мозге.

Аналогично протекает реакция с аспарагиновой кислой:

Аспартат + NH₄-OHАспарагинсинтетаза Аспарагин + Н₂О.

АТФ – АДФ + Фн

Аспарагин и глутамин поступают в почки, где гидратазы отщепляют от них аммиак. Он связывается с ионом хлора и образовавшийся хлорид аммония выводится из организма.

Орнитиновый цикл – обезвреживание аммиака в мочевину, протекающее в почках и печени. Последняя реакция этого процесса, аргиназная, протекает только в печени. Начинается он с соединения карбомоилфосфата с орнитином и заканчивается высвобождением последней.

NH₃ +CO₂ + 2АТФ + Н₂ОКарбомоилфосфатсинтетаза

NH₂ NH₂ COOH

Карбомоил- 111

СО₂ +NH₃фосфат- H₂N- CO-O~РО₃Н₂+CH₂ Орнитин-C=O+H₂N-CH→

синтетазаКарбомоилфосфат 1карбомо- 1 1

+2 АТФ СН₂ илтранс-NH CH₂ 1 - -2АДФ 1фераза ₁ 1

-Н₃ РО₄ СН₂ -Н₃РО₄(CH₂)₃COOH

1 1

СН-NH₂CH-NH₂

1 1

COOHCООН

Орнитин Цитруллин Аспартат

NH₂ COOH NH₂ NH₂

1 1 11

С= NH-CHС=NHC=O

1 1 1 1

Аргинин- NHCH₂ Аргинин-NHАргиназаNH₂

сукцинат- 1 1сукцинат- 1 +HOH

синтетаза (CH₂)₂ COOHлиаза (CH₂)₃ Мочевина

+ АТФ 1 1

- АМФ CH-NH₂ CH-NH₂

_- Ф-Ф 1 -Фумаровая1

CООН кислота COOH

АргининсукцинатАргинин

Образующаяся в печени мочевина, конечный продукт окисления аминокислот, доставляется током крови и почки и выделяется с мочой.

Образование мочевой кислотыпроисходит при расщеплении пуриновых нуклеотидов (АМФ и ГМФ).

Образование креатина, креатинфосфата и креатинина. Первая реакция этого процесса, образование гуанидинуксусной кислоты, протекает в почках. Это вещество током крови переносится в мышечную ткань, где подвергается дальнейшим превращениям.

NH₂ NH₂ NH₂CH₃

1111

С=NH+CH₂Глицинамидо-C=NH+ СН₂ -S⁺-АденозинГуанидинацетат-

1 1 трансфераза1 1 метилтрансфераза

NHCOOHNHСН₂

1 Глицин-Орнитин 1 1

_{(CH2)3 CH2 СН-NH2} 1 1 1

CH-NH₂COOHCOOH

1 Гуанидин- S-аденозил-

COOH уксусная метионин

Аргинин кислота

NH₂

1 Н-N~РО₃Н₂ H-N───

C=NH1 1‌

1 + АТФ АДФ + С=NHC=NH

→ N-CH₃ Кеатинкиназа 1 1‌‌

1 ──────→ N-CH_{3 ────→} N-CH₃

СН₂←────── 1 -Н₃РО₄1

1 СН₂ CH₂

СООН 1 1

КреатинСООНO=C───

Креатин- Креатинин

Фосфат

Часть креатинфосфата, отщепляя остаток фосфорной кислоты, с постоянной скоростью превращается в креатинин, который выделятся из организма почками. Определяя количество креатинина в крови и моче, судят о сохранности функции почек.

Патология белкового обменаможет развиваться на различных этапах его.

1.Недостаточно поступление с пищей хотя бы одной из 10 незаменимых аминокислот приводит к нарушению биосинтеза белков. Например, недостаток лизина у молодняка может привести к развитию болезни квашиокор, проявляющейся в нарушении функции пищеварительной и эндокринной систем, задержке развития.

2. При сниженной выработке ферментов, гидролизующих белки и пептиды, нерасщепленные остатки их поступают в толстый кишечник, где расщепляются микроорганизмами до аммиака, метана, сероводорода, фенола, скатола и индола. Последний через воротную вену поступает в печень, где гидроксилируется до индоксила. После присоединения к этому веществу остатка серной кислоты, отщепляемого от фосфоаденозинфосфосульфата (ФАФС), и атома калия образуется индикан, выделяемый с мочой. Триптофан расщепляется так:

Увеличение количества индикана в суточном количестве ее – признак недостаточно эффективного переваривания белков. Появление в моче индола – свидетельство того, что у животного также снижена антитоксическая функция печени.

3. Нарушение метаболизма аминокислотможет развиться при врожденных отсутствии или снижении активности некоторых ферментов. Так отсутствие фенилаланингидроксилазы, превращающей фенилаланин в тирозин. Первая из этих аминокислот, накапливаясь в тканях, превращается в фенилпируват, затем – в фениллактат, способные повреждать нервные клетки. Выделение их с мочой называется фенилкетонурией. При сниженной активности некоторых ферментов в тканях увеличивается содержание мочевой кислоты. Накапливаясь в суставах, она вызывает их воспаление (подагра).

4. Мутация генов. Нередко от различных причин, внешних и внутренних, нарушается первичная структура ДНК, что приводит к мутации генов. Возможно выпадение из генов одного или нескольких нуклеотидов (делеция). Если число их равно трем и ли кратное трем, то синтезируется белок без одной или нескольких аминокислот. Если же выпадает число генов, не кратное трем, то происходит «перемешивание» нуклеотидов в триплетах и синтезируется белок со случайным аминокислотным составом. Возможно появление в составе гена одного или нескольких дополнительных нуклеотидов (вставка). Если число их равно или кратное трем, то синтезируется белок с одной или несколькими лишними аминокислотами

Если число нуклеотидов не кратное трем, то также происходит «перемешивание» нуклеотидов в триплетах и синтезируется белок со случайным аминокислотным составом. Мутации могут приводить к гибели организма на различных стадиях его развития, к появлению заболеваний, к сниженной устойчивости организма к патогенным факторам. Они могут и не проявлять себя или в редких случаях даже быть полезными для индивидуума, способствуя лучшей приспособляемости к изменяющимся условиям внешней среды.

5. Нарушение белкового обмена возможно и на стадии образования конечных продуктов. Отсутствие или недостаточная активность одного из ферментов орнитинового цикла может привести к нарушению обезвреживания аммиака в мочевину. Концентрация в крови и моче первого из них увеличивается, а мочевины – снижается. Содержание последней в этих биологических жидкостях увеличивается при усиленном окислении белков. При недостаточно эффективной функции почек концентрация мочевины и креатинина в крови увеличивается, а в моче снижается. Содержание мочевой кислоты в этих биологических жидкостях увеличивается при подагре, состояниях, связанных с усиленным распадом тканей, недостатком кислорода и др.

Лекция №9

Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы и его особенности у жвачных животных. Синтез и расщепление гликогена в клетках. Анаэробный гликолиз.

План

1. Структура и биологическая роль углеводов.

2. Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы.

3. Синтез и распад гликогена в печени.

4. Обмен углеводов в тканях: анаэробный, аэробный гликолиз., глюконеогенез, пентозный цикл.

5. Регуляция и патология углеводного обмена.

Биологическая роль углеводов.

Углеводы являются основным энергетическим материалом в организме. При окислении 1 г глюкозы высвобождается 4,1 ккал. Углеводы необходимы для окисления липидов. Гликоген и крахмал являются запасным энергетическим материалом.

Рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, АТФ, НАД, ФАД, витамина В₁₂ и других веществ, а дезоксирибоза - в состав ДНК.

Углеводы являются источником пластического материала для биосинтеза триглицеридов, холестерина, заменимых аминокислот и других веществ.

Гетерополисахариды являются небелковой частью гликопротеинов, участвующих в многих процессах: формировании соединительной ткани, развитии иммунной реакции, свертывании крови и др.

Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы

В полости рта пищевой комок измельчается. В нем крахмал расщепляются амилазой слюны до их фрагментов – амилодекстринов, дающих с иодом фиолетовое окрашивание. У свиней и у жвачных животных амилаза в много раз активнее, чем у человека.В слюне содержится также мальтаза, расщепляющая мальтозу.Пищевой комок поступает в желудок, где постепенно пропитывается хлористоводородной кислотой. За это время внутри его амидекстрины успевают расщепиться до эритродекстринов, образующих с иодом красное окрашивание.

В преджелудках жвачных животных находящиеся там микроорганизмы расщепляют клетчатку до пропионовой кислоты. Последняя активируется в пропионил-КоА, который в результате двух последовательных реакций превращается в активную форму янтарной кислоты (сукцинил-КоА)

О СООН

// │

СН₃-СН₂-С-S-КоА+АТФ+СО₂ ПропионилкарбоксилазаСН₃-СН-СО-S-КоА +АДФ+Ф

Пропионил-КоА Кофермент - биотин Метилмалонил-КоА:

СООН О

│ //эритродекстринов, дающих с иодом века.сщепляющая мальтозу.

СН₃-СН-СО-S-КоАМетилмалонилмутаза НООС-СН₂-СН₂-С-S-КоА

Метилмалонил-КоА Кофермент – кобаламин Сукцинил-КоА

Кофермент метилмалонилмутазы, кобаламин (витамин В₁₂), вырабатывается микроорганизмами преджелудков. Сукцинил-Коа в дальнейшем окисляется в цикле Кребса.

В 12-персной кишке кислое желудочной содержимое нейтрализуется карбонатами кишечного сока до слабощелочной среды. Поступившие из желудка дестрины продолжают расщепляться ά-амилазой до ахродекстринов, не дающих с иодом окрашивания. Они расщепляются олиго-1,6-гликозидазой до еще более мелких декстринов, в которых 1-6 связи (места ветвления радикалов ά-D-глюкопиранозы) гидролизуются амило-1,6-гликозидазой. Образующиеся молекулы мальтозы расщепляются мальтазой на 2 молекулы глюкозы. Аналогичным превращениям подвергается гликоген, но продукты его расщепления дают с иодом другую окраску.

Расщепление мальтозы до двух молекул глюкозы начинается в ротовой полости и заканчивается в тонком кишечнике под действием мальтазы. В последнем сахароза под действием сахаразы расщепляется до глюкозы и фруктозы, а лактоза – под действием лактазы – до глюкозы и галактозы.

Всасывание моносахаридов стенкой тонкого кишечника происходит после предварительного образования их комплекса с уридиндифосфорной кислотой. В стенке кишечника комплекс расщепляется, глюкоза поступает в кровь и доставляется главным образом в печень, а также в другие органы.

Депонирование и расщепление гликогена в печени происходит с целью поддержания постоянства концентрации глюкозы в крови. У здоровых животных она равна 3,8-5,2 ммоль/л и сохраняется постоянной в течение суток. После приема пищи, когда повышается концентрация глюкозы в крови, по одному остатку ее постепенно откладывается в гликоген печени в результате следующих реакций:

Этот процесс усиливает гормон поджелудочной железы инсулин, активирующий гликогенсинтазу.

В промежутках между приемом пищи гликоген печени расщепляется в результате следующих реакций:

Этот процесс усиливает гормон поджелудочной железы глюкагон, активирующий гликогенфосфорилазу. При снижении концентрации глюкозы в крови от гликогена постепенно отщепляется по одному остатку ее, который поступает в кровь. При стрессовых ситуациях мозговым слоем надпочечников выделяется гормон адреналин, также активирующий гликогенфосфорилазу. Происходит усиленное поступление глюкозы в кровь.

Окисление глюкозы в тканях

Этот процесс может протекать в отсутствии кислорода (анаэробный гликолиз), когда глюкоза расщепляется до молочной кислоты. В присутствии кислорода (аэробный гликолиз) она окисляется до углекислого газа и воды. Оба процесса, реакции которых совпадают до стадии образования пировиноградной кислоты, необходимы главным образом для генерации АТФ.

Анаэробный гликолиз – источник АТФ у анаэробных микроорганизмов. У аэробных организмов функционирует наряду с аэробным гликолизом, дополняя его.

Анаэробное окисление гликогена в мышцах. При усиленном сокращении мышц в миоциты не успевает поступать кислород. В этих условия гликоген, содержащийся в мышцах, расщепляется гликогенфосфорилазой до глюкозо-1-фосфата. Последний превращается в результате фосфоглюкомутазной реакции в глюкозо-6-фосфат, который включается в реакции анаэробного гликолиза. При этом при окислении одного остатка глюкозы генерируется в конечном итоге 3 молекулы АТФ (при образовании глюкозо-1-фосфата АТФ не затрачивается).

Физиологическая роль анаэробного гликолиза.

Этот процесс является источником АТФ в клетках, особенно при недостатке кислорода в тканях. При окислении одной молекулы глюкозы в реакциях субстратного фосфорилирования образуется 4 молекулы АТФ: по 2 молекулы его в фосфоглицераткиназной и пируваткиназной реакциях. 2 молекулы АТФ затрачиваются на начальных этапах гликолиза: в гексокиназной фосфофруктокиназной реакциях. В конечном итоге, в реакциях анаэробного гликолиза из одной молекулы глюкозы генерируется 2 молекулы АТФ. При этом образуются 2 молекулы молочной кислоты, способные закислять ткани. Поэтому молочная кислота в реакциях глюкоконеогенеза обратно превращается в глюкозу.

Лекция №10