Занятие1. Обмен и функции аминокислот
Ставропольская государственная медицинская академия
Кафедра биологической химии
Лабораторно – практические занятия
По биологической химии
«ОБМЕН И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ»
Учебное пособие
Ставрополь 2005
УДК 577. 1 (075.8)
БКК 28.072 Я 73
Б63
Н.Я. Марушевская, Н.П. Гузеева, А.С. Смирнова, И.Л. Литвиненко,
С.Ш. Рогова, Г.М. Кремнева, Л.В. Романова.
Лабораторно-практические занятия по биологической химии. Учебное пособие – Ставрополь, Изд.: СГМА.,2005, С. 174
Под общей редакцией профессора В.И. Ефременко.
Предлагаемое учебное пособие предназначено для студентов педиатрического и стоматологического факультетов медицинских вузов. Материалы пособия соответствуют программе по биологической химии для студентов медицинских вузов. (Москва, ГОУ ВУНМЦ, 2000г). В учебном пособии кратко представлены теоретические положения основных разделов биологической химии, задания студентам к лабораторным занятиям, вопросы контроля и самоконтроля знаний, а также некоторые методики определения биохимических компонентов крови и других биологических жидкостей и тканей.
В представленном учебном пособии рассматриваются на современном уровне молекулярные основы функционирования клеток, органов и организме в целом, что совершенно необходимо при изучении клинических дисциплин и при профессиональной врачебной деятельности.
УДК 577. 1 (075.8)
БКК 28.072 Я 73
Б63
Рецензенты: к.х.н., доцент В.И.Гончаров – зав. каф. бионеорганической и биоорганической химии.
Занятие1. Обмен и функции аминокислот.
Лабораторная работа:
Определить свободный аминный азот в сыворотке крови нингидриновым методом (методика прилагается).
Актуальность темы.
Каждый врач должен знать, что белки являются важнейшей составной частью клеток любого живого организма. Белкам принадлежит решающая роль во всех процессах жизнедеятельности. Белки составляют значительную часть тканей живого организма. В связи с этим надо знать, что определяет биологическую ценность белков, заменимые и незаменимые аминокислоты, их использование в организме после всасывания, нормы белка в питании, виды и значение азотистого баланса; как в организме осуществляются процессы декарбоксилирования, трансаминирования, дезаминирования аминокислот и их биологическое значение. В связи с этим определение свободного аминного азота в сыворотке крови имеет большое клиническое значение.
Учебные и воспитательные цели:
1. Общая цель занятия: выработать умения использовать знания об обмене аминокислот в практической медицине.
2. Частные цели занятия:
- сформировать умения по определению свободного аминного азота в сыворотке крови нингидриновым методом (методика прилагается).
Вопросы для самоконтроля:
1. Биологическая ценность белков. Незаменимые аминокислоты.
2. Нормы белка в питании у детей. Азотистый баланс, его виды, значение.
3. Переваривание и всасывание белков в ЖКТ. Гниение белков в кишечнике.
4. Пути использования аминокислот в организме после всасывания.
5. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот.
6. Трансаминирование, биологическое значение. Диагностическое значение определения активности трансаминаз.
7. Определение свободного аминного азота в сыворотке крови нингидриновым методом, значение для клинической практики.
Аннотация по теме занятия.
Белки – высокомолекулярные азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот, связанных пептидными связями, - являются носителями жизни. Роль белков: транспортная, защитная, каталитическая, структурная, сократительная, регуляторная, рецепторная, энергетическая.
Состояние белкового обмена организма зависит не только от количества принимаемого белка, но и от его качественного состава. Те белки, которые по аминокислотному составу близки к аминокислотному составу организма, лучше подвергаются гидролизу в желудочно – кишечном тракте (ЖКТ), т.е. степень их усвоения большая. Эти белки являются биологически более ценными. Они содержат более полный ассортимент незаменимых аминокислот. К таким белкам относятся белки животного происхождения: мясо, рыба, молоко и т.д.
В организме могут синтезироваться только некоторые аминокислоты, а те которые не синтезируются, называются незаменимыми. Для детей до 3-месячного возраста их 10: лейцин, изолейцин, лизин, треонин, триптофан, фенилаланин, гистидин, цистин, аргинин и валин. У взрослого организма 8 аминокислот являются незаменимыми (аргинин и гистидин – условно незаменимые).
Основная масса азота в пище приходится на белки. При обмене белка, содержащийся в нем азот выделяется из организма в виде азотистых веществ. Для изучения и понимания хода и состояния обмена белков большое значение имеет определение азотистого баланса – это разница между количеством поступившего в организм азота и выведенного в виде конечных азотистых продуктов.
Виды азотистого баланса:
1.«положительный» – если азота выведено меньше, чем введено, т.е. азот задерживается в организме (в норме это имеет место у беременных, в растущем организме). При этом происходит накопление белков в тех или иных органах и тканях.
2.«нулевой» – азотистое равновесие.
3.«отрицательный» – если азота выведено больше, чем введено. Это значит, что в организме идет распад белков органов и тканей, который не компенсируется белками пищи. Он наблюдается при заболеваниях, связанных с усиленным распадом белков тканей, в старческом возрасте.
Коэффициент изнашивания – это результат ежесуточного распада тканевого белка, который равняется 23,2 г. Определен он был на добровольцах, у которых на 8-10 день безбелковой диеты начинает выделяться постоянное количество азота (53 мг в сутки на 1 кг массы тела).
Определив физиологический минимум белка, равный 30-45 г в сутки, при котором в организме устанавливается азотистое равновесие, ученые научно обосновали и рекомендовали суточную потребность белка, равную 100-120 г, однако она зависит от многих факторов: возраста, вида выполняемой работы, физиологических и патологических состояний и т.д. Потребность в белке у детей: 1-3 года – 4,0 г/кг массы, 11-13 лет – 2,5 г/кг массы, 14-17 лет – 1,8 г/кг массы.
Переваривание белков в ЖКТ следует рассматривать как начальный этап обмена веществ, при котором белки лишаются видовой специфичности и в виде аминокислот усваиваются организмом. Ферменты ЖКТ осуществляют поэтапное расщепление пептидных связей белковой молекулы.
|
Белок альбумозы Пептоны
 |
Трипсин, химотрипсин
Полипептиды
 |
Пептиды пептидазы аминокислоты
 |
Эндопептидазы:пепсин, реннин (у детей), гастриксин, трипсин, химотрипсин, эластаза – синтезируются в неактивной форме. Механизм активирования связан с отщеплением концевого пептида, приводящее к формированию трехмерной структуры и образованию активного центра ферментов. Трипсин разрывает пептидные связи, образованные основными аминокислотами: лизином и аргинином, пепсин – между циклическими аминокислотами, реннин – створаживает молоко.
Экзопептидазы:
Карбоксипептидазы синтезируются в виде предшественников в поджелудочной железе, содержат Zn, разрывают пептидные связи, образованные концевыми ароматическими аминокислотами. Под влиянием протеолитических ферментов образуются аминокислоты, которые всасываются в кишечнике, либо диффузно, либо путем активного транспорта.
Гниение белков в кишечнике: под влиянием микрофлоры нижнего отдела кишечника некоторые аминокислоты могут подвергаться превращениям до аминов, жирных кислот, спиртов, фенолов, сероводорода и др.
Общее направление этих реакций:
1. При декарбоксилировании аминокислот возможно образование соответствующих нередко ядовитых аминов.
2. При дезаминировании возникают насыщенные и ненасыщенные кислоты, кетокислоты, оксикислоты.
Путресцин образуется при декарбоксилировании орнитина, а кадаверин – из лизина. Они относятся к группе трупных ядов. Выводятся из организма через почки с мочой почти в неизменном виде. Выделение путресцина и кадаверина с мочой наблюдается при холере, дизентерии и т.д.
Фенол и крезол образуются из тирозина. После всасывания они обезвреживаются в печени. Происходит это либо за счет связывания с Н2SО4, либо с глюкуроновой кислотой. В результате образуются парные серные-, или фенол- или крезолглюкуроновые кислоты. Они называются еще эфиро-серными кислотами и являются постоянными составными частями мочи. Серная кислота присоединяется в виде активной формы, формируя фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС), глюкуроновая кислота – уридиндифосфата глюкуроновой кислоты (УДФГК).
Индол и скатол образуется при декарбоксилировании из триптофана. Они обуславливают специфический запах кала, являются ядовитыми веществами и обезвреживаются в печени.
Пути использования аминокислот после всасывания:
1. Синтез специфических белков тканей, плазмы крови, ферментов, гормонов.
2. Синтез углеводов (глюконеогенез).
3. Синтез липидов.
4. Синтез гистамина, серотонина, креатина, порфиринов, холина, адреналина, пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов.
5. Синтез мочевины.
6. Оставшиеся неиспользованные аминокислоты подвергаются распаду с выделением энергии (10-15%).
Общие пути распада аминокислот:
1. Дезаминирование.
2. Декарбоксилирование.
3. Трансаминирование.
4. Взаимопревращение.
Декарбоксилирование – процесс отщепления группы СО2 при участии декарбоксилаз, небелковый компонент которых фосфопиридоксаль (ФП), фосфорное производное витамина В6. В результате образуются биогенные амины, обладающие мощной фармакологической активностью.
Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, развития аллергии, токсикоза беременности.
Гистамин обладает сосудорасширяющим действием, вызывая расширение сосудов в очаге воспаления, ускоряет приток лейкоцитов (активация защитных сил организма), повышает секрецию соляной кислоты в желудке, в связи с чем показано использование антигистаминных препаратов (димедрол, пипольфен и др.). Гистамин считают медиатором боли.
СО2
COOH-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH COOH-CH2-CH2-CH2(NH2)