Окислювальне фосфорилювання

Розглянуті вище реакції окислення — відновлення різних субстратів, що здійснюються в живих організмах у процесі внутрішньоклітинного обміну, дістали назву біологічного окислення. Процеси біологічного окислення, що проходять у клітинах гетеротрофних організмів, є основним джерелом енергії, необхідної для забезпечення їхньої життєдіяльності. Енергія, що виділяється при анаеробному та аеробному окисленні різних субстратів, нагромаджується в макроергічних зв'язках АТФ — універсальної сполуки, яка може виступати в ролі акумулятора, трансформатора та донора енергії. Близько 50 % енергії окислення органічних сполук резервується в макроергічних зв'язках АТФ. Утворюється АТФ з АДФ і активного фосфату, причому активація останнього і перетворення його на активний фосфорил проходять за рахунок енергії окислення органічних сполук. Синтез АТФ з АДФ і

неорганічного фосфату, активація якого спряжена з процесами окислення в організмі, називається фосфорилюючим окисленням. Залежно від принципу енергетичного спряження розрізняють фосфорилююче окислення на рівні субстрату та на рівні електронно-транспортного ланцюга. Фосфорилююче окислення на рівні субстрату — це синтез АТФ з АДФ і активного фосфорилу внаслідок перенесення його з продукту окислення субстрату на АДФ. Так синтезується незначна кількість АТФ. Реакції фосфор клюючого окислення на рівні субстрату здійснюються зокрема в процесі анаеробного окислення вуглеводів. Так, у процесі окислення глюкозо-6-фосфату утворюється субстрат, що має макроергічний зв'язок — 1,3-дтіфосфогліцеринова кислота, яка може передавати активний фосфорил на АДФ, внаслідок чого утворюється молекула АТФ:

У процесі гліколізу проходить ще одна реакція фосфорилюючого окислення (на рівні субстрату) — при перенесенні активного фосфорилу з фосфоенолпірувату, продукту окислення глюкозо-6-фосфату на АДФ:

На третьому етапі виділення енергії (під час аеробного окислення в циклі Кребса) також відбувається реакція фосфорилюючого окислення на рівні субстрату — під час перенесення активного фосфорилу з сукцинілфосфату на ГДФ:

Утворена молекула ГТФ вступає б оомінну реакцію АДФ, внаслідок чого утворюється молекула АТФ: І ТФ -f АДФ -*■ АТФ + ГДФ.

Другий вид енергетичного спряження —фоефорилююче окислення на рівні електронно-транспортного ланцюга — здійснюється в процесі тканинного дихання або біологічного окислення на рівні електронно-транспортного ланцюга.

Значний внесок у з'ясування цього механізму зробили В. П. Ску-лачов, С. Є. Северин, П. Мітчелл. Дослідженнями було встановлено, що в процесі біологічного окислення під час перенесення протонів та електронів по системі дихального ланцюга, спряжених з процесами окислення, на певних його ділянках відбуваються активування неорганічного фосфату і перетворення його на активний фосфорил, який взаємодіє з АДФ і забезпечує синтез АТФ. При перенесенні електронів по системі дихального ланцюга вільна енергія системи поступово зменшується.

Згідно з розрахунками, стандартна зміна вільної енергії' системи при перенесенні двох електронів по системі дихального ланцюга становить 220 кДж, що достатньо для синтезу 6—7 молекул АТФ (враховуючи, що вільна енергія гідролізу АТФ в середньому дорівнює 30,6 кДж; 220 : 30,6 = 7). Однак дослідженнями було встановлено, що при перенесенні двох електронів по системі дихального ланцюга синтезується лише три молекули АТФ, тобто існує три пункти спряження, на яких процес окислення забезпечує активацію неорганічного фосфату і перенесення активного фосфорилу на АДФ. Саме на цих ділянках рівень зміни вільної енергії системи достатній для синтезу АТФ:

АДФ + Ф*_Н t

Перша молекула АТФ синтезується при перенесенні електронів і протонів від нікотинамідних до флавінових коферментів, друга — при перенесенні електронів від цитохрому Ь до цитохрому с, третя — утворюється на ділянці перенесення електронів з цитохромоксидази (а, а₃) на кисень. Отже, під час окислення двох атомів водню в дихальному ланцюгу утворюється три молекули АТФ.

Ступінь спряження окислення і фосфорилювання може бути різний, залежно від умов та стану клітини. Показником спряження окислення і фосфорилювання є коефцієнт Р/О (коефіцієнт фосфорилювання) або

І

відношення зв'язаного неорганічного фосфату до поглиненого в процесі дихання кисню (Р/О = 3, якщо первинною дегідрогеназою є НАД+ і Р/О — 2, якщо водень з субстрату відщеплює флавінові дегідрогенази). Інтенсивність процесу фосфорилюючого окислення регулюється співвідношенням АТФ АДФ. Чим менше це співвідношення, тим інтенсивніше відбуваєтеся процес дихання та утворення АТФ.

Фосфорилююче окислення на рівні електронно-транспортного ланцюга відбувається в мітохондріях. Ферментні системи, що каталізують данин процес, локалізовані у внутрішніх мембранах мітохондрій. Враховуючи їхні функції в спряженні процесів окислення і фосфори-лювання, В. П. Скулачов назвав їх «спряжуючими». Оскільки в процесі фосфорилюючого окислення на рівні електронно-транспортного ланцюга утворюється основна маса АТФ — сполуки, якій належить центральна роль в енергозабезпеченні організму, мітохондрії дістали назву «енергетичних станцій» клітини. Існує кілька гіпотез щодо пояснення механізму фосфорилюючого окислення в процесі біологічного окислення на рівні електронно-транспортного ланцюга.

Хімічна гіпотеза. В основу всіх хімічних гіпотез покладено уявлення про те, що окислення субстратів сприяє утворенню макроергіч-іїих зв'язків між неорганічним фосфатом та певними органічними сполуками, з яких він переноситься на АДФ. Хімічна гіпотеза була запро» тонована Ліпманом. Суть її полягає в тому, що енергія, яка виділяється] при перенесенні електронів в дихальному ланцюгу, спочатку використо-j зується для утворення певних гіпотетичних, багатих на енергію сполук, а потім передається для синтезу АТФ. Схематично цей процес можна показати так:

де А і Б — речовини, що переносять електрони; Ф_н — неорган ічни! фосфат; X — невідома, гіпотетична речовина.

Однак хімічна гіпотеза до цього часу не дістала експериментально підтвердження.

Конформаційні гіпотези. Ці гіпотези пояснюють синтез АТФ з АДФ і неорганічного фосфату внаслідок конформаційних переходів, які ви-j никають під час окислення. Проте гіпотези експериментального підтвердження не знайшли, хоч окремі моменти їх були використані П. Мітчеллом при розробці хеміосмотичної концепції спряження ііро-| цесів окислення та фосфорилюваиня на рівні електронно-транспортного ланцюга, яка нині є загальноприйнятою. Основним постулатом гіпотези є те, що під час функціонування електронно-транспортних ланцюгів виникає осмотична енергія (енергія концентраційного градієнта), яка використовується для здійснення хімічної роботи — синтезу АТФ (звідки і назва — хеміосмотична гіпотеза), тобто гіпотеза передбачав

Ш

перехід хімічної енергії, що виділяється під час транспорту електронів, на градієнт мембранного електрохімічного потенціалу іонів водню та перетворення останнього на стабільну енергію макроергічних зв'язків АТФ. Рушійною силою процесу фосфорилювання є градієнт електрохімічного потенціалу протонів водню (ДцН+), що виникає на спряжую-чій мембрані, яка має високий електричний опір та низьку проникність для заряджених часточок (іонів Н⁺ та ОН^-). Перенесення їх забезпечується протонними насосами, які відкачують протони з матрикса в міжмембранний простір (проти градієнта концентрації), внаслідок чого відбувається закислення міжмембранного простору. Зовнішня частина спряжуючої мембрани при цьому набуває позитивного заряду. Однак, у матриксі створюється надлишок іонів ОН^-, що призводить до підлуженії я середовища та появи негативного заряду на внутрішній частині 'спряжуючої мембрани (збоку матрикса). Отже, електрохімічний потенціал (ДцН+), який виникає на спряжуючій мембрані, складається з двох компонентів — електричного (різниці електричних потенціалів — Дф) та осмотичного (концентраційного — ДрН):

Зворотний потік протонів (за градієнтом концентрації) відбувається через Н+—АТФ-азний комплекс. Саме цей потік протонів забезпечує синтез АТФ. Н+ — АТФ-азний комплекс спряжуючої мембрани — це фермент АТФ-синтетаза, який складається з фактора F_x та мембранних компонентів (комплексу F₀). Фактор /^-мультимер з молекулярною масою 360 тис. складається з п'яти типів субодиниць — а, р, -у, т. Основні каталітичні функції даного комплексу забезпечуються а- і Р-субодиницями. На а-субодиниці локалізується активний центр фактора, а на р-субодиниці — центр зв'язування субстрату (АДФ, Ф_н). До складу комплексу F₀ входять кілька видів білків з .молекулярною масою 19—ЗО тис, які забезпечують утворення протонпровідного каналу та спрямованість потоку протонів. Комплекс F₀ виконує роль рецепторної та спряжуючої ділянок ферменту, а фактор F, — каталітичної. Н+ — АТФ-азний комплекс локалізується в спряжуючій мембрані мітохондрій так, що комплекс F_Q пронизує всю мембрану, а фактор ^і —локалізується на внутрішньому боці мембрани мітохондрій "(з боку матрикса). Цей комплекс нагадує грибоподібні вирости, в яких ніжка гриба пронизує товщу мембрани, а головка — локалізується на поверхні крист. '

Нині існує кілька пояснень механізму спряження окислення і фосфорилювання. Суть більшості з них полягає в тому, що процес спряження здійснюється внаслідок використання енергії [Дц.Н^-] при нагромадженні протонів (Н+) в активному центрі Н+ — АТФ-азної системи, розміщеної у факторі F,. Нагромадження їх призводить до активації неорганічного фосфату, утворення активного фосфорилу, зв'я-

МЗ

заного Р-субодиницею фактора F_lf внаслідок зняття з нього групи ОН та елімінації (видалення) води у матрикс. Одночасно відбувається й активація АДФ, зв'язаного з цією самою субодиницею фактора FJ після втрати протона при взаємодії з групою ОН матрикса. Активований фосфат і АДФ, сполучаючись, утворюють молекулу АТФ. Згідно з іншою концепцією, утворення АТФ відбувається так: протони Н+ в активному центрі спряжуючого фактора активують фосфат і карбоксильну групу однієї з субодиниць фактора F_u внаслідок чого утворюється фосфоензим з макроергічним зв'язком. При взаємодії АДФ з фосфоензимом утворюється АТФ. Існує також припущення, що роль ' протонів Н+ полягає у зміні конформації фактора F_t і що саме конфор-маційні видозміни активного центру Н+ — АТФ-азного комплексу є рушійною силою для синтезу АТФ.

В результаті досліджень П. Бойєра було встановлено, що швидкий і зворотний синтез АТФ може відбуватися в активному центрі АТФ-ази без затрат енергії (ДиН^). Стадією, що лімітує дану реакцію, є виділення синтезованої АТФ з активного центру ферменту в матрикс, тобто з гідрофобної фази у водну.

Саме цей процес прискорюється при енергизації мембрани. Згідно з гіпотезою її. Мітчелла, на кожній мембрані є два протони,| що транспортуються по електронно-транспортнсму ланцюгу крізь, мембрану, внаслідок чого синтезується одна молекула АТФ. Одже, ланцюг перенесення електронів має три протонних насоси, що відпові-

оть трьом ділянкам спряження. Дихальний ланцюг тричі перетинаєj внутрішню мембрану, при цьому кожна пара електронів, що переносяться від НАД • Н₂ до кисню, виділяє три пари протонів із внутріш-| нього матрикса і переносить у міжмембранний простір. Цим зумовлене чергування в дихальному ланцюгу переносників протонів і електронів,]

Крім окислення, спряженого з процесами фосфорилювання та син* тезом АТФ, існує так зване еільнє або нефосфорплююче окислення.] Ферментні системи вільного окислення локалізовані на зовнішньому боці внутрішньої мембрани мітохондрій, а також на мембранах ендоплазматичного ретикулуму та інших клітинних органел. Вільне окис-| лення, як правило, процесами фосфорилювання та спряженими з ними процесами синтезу АТФ не супроводжується. Енергія, що утворюється в процесі вільного окислення, розсіюється у вигляді теплоти. Вважають, що система дихального ланцюга, яка забезпечує фосфорилююче окислення, може переключатись на процеси вільного окислення, що відіграє важливу роль у процесах адаптації організму до умов навколишнього середовища. Зокрема, досліджено, що при охолодженні організму фосфорилююче окислення послаблюється, а вільне окислення,! навпаки, посилюється. Внаслідок цього енергія окислення органічних сполук генерується на теплоту тіла, тобто в організмі існують механіз-j ми, що забезпечують зміну співвідношення між фосфорилююиим та вільним окисленням. Сполуки, що гальмують спряженість процесів

окислення та фосфорилювання, називаються роз'єднуючими факторами.

У ролі роз'єднувачів можуть виступати різні метаболіти, біологічно активні сполуки, хімічні аг,енти, лікарські препарати тощо. Так, гормон тироксин послаблює спряженість процесів окислення і фосфорилювання, а інсулін, навпаки, посилює даний процес. У зв'язку з цим при надмірній секреції тироксину внаслідок гіперфункції щитовидної залози, як правило, спостерігається підвищення температури, хворі погано переносять тепло. Із хімічних агентів у ролі роз'єднувачів виступають такі сполуки, як динітрофенол, дикумарини та ін. Значно послаблюють спряженість процесів окислення і фосфорилювання також токсини патогенних мікроорганізмів, які викликають інфекційні захворювання, що супроводжуються підвищенням температури. За цих умов лікарські препарати, такі як ацетилсаліцилова кислота, фенацетин та інші, згубно діють на збудників захворювань і сприяють відновленню спряження між процесами окислення та фосфорилювання, в результаті чого знижується температура організму.

Зміна співвідношення між процесами фосфорилюючого та вільного кислення досить важлива для тварин, які впадають в анабіоз. Процеси життєдіяльності в цих тварин підтримуються на низькому рівні й енергетичні витрати мінімальні, тому в них процеси вільного окислення переважають над фосфорилюючим окисленням. Такі тварини мають запаси бурого жиру, що містить велику кількість мітохондрій, які спеціалізуються на продукуванні теплоти, що зігріває кров. У вигляді роз'єднувачів у даному випадку є жирні кислоти, що утворюються при розщепленні жирів і надходять у кров. Як тільки запаси жиру вичерпуються, процеси фосфор плювання поновлюються і тварини виходять з анабіозу. Це досить часто трапляється з тваринами, в яких запаси жиру недостатні, внаслідок чого стан анабіозу припиняється серед зими.

Зміна співвідношення між процесами фосфорилюючого та вільного окислення відіграє важливу роль в адаптації організмів до зміни умов навколишнього середовища. Отже, основною сполукою, що відіграє вирішальну роль в енергозабезпеченні організму, є АТФ, синтез якої здійснюється спряжено з процесами окислення в організмі. Енергія, Що акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ, може бути використана для різних потреб організму, процесів синтезу, руху, транспорту іонів, виконання роботи. Це зумовлено тим, що АТФ може виступати не лише в ролі акумулятора енергії, але і її трансформатора та донора. АТФ відіграє провідну роль в енергообміні, що пов'язано з особливостями її будови. Завдяки наявності сильного негативного заряду, за рахунок іонізованих фосфатних груп, відбувається зближення пуринового циклу з залишками фосфату. При цьому стабільна енергія, що вивільнюється під час розриву макроергічних зв'язків у молекулі АТФ, передається на пуриновий цикл і траис<|)ормується на мобільну енергію збудження електронів системи спряжених подвійних зв'язків пуринового циклу. Це викликає перехід у збуджений стан електронів хіміч-

них сполук, що підлягають перетворенню, і надає ш підвищену реакційну здатність, створюючи потенційну можливість для зворотнього перетворення мобільної енергії збуджених електронів на стабільну енергію хімічних зв'язків. Трансформація стабільної енергії фосфоан-гідридних зв'язків на мобільну енергію збуджених електронів пуринового, циклу та зворотній процес — перетворення мобільної енергії збуджених електронів в стабільну енергію хімічних зв'язків органічних сполук є першим етапом перетворення енергії в живих системах.

При енергетичному обміні в організмі основною ланкою є аденілат-на система: АТФ та продукти її гідролізу — АДФ, АМФ, Ф_и і пірофос-фат. Ця система подібно до акумулятора може заряджатись енергією від певних генераторів і передавати її на інші сполуки, забезпечуючи процеси енергетичного обміну, тобто в організмі проходить постійне утворення АТФ (нагромадження енергії") та її розщеплення, що супроводжується вивільненням енергії:

При гідролізі АТФ утворюються молекула АДФ і неорганічний фосфат. Рівень зміни стандартної вільної енергії при цьому становить 37 — 42 кДж/моль. Під час гідролізу кінцевої фосфатної групи АДФ спостерігається близька величина зміни рівня стандартної вільної енергії, однак АДФ не є макроергічною сполукою, оскільки виділена енергія розсіюється у вигляді теплоти. При гідролізі АМФ рівень зміни стандартної вільної енергії становить 9,6 кДж/моль, тобто АМФ і АДФ не є макроергічними сполуками.

Крім схеми, наведеної вище, гідроліз АТФ може проходити з відщепленням двох залишків Фосфату:

Пірофосфат, що утворюється при цьому, є макроергічною сполукою, однак його використання в обмінних процесах обмежене в зв'язку з тим, що під час гідролізу його макроергічних зв'язків вивільнюється теплова енергія.

Запитання і вправи для самоконтролю

1. Які особливості обміну речовин та енергії в живих організмах?

2. Що таке основний, проміжний та внутрішньоклітинний обмін?

3. Які специфічні функції обміну?

4. Що таке асиміляція і дисиміляція?

5. Які реакції характерні для дисиміляції й асиміляції, особливості їх перебігу?

6. Що таке метаболізм і метаболіти?

7. На яких рівнях здійснюється спряження анаболічних і катаболічних .процесів?

8. Дати характеристику живих організмів залежно від використання ними джерел енергії та джерел вуглецевих сполук.

9. Які етапи вивільнення енергії хімічних зв'язків органічних сполук?

10. Що таке макроергічні сполуки і макроергічні зв'язки?

11. Що таке фосфорилююче окислення?

12. Дати характеристику систем вивільнення та акумулювання енергії залежно від принципу енергетичного спряження.

13. В чому суть сучасних уявлень про механізм тканинного дихання?

14. Дати характеристику та записати хімізм реакцій, що пояснюють механізм дії компонентів дихального ланцюга.

15. Пояснити особливості фосфорилюючого окислення на рівні субстрату та на рівні електронно-транспортного ланцюга.

16. Що є рушійною силою синтезу АТФ в процесі тканинного дихання?

17. Які механізми утворення електрохімічного градієнту протонів водню та яка роль його в синтезі АТФ?

18. Яка роль аденілатної системи в процесах акумулювання, трансформації та вивільнення енергії?

РОЗДІЛ X. ОБМІН БІЛКІВ

Обмін білків займає центральне місце серед усіх біохімічних процесів, які здійснюються в живому організмі. У процесах життєдіяльності білки не можуть бути замінені жирами, вуглеводами або іншими органічними сполуками. Це насамперед пояснюється тим, що саме білкові речовини необхідні для відтворення основних структурних елементів, для синтезу ферментів, гормонів та ряду інших біологічно активних речовин. Тривала відсутність білків у раціоні зумовлює значні патологічні зміни, що може призвести до смерті організму.

Динаміку обміну білків в організмі часто характеризують балансом азоту, оскільки основна маса азоту потрапляє в організм з білками їжі. Його визначають як різницю між кількістю азотовмісних речовин, які надходять з продуктами харчування, і кількістю азоту, що виділяється з організму з сечею й екскрементами. Баланс азоту може бути позитивним, негативний і дорівнювати нулю, тобто перебувати в динамічній рівновазі. Позитивний баланс азоту має місце тоді, коли в організм азоту вводиться більше, ніж виводиться. Процес позитивного балансу азоту характерний для дитячих організмів (інтенсивний розвиток, ріст), вагітних жінок, а також при швидкому рості пухлин і при інших станах організму, пов'язаних з інтенсивним синтезом білка. Негативний баланс азоту простежується тоді, коли в організм з їжею надходить менше азоту, ніж його виділяється. Такий стан організму Може мати місце при білковому голодуванні, деяких інфекційних захворюваннях, порушенні діяльності травного каналу і при старінні. І, нарешті, баланс азоту може дорівнювати нулю, тобто кількість азоту, яка надходить до організму, дорівнює кількості азоту, яка виділяється. Цей вид азотного балансу властивий переважно здоровим дорослим організмам при нормальному повноцінному білковому харчуванні.

Таблиця 19. Добова потреба людини а незамінних амінокислотах (у грамах по відношенню до триптофану)

Назва амінокислоти	Чоловіки	Жінки	Діти
Триптофан	1,0	1.0	1,0
Лізин	3,2	3,2	4,8
Метіонін	0,8-4,4	2,2	3,5
Лейцин	4,4	3,8	6,8
Ізолейцин	2,8	2,9	4,1
Валін	3,2	4,1	4,2
Треонін	3,0л	1,9	2,7
Фенілаланін	1,2—4,4	1,4	4,1

Вивчення балансу азоту має важливе значення при складанні раціонів для тих або інших видів організмів, зокрема включення до його складу необхідної кількості білка. Кількість білка в раціоні, необхідна для підтримування балансу азоту організму, дістала назву фізіологічного мінімуму. При визначенні кількості білка важливе значення має його біологічна повноцінність. Вважають, що білок виявляє належну повноцінність у тому випадку, коли кількість і співвідношення неза-j мінних амінокислот у його складі будуть оптимальними відносно по-^ треб організму. Потреба в амінокислотах для людських організмів різ-] ного віку і статі подана в табл. 19.

Вивчення вмісту білка в різних продуктах харчування показало, що його кількість коливається в досить широких межах (табл. 20).

Визначення добової потреби в білку для організму людини показало, що вона залежить від різних факторів: амінокислотного складу білків, віку людини, виду трудової діяльності тощо (табл. 21).

Добова потреба в білку різних видів тварин також різна (табл. 22).

Слід зазначити, що порушення норм споживання білків часто викликають захворювання організму. Це, очевидно, пояснюється тим, що при патологічному стані знижується синтез окремих амінокислот в ор-.' ганах і тканинах, порушується розщеплення білків у травному каналі і засвоєння амінокислот організмом.

Таблиця 20. Вміст білка в продуктах харчування

Трариііні продукти

Вміст білка. %

Рослинні продукти

Вміст білка.

М'ясо	16,5—25	Соя
Риба	17—20	Горох
Сир	14—36	Пшениця
Яйця	12—14	Кукурудза
Молоко	3,5	Картопля
Масло	0,5	Капуста Морква

9,5

2,0—5,0

1,1-г1,6

0,8—2'

І

Таблиця 2/. Добова потреба людини в білку

Групи людей за трудовою діяльністю	Стать	Вміст білка, г
Групи людей,	діяльність яких не пов'язана	Жінки	78 .
з фізичною працею	Чоловіки
Групи людей.	діяльність яких пов'язана з	Жінки
механізованою	працею	Чоловіки
Групи людей.	діяльність яких пов'язана з	Чоловіки
важкою немсханізованою працею	—	—
Студенти		Чоловіки
		Жінки
	Таблиця 22. Добова потреба тварин у білку
		Вміст білка, г/кг
	Вид тварин	живої маси
	Корова
	в період лактації	1,0
	в нелактаційний період	0,60—0,70
	Кінь	)
	під час роботи без фізичного навантажен-	1,20—1.42
	ня	0,70—0,80
	Свиня	1,0
	Вівця	1,0
	Коза	1,0

ПЕРЕТВОРЕННЯ БІЛКІВ У ТРАВНОМУ КАНАЛІ

Білки з їжі надходять до тканин організму лише після їх розщеплення до сполук, які позбавлені видової і тканинної специфічності. Такими сполуками є амінокислоти і, очевидно, окремі пептиди.

Розщеплення білків, що входять до складу їжі, починається в шлунку і закінчується в тонкій кишці. У ротовій порожнині білки не піддаються змінам, оскільки в слині відсутні протеолітичні ферменти.

У шлунку на білки діють соляна кислота і протеолітичний фермент шлункового соку — пепсин. У молодих тварин і дітей шлунковий сік містить ще один фермент — хімозин (ренін, сичуговий фермент).

Соляна кислота, що виділяється обкладними клітинами шлунка, забезпечує необхідну кислотність для каталітичної дії ферментів. Так, у людини рН шлункового соку дорівнює 1,5—2,5. У різних видів сільськогосподарських тварин кислотність шлункового соку коливається в межах 1,1—5,6 (у свиней 1,1—2,0, у великої рогатої худоби — 2,2— 3,1, в овець 1,9—5,6 і т. д.). Разом з цим соляна кислота каталізує процеси перетворення пепсиногену на пепсин, набухання і розпушування білків, що, в свою чергу, полегшує каталітичну дію ферментів, а

також запобігає розвитку в шлунку процесів гниття та бродіння. Шлунковий сік містить 0,4—0,5 % вільної соляної кислоти.

Пепсин утворюється в головних клітинах залоз слизової.оболонки шлунка в неактивній формі, тобто у вигляді проферменту — пепсино-гену. Останній перетворюється на пепсин під дією шлункового соку, а також під впливом самого пепсину — відбувається аутокаталітичний процес активації. Перетворення пепсиногену на пепсин пов'язано з відщепленням з N-кінця поліпептидного ланцюга пепсиногену 42 амінокислотних залишків у вигляді суміші пептидів, які можуть виступати як інгібітори пепсину. В цьому процесі із 16 залишків амінокислот пепсиногену, які мають основні властивості, 12 відщеплюються у складі пептидів, що зумовлює зниження ізоелектричної точки з 3,7 для пепсиногену до ~ 1,0 для пепсину.

Пепсин_ є_білком-фосфопротеїдом. який має високу каталітичну активність — 1 г кристалічного ферменту за 2 год може розщепити 50 кг денатурованого яєчного альбуміну. В 1 мл шлункового соку міститься близько 1 мг пепсину. Якщо взяти до уваги, що протягом доби в організмі людини утворюється до 2 л шлункового соку, можна зробити висновок, що головні клітини залоз слизової оболонки шлунка щодобово утворюють і виділяють 2 г пепсину. Отже, перетравлювальна активність шлункового соку щодо білкових речовин досить висока.

Пепсин діє на нативні і денатуровані білки. З високою швидкістю проходить гідролітичне розщеплення пептидних зв'язків, утворених за участю таких циклічних амінокислот, як фенілаланін і тирозин, а . також пептидних зв'язків між лейцином і глутаміновою кислотою або валіном.

Під дією пепсину відбувається гідролітичне розщеплення здебільшого внутрішніх пептидних зв'язків білка. Це підтверджується тим, що серед продуктів розщеплення виявлено пол'пептиди, які складаються з 4—10 і більшої кількості залишків амінокислот. Вільних амінокислот утворюється дуже незначна кількість. Продукти гідролізу білка іноді називають аяьбцжізами, пептонами або просто пептидами. У шлунках дітей і молодих тварин, як уже зазначалось, міститься фермент_хімозин, який специфічно діє на основний білок молока — ка-зеїноген, перетворюючи його на казеїн Останній за участю іонів кальцію перетворюється на сироподібну масу, на яку далі діє пепсин. Цей процес має досить важливе значення для молодих організмів, для яких молоко є основним продуктом харчування. Зсідання молока в шлунках дорослих організмів може проходити за участю пепсину.

(_Суміш пептидів, яка утворилась під дією пепсину, і молекули білка, що не розщепились у шлунку, надходять у тонку кишку, де під впливом комплексу ферментів підшлункової залози і слизової оболонки ки- І шок розщеплюються до амінокислот. Перетравлювання білків і пептидів проходить у порожнині кишок і на поверхні їх слизової оболонки

(пристінне перетравлювання). Допускають, що в порожнині кишок піддаються гідролітичниму розщепленню в основному молекули білка, а на поверхні слизової оболонки — молекули пептидів з різною кількістю залишків амінокислот.

У тонкій кишці, зокрема в дванадцятипалій кишці, дію пепсину продовжує фермент тглшсіш—Він міститься в соку, який виділяється підшлунковою залозою, в неактивній формі, тобто у вигляді трипсино-гену. Процес перетворення його в активну форму (трипсин) відбувається спочатку за участю ферменту кишкового соку — еитерокінази (ентеропептидази). Далі утворення трипсину із трипсиногену проходить аутокаталітично. Для процесу активації важливе значення мають іони Са²+. Перетворення трипсиногену на трипсин полягає у відщепленні від N-кінця неактивної форми ферменту гексапептиду: Вал — (А.сп)₄ — Ліз. Трипсин побудований з одного пол і пептидного ланцюга, який містить 229 залишків амінокислот і 6 дисульфідних зв'язків. Оптимальну активність він проявляє при рН = 7...8.

Трипсин діє гідролітично як на білки, що не розщепились у шлунку, так і на відносно високомолекулярні пептиди. При цьому він гідролі-зує пептидні зв'язки, утворені карбоксильними групами аргініну і лізину.

Іншим ферментом, який діє на пептиди в тонкій кишці, є хімотрип-син. Він виділяється з соком пілшлункової залози у вигляді хімотрип-синогену і є циклічним поліпептидом. Вважають, що перетворення його на активну форму — хімотрипсин — проходить через ряд етапів, внаслідок чого утворюється суміш а-, 0-, у,- v-хімотрипсинів.

Хімотрипсин гідролізує в основному пептидні зв'язки, утворені карбоксильними групами амінокислот фенілаланіну, тирозину і триптофану, а також метіоніном і лейцином. Оптимальна активність хімо-трипсину, як і трипсину, при рН = 7...8.

Далі розщеплення пептидів, які утворились під дією на білки ендо-пептидаз — пепсину, а потім трипсину і хімотрипсину, проходить за участю ферментів, які називаються екзопептидазами. Це амінопептидази, карбоксипептидазн і дипептидази. Ряд екзопептидаз єметалофер-ментами. Вони активуються іонами Mg²+, Mn²+, Со²⁺, Zn²+, які, очевидно, мають важливе значення для утворення фермент-субстратного комплексу. Екзопептидази виявлено в соку підшлункової залози 1 кишок, у клітинах слизової оболонки тонкої кишки, а також у печінці, нирках, молочній залозі і деяких інших органах.

Карбоксипептидазн, які каталізують процес відщеплення амінокислотних залишків з С-кінця пептидного ланцюга, синтезуються в підшлунковій залозі у вигляді прокарбоксипептидаз і активуються трипсином у тонкій кишці. Карбоксипептидаза А досить інтенсивно каталізує відщеплення залишків амінокислот' з ароматичними або аліфатичними бічними групами. Вона не виявляє високої субстратно! специфічності. Інший фермент — карбоксипептидаза В — діє лише

на пептиди, в яких С-кінцевими амінокислотними залишками є аргінін або лізин. До складу цих ферментів входять іони Zn'²+.

У слизовій оболонці тонкої кишки виявлено ферменти — амінопептидази, які каталізують відщеплення N-кінцевих залишків амінокислот за умови, що в них є вільна NH₂-rpyna. Представником цієї групи ферментів може бути лейцинамінопептидаза. Вона активується іонами цинку, магнію або марганцю, виявляє пептидазну й естеразну активність і здатна гідролізувати велику кількість субстратів. Однак цей фермент діє найактивніше, коли N-кінцевим залишком у пептиді є лейцин.

Під дією на пептиди карбокси- й амінопептидаз утворюються ди
пептиди, які за участю ферментів дипептидаз розщеплюються до амі
нокислот. *

Отже, білки в травному каналі внаслідок послідовної дії протеолітичних ферментів розщеплюються до структурних одиниць — амінокислот і невеликої кількості простих пептидів. Процесе розщеплення білків у травному каналі людини триває 8—12 год і залежить від природи білка, способу кулінарної обробки їжі, а також від активності ферментів.