2 курс / Биохимия / Биохимия в рисунках и схемах

В нормі у підшлунковій залозі не відбувається активація зимогенів завдяки наявності

інгібітору трипсин у, котрий утворює з ферментом дуже міцний комплекс . У

шлунку та кишечнику внутрені повехні покриті муцинами – глікопротеїнами слизу.

Муцини захищають епітелій шлунково -кишкового тракту від	негативної дії
протеолітичних ферментів .

  Згідно з місцем дії на молекули субстрату протеолітичні ферменти розподіляються на екзопептидази та ендопептидази .

  Протеаз и, або пептидаз и, котрі гідролізують пептидний зв ’язок у кінцевої амінокислоти , називаються екзопептидазами.

До них належать амінопептидаза , котра відщеплює останню амінокислоту з N-кінця білкової молекули, та карбоксипептидаза, котра гідролізує пептидний зв’язок з С-

кінця молекули білка, а також ди- та трипептидази, що розщеплюють	дипептиди та
трипептиди.
  Пептидн і зв ’язки, розташовані на відстані від кінців молекули білка,	гідролізують
ендопептидази: пепсин , трипсин , х імотрипсин , еластаза. В за	лежності від

наявності у їхніх активних центрахамінокислот серину, цистеїну та інших, розрізняють серинові протеази, цистеїнові протеази та інші.

амінопептидаза ендопептидази

екзопептидази

амінокислотний

залишок

Ендопептидази:
пепсин
трипсин
хімотрипсин
еластаза	дипептидази
	карбокси -
	пептидаза

Пептидази характеризуються відносною специфічністю, тобто вони розщеплюють усі білки, але кожний з цих ферментів переважно гідролізує пептидні зв ’язки лише між певними амінокислотами :

пепсин  гідролізує пептидні зв ’язки, утворені карбосильними групами ароматичних амінокислот (фенілаланіну та тирозину), а також лейцину та глутамату; трипсин  розщепляює зв’язки, утворені карбоксильними групамиаргініну та лізину; хімотрипсин  - фенілаланіну, тирозину та триптофану;   еластаза – гліцину, аланіну, серину, проліну.

Протеолітичні ферменти використовуються як		лікарські засоби (ацидинпепсин ,
фестал , панкреатин ) при	порушенні секрец ії	шлункового сок у, при запаленні

підшлункової залози .Крім того, протеази використовуються для обробки гнійних ран

(розщеплюють білки, що містяться у гнійній рідині).

101

ТРАВЛЕННЯ БІЛКІВ У ШЛУНКУ

Для пепсину рНопт 1,5-2.

феніл

-

R

H

R

O

тирозин

H

R

O

аланін

R

R

R

O

H

O

H

O H

O

H

O H

O

Н2N-CH-C

N-CH-C

N-CH

-C

N-CH-C

N-CH

-C

N-CH-C

N-CH-C

N-CH-C-OH

пепсин

НCl

аутокаталіз

пепсиноген

У шлунку діє фермент

пепсин, котрий

синтезується у основних клітиних слизової

оболонки шлунку

у вигляді

неактивного профермент у пепсиногену.

Цей зимоген

активується шляхом часткового протеолізу за допомогою

соляної кислоти (повільно),

а далі

– за механізмом аутокаталіза (швидко ). Пепсин

– це фермент з

відносною

специфічністю. Він гідролізує пептидні зв ’язки, утворені карбоксильними групами ароматичних амінокислот (фенілаланіну, тирозину).

У шлунку також діє пепсиноподібний фермент гастриксин, у котрого				рНопт = 3,
тому він перетравлює білки при при низькій кислотності шлункового соку.
Функції соляної кислоти:			У дітей грудного віку
		фермент шлунка реннін каталізує
 денатурація білків		звурджування молока , перетворюючи
 створює середовище зрН 1,5 – 2			розчинний білок казеїноген у
 активує пепсин		нерозчинний казеїн, котрий далі
 руйнує мікроорганізми			розщеплюється пепсином
Порушення травленнябілків у шлунку
  Гіперхлоргідрія –підвищена продукція НСl.			Гігипоацидніыестанисостояния
  Гіпохлоргідрія - зменшена продукція НСl.			рН 3 - 5
  Ахілія – відсутність у шлунковому соці НСl		і пепсину.
(Повна ахілія або тотальна резекція шлунку		може спричинити злоякісну перніциозну
анемію , тому що відсутнійвнутрішній	фактор Касла – гастромукопротеїн, необхідний
для всмоктування вітаміну В12).
  Молочна кислота (лактат )	у шлунковому соці в нормі відсутня . Вона
визначається при злоякісних пухлинах шлунка
(активується анаеробний гліколіз).	102

амінопептидаза

R R

ТРАВЛЕННЯ БЕЛКІВ У КИШЕЧНИКУ

		фенілаланін
аргінин		тирозин				гліцин
лізин		триптофан		R		аланін		R		R

O H O H O H O Н2N-CH-C N-CH-C N-CH-CN-CH-C

хімотрипсин трипсин

H O H

O H O

H O

N

-CH-C

N-CH-

C

N-CH-C

N-CH-C-OH

еластаза

карбоксипептидаза

ентеропептидаза		хімотрипсиноген
трипсиноген		проеластаза
			прокарбоксипептидаза
У кишечник у	(рН	7-8) діють ферменти	підшлункової залози :	трипсин ,
хімотрипсин ,	еластаза, карбоксипептидаза ,		котрі синтезуються у	вигляді

попередників. Ці проферменти активуються у кишечнику : трипсиноген активується ферментом кишечника ентеропептидазою, х імотрипсиноген , про еластаза та прокарбоксипептидаза активируються найбільш активн им ферментом трипсином. Амінопептидаза та дипептидази – ферменти кишкового сок у, вони синтезуються у

активному вигляді .
В результат і сумарної дії шлункових , панкреатичних і	кишечн их пептидаз
відбувається повний гідроліз харчових білків і утворюються	вільні ам інокислоти,

котрі всмоктуються у стінку кишечника шляхом активного транспорту. Далі вони

потрапляють у кров і транспортуються до тканин і органів .	На відміну від білків,
вільні амінокислоти позбавлені видової специфічності та	не характеризуються
антигенними властивостями.
Шляхи перетворень амінокислот

Частина  амінокислот в наслідок втрати аміногрупи (процеси дезамінування і трансамінування) п еретвоюється в α-кетокислоти (безазотові залишки), кот рі

можуть:
  використовуватися для	синтез у глюкоз и – глюконеогенез (такі амінокислоти

називаються глікогенними),

використовуватися  для синтезу ліпідів, кетоновых тіл – кетогенез (такі амінокислоти називаються кетогенними), окиснюватися  до кінцевих продуктів з утворенням СО2, води та енергії.

Аміногрупа  відщеплюється у вигляді аміаку NH3 (токсична речовина ), перетворюється у сечовину (кінцевий продукт азотового обміну) та виводиться з сечею . Частка  амінокислот р озпадається шляхом відщеплення карбоксильно ї групи у вигляді СО2 (декарбоксилювання) з утворенням продуктів, які називаються біогенними амінами.

103

Шляхи перетворень амінокислот

На відміну від вуглеводів і ліпідів, в організмі не існує депо білків.

Своєрідним депо є пул (фонд) амінокислот - кількість вільних амінокислот , котрі утворюються :

  після всмоктування укишечнику,   при розщепленні (протеолізі) власних білків організма,

  шляхом синтезу de novo (замінні амінокислоти).

			Функціональні
			білки
			10000г
	дозрівання

Вільні ам	інокислоти
використовуються перш за все
для синтез	у власних

функціональних білків організма : структурних б ілків, фермент ів, рецепторів, гормон ів, б ілків плазми крові та інших .

трансляція

		пул амінокислот		глюкоза
	секреція	100 г			ліпіди
	білка
їжа	50г / добу			кетонові
50-100					тіла
г/добу	всмоктування		деградація
					ά-кетокислоти
	до 150г/добу
			50-100 г/добу
		cинтез
травлення		de novo	СО2	NН3
		піруват			СО2 , Н2О
	аміно-				АТ
	кислоти	фосфоенолпіруват
					Ф
		3-фосфогліцерат
	кишечник			сечовина	солі
		ά-кетокислоти
виведення з		глюкоза			амонію
фекаліями			біогенні	нирки
	10г/добу
			аміни

104	виведення з
	сечею

ДЕЗАМІНУВАННЯ АМІНОКИСЛОТ

НАД+

глутамат
		НАДН +Н+

пряме

окиснювальне

дезамінування

NН3

α-кетоглутарат

Дезамінування	-	це процес
відщеплення	α-аміногрупи від

амінокислоти у вигляді аміаку. NН3

Дезамінуванню підлягають усі амінокислоти , крім лізину.

Існує декілька видів дезамінуван - ня:

  пряме окиснювальне – для глутамінової кислоти,

  пряме неокиснювальне:

  гідролітичне – для цистеїну,   внутрішньомолекулярна

перебудова – для гістидину,   відновлювальне - для серину та

треоніну,   непряме – для більшості

амінокислот .

Основним видом прямого дезам інування є окиснювальне дезам інування, котрому підлягає лише глутамінова кислота .

Пряме окиснювальне дезамінування		глутамінової	кислот и	здійснюється за
допомогою фермента	глутаматдегідрогенази (кофермент НАД +			або НАДФ+),

локалізованого у мітохондріях багатьох органів (максимально у печінці) і з високою швидкістю перетворюючого глутамат у α-кетоглутарат . При прямом у дезам інуванні утворюється вільний аміак (токсична речовина), який далі знешкоджується . Більшість

амінокислот приймає участь у непрямому дезамінуванні		, пер шим етапом якого є
трансамінування .
	ТРАНСАМІНУВАННЯ АМІНОКИСЛОТ
Трансамінування – це перенесення аміногрупи від амінокислоти (донора ) на				α-
кетокислоту (акцептор )з наступним утворенням нової		α-кетокислоти и ново		ї
амінокислоти без проміжного виділення аміаку .

		1 ά-кетокислота	2 амінокислота
	1 амінокислота
		2 ά-кетокислота
			105

Цю реакцію каталізують амінотрансферази (трансамінази). Коферментом амінотрансфераз є піридоксальфосфат (ПАЛФ) – активна форма вітаміна В6, котрий у

якості посередника при ймає		аміногрупу від	амінокислоти та перетворюється у
піридоксамінфосфат (ПАМФ). Амінотрансферази				органоспец ифічні:		аланін-
амінотрансфераза	(АлАТ)	локалізована	переважно у		печінці,	аспар-
татамінотрансфераза (АсАТ) –– у серц і. При			пошкодженні		цих орган ів ферменти

потрапляють у кров. Визначення їхньої активності у сироватці крові є дуже важливим методом для виявлення та контрол ю за перебігом гострого гепатиту (АлАт) та інфаркту міокарда (АсАт).Активність цих індикаторних ферментів підвищується при даних захворюваннях у 20-30 разів.

 Основними

донорами

Значення реакцій трансамінування :

аміногруп в реакц

іях

  колекторна функція – збирання аміногрупп від різних

трансамінування є

глу-

амінокислот у вигляді глутамінової кислоти ;

тамат ,

аспартат

і

  синтез замінних амінокислот ;

аланін.

  перерозподіл амінного азоту у тканинах;

 Основним акцептором

  початковий етапкатаболізму амінокислот , перша

аміногрупп від різних

стадія непрямого дезамінування;

амінокислот є

α-кето-

  завдяки реакціям трансамінування вуглецевий

глутарат .

скелет амінокислот може включатися в інші види обміну

речовин

НЕПРЯМЕ ДЕЗАМІНУВАННЯ

2

NН3

глутаматдегідрогеназа

α-кетоглутарат

α-кетоглутарат

глутамат

1

Аминокислоти,

котрі

не здатні дезам

інуватися

прямо , підлягають непрямому

дезамінуванню

або

транс-

дезамінуванню,

яке

амінокислота

α-кетокислота

складається з двох етапів :

1

–трансамінування

амінокислоти з

ά-кетоглутарово ю кислото ю, внаслідок чого

утворюється глутамінова кислота ,

2

– пряме окис

нювальне дезам інування глутам інової кислот и

з наступним

утвореннім вільного аміаку.

Глутаматдегідрогеназа, каталізуюча другий етап трансамінування, - регуляторний алостеричний фермент. Її інгібує НАДН2. Від активності глутаматдегідрогенази залежить швидкість непрямого дезамінування амінокислот і утворення аміаку.

106

Обмін аміаку

	амінокислоти							Джерела аміаку:
					біогенні аміни			  пряме та непряме
								дезамінування амінокислот ;
	нуклеотиди					гниття білків		  інактивація біогенних
								амінів;
								  дезамінування пуринових і
								піримідинових нуклеотидів;
				NН3
								  гниття білків у кишечнику.
		Аміак – токсична речовина. У високих концентраціях він пошкоджує
		головним чином нервові клітини.						Причини токсичності аміаку:
  Аміак зв’язує α-кетоглутарат (відновлювальне амінування)
						НАДФН+Н+ НАДФ+
			NН3
					+ α-кетоглутарат				глутамат

У цьому випадку α-кетоглутарат виводиться з пулу амінокислот ,що призводить до гальмування реакцій, в яких він використовується :

  ЦТК (виникає гіпоенергетичний стан);

  обмін амінокислот (порушується трансамінування).

  Аміак підсилює синтез глутаміну у нервовій тканині, що призводить до підвищення осмотичного тиску з подальшим виникненням набряку мозку.

АТФ

АДФ + Ф

NН3

+

глутамат

глутамін

  Аміак знаходиться укрові у вигляді катіона амоніюNН4+

NН

3

+

Н+

NН +,

4

через

При накопиченні катіона амонію порушується транспорт катіонівNa+, К+

мембрани, що погіршає проведення нервових імпульсів.

Знешкодження аміаку

NН3

Синтез

Утворення

глутаміну

Утворення

Утворення

глутамату

Синтез

аланіну

солей амонію

сечовини

25г/добу

0,5г/добу

мозок та інші

м’язи,

органи

кишечник

печінка

нирки

мозок

107

Шляхи знешкодження аміаку

1. Утворення транспортних форм аміаку

Кінцевими продуктами обміну аміаку є сечовина та солі амонію, котрі утворюються у печінці та нирках, відповідно , та виводяться із організму у складі сечі. Але аміак утворюється в усіх тканинах і органах , особливо при важкому фізичному навантаженні , нервовому збудженню .возбуждении. Тому доставка аміаку до місць його остаточного знешкодження (печінка та нирки) здійснюється за допомогоютранспортних форм.

Головною транспортно ю формо ю аміаку є глутамін, який легко

проходить через кл ітинні мембран и, тому що він є				нейтральн ою
сполукою:		АТФ	АДФ + Ф
	NН3
		+ глутамат		глутамін
		глутамінсинтетаза
	У нормі завдяки ційреакції підтримується низька
	концентрація аміаку у крові		(25-40	мкмоль /л)

Глутамін потрапляє у кров із різних тканин, але головним чином, із м’язів і мозку. Далі він транспортується у нирки, печінку та кишечник, у яких за допомогою ферменту глутамінази від глутаміну відщепляється вільний аміаак:

Н2О

глутамін

глутамат

+

NН3

глутаміназа

Із кишечника та м’язів аміак

виводиться у вигляді

аланіну (глюкозо -аланіновий цикл).

Працюючі м’язи отримують

частину енерггії за

м язові

рахунок розпаду

амінокислот .Аміногрупи

від

білки

різних

амінокислот в ключаються у

глутамат

амінокислоти

завдяки реакц ії трансам інування . Далі глутамат

трансамінується з піруватом, який утворюється у

працюючих м’язах із глюкози в результаті гліколізу.

Внаслідок цієї реакц ії утворюється аланін, який

«несе в

собі» ам іногрупи

із білків м’язів і

аланін

вуглецевий скелет із глюкози:

аланін

+

+

аланін

піруват

аланін

глутамат

α-кетоглутарат

Аланін, що утворився ,

транспортується з током

крові у печінку ,

де вступає в реакцію

непрямо го

нирки

дезамінування. Із

аміаку, що утворився ,

сечовина

синтезується сечовина, а піруват перетворюється у

108

глюкозу - джерело енергії

длям’язів.

Виведення із сечею

2. Біосинтез сечовини – орнітиновий цикл

Орнітиновий цикл , або цикл

Кребса –Хензелайта, або

цикл синтезу сечовини –

це

головний процес знешкодження аміаку у організмі людини.

Він відбувається тільки у печінці(в

глутамін

NН4+

мітохондріях і цитозолі) шляхом

Н CО3-

утворення нейтрально ї нетоксично ї

карбамоїл-

молекули

сечовини, яка легко

2АТФ

проходить через мембран

и,

фосфат -

cинтетаза I

транспортується по крові у нирки і

2АДФ+Ф

виводиться із сечею.

карбамоїлфосфат

Для біосинтезу сечовини необхідні

аміак (потрапляє у печінку у складі

глутаміну)

і вугільна кислот

а

Н2N

C

матрикс

(НСО

-).

3

митохондрії

орнітин-

Н2N

C

орнітин

карбамоїл-

цитрулін

трансфераза

цитозоль

цитрулін

АТФ

аргініно-

сукцинат -

ФФ

cинтетаза

НN

C

орнітин

фосфат

NН2

рибоза

АМФ

C

=О

NН2

аденін

сечовина

аргіназа

проміжний продукт

аргініно-

N Н3

NН2+

сукцинат -

cинтетаза

Н2 N

C

аргінін

аргініно-

аспартат

АМФ

сукцинат -

ліаза

N

Н +

2

N Н

C

аргініносукцинат

109

фумарат

			Молекула сечовини містить два атоми азоту:
	N
			перший атом азоту вступає у орнітиновій цикл у вигляді аміаку;
	N
			другий атом азоту вводиться в сечовину із аспартату.
			фумарат
				аргінін
			малат

NН2

C =О

NН2

сечовина

Цикл регенерації

Цикл

аспартату

аргініносукцинат

сечовини

орнітин

із фумарату

цитозоль

аспартат цитрулін

матрикс

орнітин

аспартат

цитрулін

митохондрії

α-кетоглутарат

карбамоїлфосфат

NН3

оксалоацетат

глутамат

НАДН+Н +

НАД+

(-NН2)

малат

аланін

ЦТК

піруват

фумарат

Аспартат, необхідний для синтез у сечовини, утворюється у печінці з використанням
вуглецевого скелету оксалоацетату та аміногрупи аланіну:		-NН2 .
Одночасно фумарат,	який утворився у орн ітиновому	циклі, п еретворюється у
оксалоацетат внаслідок	двох реакцій ЦТК, тобто відбувається регенерація аспартату
із фумарату.

Біосинтез сечовини потребує великих витрат енергії .Вона постачається за рахунок розриву чотирьох макроергічних зв’язків трьох молекул АТФ: двох макроергічних зв’язків при синтезі карбамоїлфосфату і двох - при синтезі аргініносукцинату.

При за хворюваннях печінки (гепатити, цирроз ), а та

кож при

спадкових дефектах

ферментів орн

ітинового цикл у

можуть

виникати

гіперамоніємії – п

ідвищення

концентрації аміаку у кров і, кот ре супроводжується

запамороченням,

блюванням,

втратою свідомості.

3. Синтез

солейамонію у нирках

Глутамін, який транспортує аміак у нирки

, р озщеплюється

глутаміназою, кот ра

активується при ацидозі, а аміак, що утворився ,

використовується для нейтралізації

кислих продуктів з наступним утвореннямсолей амонію (0,5 г на добу):

Н+А +

NН

+

А

Ця реакція захищає організм

NН3

110 (кислота )

4

від втрати з сечею іонів К+ і Nа+.