Практическое занятие № 16

Тема: Переваривание белков. Пути использования аминокислот в клетке. Нарушения переваривания белков.

Цели занятия:  Сформировать знания о процессе переваривания белков, характеристике протеолитических ферментов, работающих в желудке и тонком кишечнике, о механизме всасывания продуктов гидролиза белков, о пополнении пула аминокислот, о способах «мечения» старых белков, роли клеточных протеаз в их деградации, о путях использования аминокислот в клетке, и сформировать навыки использования полученных теоретических знаний в постановке диагноза заболеваний, в основе которых лежат нарушения переваривания белков.

Хронометраж практического занятия:

1. Вводная беседа. Тестирование исходного уровня знаний— 15 мин.

2. Практическая часть

3.Собеседование по теме занятия 60 мин

Просмотр и обсуждение видеофрагмента и анимации(

Разбор конкретной ситуации (ситуационных задач) – 35 мин

Лабораторная работа -30 мин.

Контроль выполнения лабораторной работы — 15 мин.

4. Контроль усвоения темы — 15 мин.

5. Подведение итогов и задание к следующему занятию — 10 мин.

Продолжительность занятия —4 часа (180 минут) 

Методическое и материально-техническое оснащение (таблицы, химическая посуда, биологический материал, видеофрагменты, анимации)

Содержание темы: Переваривание белков. Характеристика протеолитических ферментов, работающих в желудке и тонком кишечнике. Всасывание продуктов гидролиза. Пул аминокислот в клетке. Пополнение пула аминокислот за счет эндогенного распада дефектных тканевых белков. Роль убиквитина и процессов гликозилирования . Внутриклеточные протеазы. Возможные пути использования аминокислот в клетке. Практикум: роль пепсина или трипсина в переваривании белков (есть трипсин как реактив, в аптеке можно купить пепсин уже с соляной кислотой). Приготовить раствор альбумина, сделать с ним биуретовую реакцию на белок, затем добавить пепсин и поместить в термостат после инкубации снова провести пробу на белок

Базисные знания: Из курса биохимии – строение белка, пищевая ценность белков, растительные и животные белки – их роль для организма.

Студент должен уметь: использовать полученные теоретические знания при постановке диагноза заболеваний, в основе которых лежат нарушения переваривания белков.

Учебная карта занятия:

Вводная беседа: Переваривание белков. Характеристика протеолитических ферментов, работающих в желудке и тонком кишечнике. Всасывание продуктов гидролиза. Пул аминокислот в клетке. Пополнение пула аминокислот за счет эндогенного распада дефектных тканевых белков. Роль убиквитина и процессов гликозилирования . Внутриклеточные протеазы. Возможные пути использования аминокислот в клетке.

Тесты исходного уровня знаний :

1. Обезвреживание продуктов гниения белков протекает:

1. в печени и почках посредством микросомального окисления;

2. в печени посредством связывания с серной и глюкуроновой кислотами.

3. в печени посредством связывания с альбумином.

4. в крови, где они связываются с холестерином.

Ответ: 2.

2. БАКТЕРИЦИДНЫМ ФАКТОРОМ ЖЕЛУДОЧНОГО СОКА ЯВЛЯЕТСЯ:

1. гастромукопротеид;

2. кислые соли;

3. соляная кислота;

4. серная кислота;

Ответ: 3

3. ПРОЦЕССЫ ГНИЕНИЯ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ ПРОТЕКАЮТ ПОД ВЛИЯНИЕМ:

1. протеолитических ферментов тонкого кишечника

2. ферментов микрофлоры тонкого кишечника.

3. ферментов микрофлоры попадающей в организм с пищей.

4. нормальной микрофлоры толстого кишечника.

Ответ: 4

4. УКАЖИТЕ ВОЗМОЖНУЮ ПРИЧИНУ ЗАБРОСА ЖЕЛЧИ В ЖЕЛУДОК ПРИ АНАЦИДНОМ ГАСТРИТЕ:

1. открытость привратника вследствие его атрофии;

2. избыточная продукция желчи;

3. открытость привратника из-за отсутствия градиента рН между желудком и кишечником;

4. более мощная, чем в норме антиперистальтика;

Ответ: 3

5. КАКОВ МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ ТРИПСИНОГЕНА В ТРИПСИН?

1. активируется ионами кальция;

2. активируется путем воздействия на субъединицу фермента;

3.аллостерический механизм активации;

4. активируется по механизму ограниченного протеолиза.

Ответ: 4

6. ПЕПСИН ЯВЛЯЕТСЯ ФЕРМЕНТОМ:

1. индивидуальной специфичности;

2. индивидуальной специфичности, расщепляющей связи аланин – тирозин;

3. групповой специфичности, расщепляющей связи фенилаланин – тирозин;

4. стереохимической специфичности;

Ответ: 3

7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В БЕЛКАХ У ВЗРОСЛЫХ ЛЮДЕЙ СОСТАВЛЯЕТ:

1. 100 –150 г/сут.;

2.50 –70 г/сут.;

3.30 – 40 г/ сут.;

4.400 –500 г/сут..

Ответ: 2

8. К ПРОДУКТАМ ГНИЕНИЯ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ ОТНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ:

1.лизин;

2.орнитин;

3. кадаверин;

4.триптофан

Ответ: 3

Теоретическая часть.

Вопросы для собеседования

1.Переваривание белков. Характеристика протеолитических ферментов, работающих в желудке. Роль соляной кислоты в переваривании белков.

2. Характеристика протеолитических ферментов, работающих в тонком кишечнике. Схема активации протеолитических ферментов поджелудочной железы.

3.Всасывание продуктов гидролиза белка.

4. Гниение белков в кишечнике. Механизмы обезвреживания продуктов, образующихся при этом процессе.

5.Пул аминокислот в клетке. Пополнение пула аминокислот за счет эндогенного распада дефектных тканевых белков.

6.Роль убиквитина и процессов гликозилирования в «мечении» старых белков в клетке. Роль шаперонов.

7.Внутриклеточные протеазы.

8.Возможные пути использования аминокислот в клетке.

Заполнить таблицу «Характеристика протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта»

место синтеза	Место действия	рН	Активация протеиназ				Характеристика фермента
			Профермент	Активатор	Активный фермент
Слизистая оболочка желудка	Полость желудка		Пепсиноген
Поджелудочная железа	Полость тонкой кишки		Трипсиноген Химотрипсиноген Проэластаза Прокарбоксипептидаза А Прокарбоксипептидаза Б
Тонкая кишка	Пристеночный слой		Аминопептидазы Ди- и трипептидазы

Разбор ситуационных задач

1.У больного резко угнетена секреция желудочного сока. Что должен предпринять врач, чтобы усилить секрецию? (Введение ацедилпепсина или гистамина.Приналичии рака желудка секреция не усилится, но при ахилическом гастрите может быть получен положительный результат).

2.При обследовании грудного ребенка обнаружено, что рН желудочного сока 5,0. Имеет ли смысл попытка коррекции рН в более кислую сторону?

3.При приготовлении сыра для быстрого створаживания молока к нему добавляют очищенный желудочный сок телят. Почему?

4.При обследовании панкреатического сока обнаружено резкое снижение общей протеолитической активности. Укажите возможные причины данного явления.

5.При снижении секреторной функции желудка у больного с мочой выделяется повышенное количество индикана. Почему это происходит?

6.При составлении пищевого рациона было предложено блюдо из рыбы заменить горохом, т.к. содержание белка в них почти одинаково. Ваша точка зрения?

Практическая часть (для лабораторного практикума).

Практикум: роль пепсина или трипсина в переваривании белков (есть трипсин как реактив, в аптеке можно купить пепсин уже с соляной кислотой). Приготовить раствор альбумина, сделать с ним биуретовую реакцию на белок, затем добавить пепсин и поместить в термостат после инкубации снова провести пробу на белок

Задание на следующее занятие в РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ПО БИОХИМИИ.

Практические навыки, которыми должен овладеть студент по теме занятиянавыки использования полученных теоретических знаний в постановке диагноза заболеваний, в основе которых лежат нарушения переваривания белков.

Темы для реферативных сообщений 

Гниение белков в кишечнике. Механизмы обезвреживания продуктов, образующихся при этом процессе.

Приложение

Возрастные особенности переваривания белков в желудке .

У детей грудного возраста в желудке находится фермент реннин (химозин) , вызывающий свёртывание молока. Основной белок молока - казеин, представляющий смесь нескольких белков, различающихся по аминокислотному составу и электрофоретической подвижности. Реннин катализирует отщепление от казеина гликопептида, в результате чего образуется параказеин. Параказеин присоединяет ионы Са²⁺, образуя нерастворимый сгусток, чем предотвращает быстрый выход молока из желудка. Белки успевают расщепиться под действием пепсина. В желудке взрослых людей реннина нет, молоко у них створаживается под действием НСl и пепсина.

Защита клеток от действия протеаз

Клетки поджелудочной железы защищены от действия пищеварительных ферментов тем, что:

• эти ферменты образуются в виде неактивных предшественников в клетках поджелудочной железы и активируются только после секреции в просвет кишечника. Таким образом, место синтеза и место действия этих ферментов пространственно разделены.

• в клетках поджелудочной железы присутствует белок-ингибитор трипсина, образующий с активной формой фермента (в случае преждевременной активации) прочный комплекс.

В полости желудка и кишечника протеазы не контактируют с белками клеток, поскольку слизистая оболочка покрыта слоем слизи, а каждая клетка содержит на наружной поверхности плазматической мембраны полисахариды, которые не расщепляются протеазами и тем самым защищают клетку от их действия.

Разрушение клеточных белков протеазами происходит при язвенной болезни желудка или двенадцатиперстной кишки. Однако начальные механизмы возникновения язвы ещё мало изучены.

Г. Транспорт аминокислот в клетки

Аминокислоты, образовавшиеся при переваривании белков, быстро всасываются в кишечнике. Транспорт их осуществляется двумя путями: через воротную систему печени, ведущую прямо в печень, и по лимфатическим сосудам, сообщающимся с кровью через грудной лимфатический проток. Максимальная концентрация аминокислот в крови достигается через 30-50 мин после приёма белковой пищи (углеводы и жиры замедляют всасывание аминокислот). Всасывание L-аминокислот (но не D-изомеров) - активный процесс, требующий затраты энергии. Аминокислоты переносятся через кишечную стенку от слизистой её поверхности в кровь. Перенос через щёточную кайму осуществляется целым рядом переносчиков, многие из которых действуют при участии Nа⁺-зависимых механизмов симпорта, подобно переносу глюкозы.

Различная скорость проникновения аминокислот через мембраны клеток указывает на наличие транспортных систем, обеспечивающих перенос аминокислот как через внешнюю плазматическую мембрану, так и через внутриклеточные мембраны. В настоящее время известно по крайней мере пять специфических транспортных систем, каждая из которых функционирует

Механизм всасывания аминокислот в кишечнике. L-аминокислота поступает в энтероцит путём симпорта с ионом Na⁺. Далее специфическая транслоказа переносит аминокислоту через мембрану в кровь. Обмен ионов натрия между клетками осуществляется путём первично-активного транспорта с помощью Nа⁺,К⁺-АТФ-азы.

466

для переноса определённой группы близких по строению аминокислот:

• нейтральных, с короткой боковой цепью (аланин, серии, треонин);

• нейтральных, с длинной или разветвлённой боковой цепью (валин, лейцин, изолейцин);

• с катионными радикалами (лизин, аргинин);

• с анионными радикалами (глутаминовая и аспарагиновая кислоты);

• иминокислот (пролин, оксипролин).

Причём к числу Nа⁺-зависимых относятся переносчики аминокислот, входящих в первую и пятую группы, а также переносчик метионина. Независимые от Na⁺ переносчики специфичны для некоторых нейтральных аминокислот (фенилаланин, лейцин) и аминокислот с катионными радикалами (лизин).

Аминокислоты конкурируют друг с другом за специфические участки связывания. Например, всасывание лейцина (если концентрация его достаточно высока) уменьшает всасывание изолейцина и валина.

Одна из специфических транспортных систем для некоторых нейтральных аминокислот функционирует в кишечнике, почках и, по-видимому, мозге. Она получила название γ-глутамильного цикла (рис. 9-5).

В этой системе участвуют 6 ферментов, один из которых находится в клеточной мембране, а остальные - в цитозоле. Ключевую роль в транспорте аминокислоты играет мембранно-связан-ный фермент γ-глутамилтрансфераза. Этот фермент является гликопротеином и катализирует перенос γ-глутамильной группы от глутатиона (иногда другого γ-глутамильного пептида) на транспортируемую аминокислоту и последующий перенос комплекса в клетку. Глутатион представляет собой трипептид - γ-глутамилцистеинилглицин, который находится во всех тканях животных. Реакция протекает следующим образом (см. схему А ).

Аминокислота, связанная с γ-глутамильным остатком, оказывается внутри клетки. В следующей реакции происходит отщепление γ-глутамильного

Рис. 9-5. γ-Глутамильный цикл. Система состоит из одного мембранного и пяти цитоплазматических ферментов. Перенос аминокислоты внутрь клетки осуществляется в комплексе с глутамильным остатком глутатиона под действием γ-глутамилтрансферазы. Затем аминокислота освобождается, а γ-глутамильный остаток в несколько стадий превращается в глутатион, который способен присоединять следующую молекулу аминокислоты. Е₁ - γ-глутамилтрансфераза; Е₂ - у-глутамилциклотрансфераза; Е₃ - пептидаза; Е₄ - оксопролиназа; Е₅ - γ-глутамилцистеинсинтетаза; Е₆ - глутатионсинтетаза.

остатка под действием фермента γ-глутамилциклотрансферазы (см. схему Б).

Дипептид цистеинилглицин расщепляется под действием пептидазы на 2 аминокислоты - цис-теин и глицин. В результате этих 3 реакций происходит перенос одной молекулы аминокислоты в клетку (или внутриклеточную структуру). Следующие 3 реакции обеспечивают регенерацию глутатиона, благодаря чему цикл повторяется многократно. Для транспорта в клетку одной молекулы аминокислоты с участием γ-глутамильного цикла затрачиваются 3 молекулы АТФ.

Нарушение переваривания белков и транспорта аминокислот

Небольшую долю продуктов переваривания белка составляют негидролизованные короткие пептиды. У некоторых людей возникает иммунная реакция на приём белка, что, очевидно, связано со способностью к всасыванию таких пептидов. Продукты полностью переваренного белка (аминокислоты) лишены антигенных свойств и иммунных реакций не вызывают.

У новорождённых проницаемость слизистой оболочки кишечника выше, чем у взрослых, поэтому в кровь могут поступать антитела молозива (секрет молочных желёз, выделяющийся в первые дни после родов, обогащённый антителами и антитоксинами). Это усугубляется наличием в молозиве белка - ингибитора трипсина. Протеолитические ферменты в пищеварительных секретах новорождённых обладают низкой активностью. Всё это способствует всасыванию в кишечнике небольшого количества нативных белков, достаточного для обеспечения иммунной реакции. Очевидно, подобное усиление всасывающей способности кишечника является причиной наблюдаемой иногда непереносимости белков пищи (например, молока и яиц) у взрослых людей.

Схема А

Схема Б

Всё больше подтверждений получает гипотеза, согласно которой при заболевании целиакии(нетропической спру) происходит нарушение клеток слизистой оболочки кишечника, где всасываются небольшие негидролизованные пептиды. Целиакия характеризуется повышенной чувствительностью к глютену - белку клейковины зёрен злаков, употребляемых с пищей человеком. Этот белок оказывает токсическое действие на слизистую оболочку тонкой кишки, что приводит к её патологическим изменениям и нарушению всасывания. Патогенез заболевания недостаточно ясен.

Такие заболевания, как цистинурия, болезнь Хартнапа и некоторые другие, возникают вследствие дефекта переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках. Описана врождённая патология, связанная с дефектом фермента 5-оксопролиназы (рис. 9-5, реакция 4). При этом с мочой выделяется оксопролин. У этих больных нарушены транспорт аминокислот в ткани и их метаболизм в клетках.

Приложение№2

Нарушения переваривания белков в желудке

При различных заболеваниях ЖКТ в желудке нарушается выделение НСl и пепсиногена, при этом переваривание белков заметно снижается. Наиболее часто встречаются патологические изменения кислотности желудочного сока. Нарушение образования пепсина отмечают реже и выявляют при более значительных поражениях желудка.

Определение кислотности желудочного сока используют для диагностики различных заболеваний желудка (табл. 9-2). Повышенная кислотность желудочного сока обычно сопровождается изжогой, диареей и может быть симптомом язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, а также гиперацидного гастрита. Пониженная кислотность бывает при некоторых видах гастритов. Полное отсутствие НСl и пепсина (желудочная ахилия) наблюдается при атрофических гастритах и часто сопровождается пернициозной анемией вследствие недостаточности выработки фактора Касла и нарушения всасывания-витамина В₁₂ (см. раздел 3). Анацидность (рН желудочного сока >6,0) свидетельствует о значительной потере слизистой оболочкой желудка обкладочных клеток, секретирующих соляную кислоту, что часто вызывает рак желудка.

Кислотность желудочного сока выражается в титрационных единицах (ТЕ) - количество 0,1 М NaOH в 1 мл, затраченное на титрование 100 мл желудочного сока по определённому индикатору. При определении кислотности желудочного сока различают: общую кислотность, связанную НСl и свободную НСl.

• Общая кислотность желудочного сока - совокупность всех кислотореагирующих веществ желудочного сока, представляет собой секрет желудка, собираемый в течение 1 ч.

Таблица Компоненты желудочного сока в норме и при патологических состояниях

Состояние	рН	Кислотность (ТЕ)				Пепсин		Фактор Касла		Молочная кислота		Кровь
		общая	связанная НСl	свободная НСl
Норма	1,5-2,0	40-60	20-30	20-40	+		+		-		-
Гиперацидный гастрит	1,0	80		40	+		±		-		-
Гипоацидный гастрит	2,5	40		20	±		±		±		-
Ахилия	7,0	20		-	-		-		+		-
Язва желудка	1,5	60		40	+		+		-		+
Рак желудка	6,0 и>	40-60		20	+		+		+		+

Значения общей кислотности в норме составляют 40-60 ТЕ.

• Связанная соляная кислота - НСl, связанная с белками и продуктами их переваривания. Значения связанной НСl у здоровых людей - 20-30 ТЕ.

• Свободная НСl - соляная кислота, не связанная с компонентами желудочного сока. Значения свободной НСl в норме - 20-40 ТЕ. рН желудочного сока в норме - 1,5-2,0.

Молочная кислота в норме в желудочном соке отсутствует. Она образуется при уменьшении содержания или отсутствии свободной соляной кислоты в результате размножения молочнокислых бактерий или при злокачественных опухолях желудка, в клетках которых глюкоза окисляется анаэробным путём.

При диагностике заболеваний желудка, кроме биохимических анализов, обязательно проводят рентгенологические и эндоскопические исследования, а также биопсию.

Приложение №3