Транспорт аминокислот из кишечника в кровь

 

Свободные аминокислоты всасываются в кровь или лимфу на всем протяжении тонкого кишечника. Часть аминокислот транспортируется в эпителиоциты совместно с ионом натрия (при участии белкового переносчика локализованного в мембране), а из эпителиоцитов в кровь без участия натрия. Это вторично активный транспорт (в связи с затратой АТФ на выведение из клетки натрия с участием Na⁺/K⁺-АТФ-азы). Перенос нейтральных аминокислот через мембрану эпителиоцита осуществляется мембранным ферментом g-глутамилтрансферазой (g-глутамильный цикл), этот процесс также зависим от АТФ. Для трансмембранного транспорта аминокислот используются различные типы переноса и переносчиков. Близкие по своим физико-химическим характеристикам аминокислоты переносятся одним и тем же переносчиком. Аминокислоты из кишечника поступают либо в печень (через воротную вену), либо минуя печень в кровь через грудной лимфатический проток.

 

Вопросы к разделам «Гидролиз белков в желудочно-кишечном тракте» и «Транспорт аминокислот

из кишечника в кровь»

 

1. Образование соляной кислоты в желудке и её роль в пищеварении белков.

2. Образование пепсиногена, активирование в пепсин, специфика действия на белки.

3. В какой форме находятся остатки аспарагиновой и глутаминовой аминокислот входящие в состав пепсина в желудке?

4. Назовите протеолитические ферменты желудка новорожденных и взрослых индивидов, опишите специфику их действия.

5. Гормоны желудочно-кишечного тракта, места выработки, сигналы, стимулирующие их поступление в кровь.

6. Зимогены панкреаса, механизмы их активирования в двенадцатиперстной кишке, специфика действия активных форм ферментов на пищевые белки.

7. Протеолитические ферменты кишечника, специфика их действия.

8. Опишите механизм транспорта аминокислот в эпителиоциты тонкого кишечника и далее в кровь.

 

Протеолиз белков в клетке и внеклеточном

Пространстве

 

Протеолиз белков в клетках различных тканей и органов осуществляется, в основном, в лизосомах и протеасомах, но может осуществляться и в других клеточных компартментах.

Лизосомы – внутриклеточные органеллы окруженные одинарной мембраной, содержат различные гидролитические ферменты с оптимумом рН в кислой области (4,5-5,0). Низкие значения рН создаются и поддерживаются АТФ зависимой протонной помпой, локализованной в мембране, которая перекачивает протоны из цитозоля в лизосому в обмен на ион натрия. В лизосомах деградируют бактерии, клеточные органеллы (митохондрии), клеточные белки, имеющие на N-конце сигнальную последовательность (Лиз-Фен-Глу-Арг-Глн), поступающие из внеклеточного пространства путем эндоцитоза или пиноцитоза, липопротеины, пептидные гормоны. Свободные белки и содержащиеся в составе полимолекулярных комплексов, гидролизуются лизосомальными протеазами (катепсины) до свободных аминокислот. Небелковые компоненты сложных белков расщепляются другими кислыми гидролазами.

Протеасомы представлены РНК - белковым комплексом в форме бочонка с коэффициентом седиментации 20 S. С торцов бочонок запирается белковыми 19 S-частицами. В протеасомах деградируют «состарившиеся» внутриклеточные белки, участвующие в регуляторных процессах, а также белки образованные в результате неправильной транскрипции. Такие белки метятся путем образования ковалентного комплекса с низкомолекулярным белком убиквитином. Убиквитин присоединяется к остатку лизина на N-конце белка при участии фермента убиквитинлигазы. Комплекс убиквитин-белок узнается 19 S-частицей (с потреблением АТФ) и поступает внутрь протеасомы, где белок подвергается гидролизу с участием ферментов образующих тело бочонка. Убиквитин не гидролизуется и после активации может использоваться снова.

Избирательный протеолиз осуществляется и в других клеточных компартментах. Например, в процессе синтеза белка на рибосоме сначала образуется первичный полипептид несущий на N-конце сигнальную последовательность, определяющую адрес его доставки. Далее сигнальная последовательность удаляется после гидролиза протеиназой. Избирательный протеолиз используется при образовании пептидных гормонов из более длинных молекул предшественниц.

 Ещё одним местом использования избирательного протеолиза является кровь. Белковые факторы свертывания крови являются неактивными формами протеолитических ферментов. При запускании механизма свертывания крови идет последовательное активирование факторов свертывания по механизму цепных реакций.

 Протеолиз используется для реализации программируемой смерти клеток – апоптоза. В осуществлении этой программы участвует каскад сериновых протеаз – каспаз. Эти ферменты расположены в различных частях клетки. До запуска программы апоптоза эти белки существуют в виде неактивных предшественников – прокаспаз. Каспазы расщепляют различные клеточные белки (прокаспазы, антиапоптозные белки, ингибитор ДНК-азы и другие) после остатка аспартата.

Деградация белков внеклеточного матрикса и базальных мембран (коллаген, ламинин, фибронектин, протеогликаны и другие) осуществляется Zn-зависимыми металлопротеиназами (коллагеназы, желатиназы, стромелизины, металлоэластаза и другие). Эти ферменты, разрушая макромолекулы внеклеточного матрикса, участвуют в ремоделировании тканей сопровождающем различные физиологические и патологические процессы.

 

Вопросы к разделу «Протеолиз белков в клетке и

внеклеточном пространстве»

 

1. Где (в клетке) осуществляется полный протеолиз белков?

2. Оптимальный рН для катепсинов, механизмы его создания и поддержания.

3. Механизмы протеасомального гидролиза белков.

4. Опишите роль убиквитина в протеолизе внутриклеточных белков.

5. Охарактеризуйте роль каспаз в клетке.

6. Назовите ферменты, участвующие в деградации белков внеклеточного матрикса?

Гниение белков в ЖКТ

 

Некоторые пищевые белки не гидролизуются ферментами ЖКТ, либо вследствие особенности их структуры (кератин волос), либо из-за плохой доступности (белки растительных клеток) для ферментов ЖКТ. Такие белки поступают в толстый кишечник, где частично утилизируются содержащейся там микрофлорой. В толстый кишечник могут поступать и свободные аминокислоты (при усиленной перистальтике кишечника аминокислоты не успевают реабсорбироваться). В результате микробного воздействия на белки и аминокислоты образуются различные метаболиты, в том числе и токсичные для организма человека продукты гниения. Так при декарбоксилировании лизина образуется кадаверин, а при декарбоксилировании орнитина – путресцин.

Рис. 2. Токсические продукты, образующиеся из аминокислот с участием микрофлоры кишечника.

 

Тирозин декарбоксилируется в тирамин. В результате распада серосодержащих аминокислот (цистеин, метионин) образуется сероводород Н₂S и метилмеркаптан CH₃SH. Из тирозина образуются крезол и фенол, а из триптофана скатол и индол. Продукты гниения, образовавшиеся в этих процессах, частично всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печень.

Печень – главное место обезвреживания токсичных веществ, в том числе и продуктов гниения белков в кишечнике. Детоксикация в печени осуществляется путем образования коньюгатов: с глицином, серной и глюкуроновой кислотами или через микросомальное окисление системой цитохрома P 450. Индол окисляется в индоксил, а затем взаимодействует с 3¢-фосфоаденозин-5¢-фосфосульфатом (ФАФС), образуя индоксилсерную кислоту. Глюкуроновая кислота участвует в реакциях коньюгации в активной форме – УДФ-глюкуроновой кислоты.

 

Вопросы к разделу «Гниение белков в ЖКТ»

 

1. Какие токсические продукты, и из каких аминокислот образуются под действием микрофлоры толстого кишечника?

2. Где и как осуществляется детоксикация продуктов гниения аминокислот?

3. Напишите реакцию образования индоксилсерной кислоты.