Физиология и патология белкового обмена
Белки занимают центральное место в структуре живой материи и играют первостепенную роль в её функционировании. Число и разнообразие белковых молекул огромно, поэтому каждый живой организм имеет свой неповторимый набор белков. Основная масса белков является структурными компонентами клеток.
Белки выполняют в организме целый ряд важных функций: ускоряют химические реакции в клетке (каталитическая функция), участвуют в реализации генетической информации (самовоспроизведение и обновление), обеспечивают движение (мышечное сокращение), защищают организм от микробов, вирусов и от генетически чужеродных веществ (антитела), переносят гемоглобин, железо и другие вещества (транспортные белки), входят в состав рецепторов (сигнальная функция).
Из 5×106 видов белковых молекул организма человека к настоящему времени известно точное строение не более тысячи. К белкам относят макромолекулы с молекулярной массой от 5-6 тыс. до нескольких миллионов дальтон. Белковые макромолекулы с меньшей молекулярной массой называются полипептидами, а имеющие в составе менее 20 аминокислот - пептидами.
Многие пептиды обладают высокой биологической активностью. Среди них есть гормоны (вазопрессин, окситоцин, рилизинг-гормоны, гастрин, секретин и т.д.), вещества, регулирующие сосудистый тонус (ангиотензин, брадикинин), нейропептиды - регуляторы процессов нервной деятельности.
Источником белка для человека являются белки пищи. В пищеварительном канале под влиянием гидролитических ферментов они расщепляются до аминокислот и, таким образом, теряют свою видовую специфичность. Непереваренные белки поступают в нижние отделы кишок, где подвергаются бактериальному разложению. Образующиеся при этом ядовитые продукты (путресцин, кадаверин, фенол и т.д.) поступают в печень, где обезвреживаются. Всасывание аминокислот в тонкой кишке осуществляется активной транспортной системой. С током крови через воротную вену аминокислоты поступают в печень. Здесь часть аминокислот используется для синтеза белков печени, белков плазмы крови и других веществ. Оставшиеся аминокислоты поступают в кровь, а из неё - в клетки организма, где из них синтезируются необходимые для клеток белки.
Конечными продуктами белкового обмена являются мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин и др. Эти вещества выводятся из организма. Кроме того, с мочой постоянно выделяется некоторое количество аминокислот, не использованных в синтезе белка.
Не все белки пищи в равной мере удовлетворяют потребность организма в аминокислотах. Организм нуждается в определённом их составе. Некоторые аминокислоты не синтезируются в организме и поэтому обязательно должны содержаться в белках пищи (незаменимые аминокислоты). Дефицит в пище отдельных незаменимых аминокислот приводит к нарушению синтеза ряда белков и клинически проявляется в виде различных патологических состояний (табл. 12.1).
Потребность в незаменимых аминокислотах подвержена возрастным колебаниям. Дети, например, нуждаются в повышенных количествах лизина, треонина, лейцина, а также заменимых аминокислот - тирозина и цистина.
Таблица 12.1
Патологические явления, вызванные дефицитом некоторых незаменимых аминокислот
| Дефицит аминокислоты | Патологические явления |
| Триптофана | Катаракта (помутнение хрусталика, выпадение волос, поражение зубов, снижение массы тела) |
| Лизина | Поражение ЦНС (тошнота, головокружение, повышенная восприимчивость к шуму) |
| Лейцина | Лёгкая утомляемость, жажда, потеря аппетита, психическая подавленность, головная боль |
| Метионина | Жировая инфильтрация и дистрофия печени и почек |
| Холина | То же |
Потребность в аминокислотах резко возрастает при состояниях, сопровождающихся интенсификацией синтеза белка: беременности, лактации, после кровотечений, в период заживления ран и т.д. Аминокислоты в организме не депонируются, поэтому нормальный белковый обмен характеризуется определенным равновесием между скоростью синтеза белков и их распада. В растущем организме синтез белка превалирует, поэтому баланс азота положительный. В случаях преобладания процессов разрушения белков (голодание, инфекционные заболевания, ожоги и т.д.) - азотистый баланс отрицательный.
Исключение из пищи аминокислот (белков), в сочетании с дефицитом витаминов группы В в детском возрасте вызывает заболевание, получившее название квашиоркор. Квашиоркор распространен в странах, население которых употребляет с пищей преимущественно углеводы (Африка, Латинская Америка). Описаны случаи возникновения похожей патологии на фоне энтеритов (воспалительных заболеваний тонкого кишечника) и туберкулеза. При квашиоркоре в печени развивается жировая дистрофия, в поджелудочной железе - атрофические процессы. Атрофия развивается также в поперечнополосатой мускулатуре и в миокарде. В крови - гипопротеинемия и гипохромная анемия. В коже - нарушение процессов пигментации, она приобретает красный цвет (квашиоркор - «красный мальчик Кваши»). У 50% больных детей отмечаются дерматозы. Изменённая кожа трескается, обнажая легко ранимый слой эпителия. В этих условиях часто присоединяется инфекция. Клинически заболевание проявляется задержкой роста, отставанием в весе, отёками, нарушением пигментации, вялостью, апатией, анемией, расстройствами пищеварительной системы. Летальность заболевания очень высокая (30-40%). Лечение представляет трудную задачу, т.к. привычка ребёнка к определенной пище и постоянная рвота при употреблении других продуктов затрудняют поступление в организм достаточного количества белков. В таких случаях применяют парентерально белковые гидролизаты. Обязательно применение витаминов, в особенности: А, В1, В2 , В12, РР.
Очень часто патология белкового обмена сопутствует основному заболеванию. При этом нарушается содержание белка в плазме крови, что обозначается как гипо- и гиперпротеинемии.
Гипопротеинемии - снижение содержания плазменных белков - развиваются в следующих ситуациях: при недостаточном поступлении белков с пищей (голодание, алкоголизм, язвенная болезнь, опухоли пищевода); при недостаточном переваривании и всасывании пищевых белков (дизентерия, гастроэнтериты, диспепсии); при нарушении синтеза белков в печени (хронические и острые гепатиты, циррозы печени, жировая дистрофия печени); вследствие потери белков при заболеваниях почек (нефротический синдром). Общее количество плазменных белков снижается также при кровопотерях, обширных экссудатах, выпотах в серозные полости, тиреотоксикозе, сердечной недостаточности, злокачественных опухолях. Общий белок плазмы крови уменьшается, главным образом, за счёт фракции альбуминов.
Гиперпротеинемии возникают при сгущении крови в результате дегидратации, обусловленной обильным потоотделением, частыми поносами, неукротимой рвотой, тяжёлыми ожогами и т.д.
Общий белок крови может повышаться за счёт появления парапротеинов - «патологических белков». Обнаружение парапротеинов (например, при миеломной болезни) является диагностическим тестом.
Указанные патологические состояния, а также большое число других инфекционных и неинфекционных болезней, сопровождаются нарушениями соотношения белковых фракций крови - альбуминов, глобулинов. Это явление квалифицируют как диспротеинемии. Нарушения белковых фракций крови часто служит диагностическим и прогностическим целям.
Все указанные нарушения содержания плазменных белков требуют лечения основного заболевания.
Нарушения обмена белков могут носить первичный характер, т.е. являются следствием наследственных болезней. Это, в первую очередь, касается обмена аминокислот. При дефиците ферментов, участвующих в обмене аминокислот, существенно повышается концентрация какой-либо из них в крови и моче (фенилкетонурия, аргининемия и т.д.). Повышенное выведение аминокислот может возникнуть в результате нарушения их реабсорбции в почечных канальцах (гомоцистинурия).
Обмен аминокислот нарушается при наследственной патологии систем транспорта аминокислот. При этом уменьшается всасывание аминокислот в кишечнике и их реабсорбция в почках (цистинурия, аминоглицинурия, триптофанурия). Все эти заболевания характеризуются неблагоприятным течением и, в ряде случаев, заканчиваются ранним летальным исходом.