Содержание и распределение белков в организме

1. Содержание и распределение белков в организме

Общее количество белков в организме человека составляет в
среднем 45% от сухой массы тела.
В мышцах, лёгких и селезенке
на белки приходится 80-85%
от их сухой массы.
лёгкие
В костях на долю белков
приходится около 20% их
сухой массы.
селезенка
лопатка
мышцы
трубчатая кость

2. Время полуобновления белка

- это время за которое изменяется половина белков ткани.
В среднем время полуобновления белков в организме
человека составляет 80 дней.
Для различных тканей организма оно различно.
Для белков печени и плазмы
крови - 10 дней.
Для белков мышечной
ткани - 180 дней.

3. Незаменимые аминокислоты

Для человека абсолютно незаменимыми являются
8 аминокислот:
Вал, Лей, Иле, Лиз, Фен, Три, Тре, Мет.
Они должны поступать вместе с пищей.
Синтез Гис и Арг идет в организме человека, но его
объем недостаточен для покрытия потребности в
этих аминокислотах.
Для синтеза Тир и Цис необходимы две незаменимые
аминокислоты (Фен и Мет).
L-фенилаланин

4. Азотистый баланс

Азотистый баланс (АБ) – разница между азотом,
поступившим с белками пищи, и азотом,
выделившимся с мочой.
• В норме у здорового взрослого человека АБ=0,
т.е. наблюдается азотистое равновесие.
В норме у детей АБ>0, т.е. часть поступившего с
пищей азота остается в организме.
В норме у лиц старческого возраста АБ<0, т.е.
азот выводимый с мочой превышает количество
азота поступающего с пищей.

5. Нормы белка в питании

Физиологический минимум белка – это минимальное количество
белков пищевого рациона, поддерживающее азотистое равновесие.
В условиях смешанной пищи этот показатель равен 30-45 г в сутки.
Величина физиологического минимума зависит от полноценности
белков, которая определяется
1) способностью ферментов ЖКТ человека расщеплять белки до
аминокислот;
2) аминокислотным составом белков
Фиброин шёлка не расщепляется
ферментами желудка и кишечника.
Зеин (белок кукурузы) содержит
недостаточное количество лизина.

6. Нормы белка в питании

Количество белка из различных продуктов питания, обеспечивающее
азотистое равновесии, колеблется в широких пределах:
Куриное яйцо - 19,9 г
Картофель - 29,6 г
Белая мука - 42,1 г
Молоко - 24,4 г
Треска - 21,6 г
Овощная диета – 32,4 г
Суточное поступление белков с пищей при средних физических
нагрузках должно составлять 1 грамм на 1 кг массы тела
(международный стандарт).

7. Переваривание белков в ЖКТ

Обкладочные клетки
(секретируют HCl)
Главные клетки
(секретируют пепсиноген)
Желудок
Поджелудочная железа
Проток
поджелудочной
железы
pH=1-2,5
Пепсиноген
пепсин
G-клетки
(секретируют гастрин)
Экзокринные клетки
поджелудочной железы
HCl
Шероховатый ЭР
pH
7
Зимогены
Активные протеазы
Зимогеновые гранулы
Выводной проток
Ворсинки тонкого кишечника
Тонкий кишечник
Энтероциты
(всасывание аминокислот)

8. Переваривание белков в желудке

Под действием гормона гастрина обкладочные клетки и главные
клетки слизистой желудка секретируют свои продукты (HCl и
пепсиноген, соответственно).
pH желудочного сока 1 2,5
• антисептик
• денатурирующий агент
Пепсин
Пепсиноген
Фен
Три
Тир

9. Переваривание белков в тонком кишечнике

Холецистокинин стимулирует секрецию панкреатических ферментов в
тонкий кишечник: трипсиногена, химотрипсиногена и прокарбоксипептидаз A и B.
энтеропептидаза
трипсиноген
трипсин
трипсин
химотрипсиноген
химотрипсин
трипсин
прокарбоксипептидазы A и B
карбоксипептидазы A и B
Аминопептидаза и дипептидаза - протеолитические ферменты,
секретируемые клетками слизистой оболочки кишечника.
Аминопептидаза
Карбоксипептидазы A и B

10. Всасывание аминокислот в тонком кишечнике

Аминокислоты всасываются через эпителиальные клетки
ворсинок и поступают в капилляры.
ворсинка
Механизм всасывания – активный транспорт
– энергозависимый процесс.
капилляр
Существует не менее 5 транспортных систем,
обеспечивающих поступление в энтероциты
близких по структуре аминокислот:
1) нейтральных аминокислот с небольшими
радикалами (Сер, Ала, Цис и др);
2) нейтральных аминокислот с объемными
радикалами (Фен, Лей и др);
3) основных аминокислот (Арг, Лиз, Гис);
4) кислых аминокислот (Асп, Глу);
5) пролина.
Концентрация аминокислот в плазме крови составляет 35-65 мг/100 мл

11. Пополнение и расход аминокислотного пула

белки пищи
тканевые белки
эндогенный синтез
(для заменимых)
аминокислоты
белки
организма
распад до конечных
продуктов обмена
( NH 3 , CO2 , H 2 O )
синтез различных
небелковых веществ

12.

Общие пути катаболизма аминокислот
Внутриклеточные превращения аминокислот
трансаминирование
(перенос аминогруппы без
выделения аммиака)
дезаминирование
(потеря аминогруппы с
выделением аммиака)
прямое
декарбоксилирование
(потеря карбоксильной группы с
образованием биогенного амина)
непрямое

13.

Трансаминирование аминокислот
Ферменты: аминотрансферазы, кофактор - ПФ (В6)
R'
H
C COOH
NH2
аминокислота
+
R"
C COOH
O
R'
C COOH
O
+
R"
H
C COOH
NH2
кетокислота
В реакции участвуют все аминокислоты, за исключением
лизина и треонина.
Аспартатаминотрансфераза

14. Диагностические аминотрансферазы: АСТ и АЛТ

Аланинаминотрансфераза (АЛТ)
Нормы:
Аспартатаминотрансфераза (АСТ)
[АЛТ]кровь 15 ед.
[АСТ]кровь 20 ед.
[АЛТ]печень 140 000 ед.
[АЛТ]миокард 7 000 ед.
[АСТ]печень 44 000 ед.
[АСТ]миокард 150 000 ед.
Повышение активности аминотрансфераз в крови свидетельствует о
поражении той или иной ткани. Например, при инфаркте миокарда
уровень АСТ в крови через 3-5 часов повышается до 300-500 ед.

15. Дезаминирование аминокислот

Прямое
NH3 образуется при отщеплении
аминогруппы от аминокислоты.
1. окислительное
2. внутримолекулярное
Непрямое
(трансдезаминирование)
Аминогруппа переносится с
аминокислоты на другое
соединение, от которого в
дальнейшем
отщепляется
NH3.
3. гидролитическое
4. восстановительное
NH 3

16.

Прямое окислительное дезаминирование
Ферменты: оксидаза L-аминокислот, оксидаза D-аминокислот
кофактор – ФМН (B2)
кофактор – ФАД (B2)
оксидаза
H
R C COOH
NH2
Аминокислота
O2
H2O2
NH3
R C COOH
R C COOH
NH
Иминокислота
H2O
O
Кетокислота
Особенности:
Невысокая активность
оксидазы L-аминокислот.
Образование побочного
продукта – перекиси водорода.
Оксидаза L-аминокислот

17.

Прямое неокислительное дезаминирование
Гис, Сер и Тре подвергаются внутримолекулярному
дезаминированию
Гистидаза
Уроканиновая кислота
Гистидин
Уроканаза
-формамидо-L-глутаминовая кислота
Уроканаза
L глутамат, NH3 ,муравьиная кислота

18.

Непрямое окислительное дезаминирование
(трансдезаминирование)
Ферменты: 1 – аминотрансфераза, кофактор – ПФ (В6)
2 – глутаматдегидрогеназа, кофактор – НАД (В5)
H
R C COOH
кетоглутарат
NH2
NH3
H2O
1
иминоглутамат
2
R C COOH
O
глутамат
НАД +
НАДH2

19. Катаболизм аминокислот

Распад аминокислот обеспечивает 10-15% продукции
энергии в организме человека.
Судьба углеродных скелетов аминокислот
Ресинтез
аминокислот
Глюконеогенез
Кетогенез
CO2 и H2 O
20 метаболических путей приводят в образованию 6
соединений, каждое их которых вступает в ЦТК.

20. Общая схема катаболизма аминокислот

21. Синтез аминокислот в тканях

COO -
COO+
C O
H3N C H
CH2
CH2
CH2
CH2
COO Кетоглутарат
COOL-Глутамат
ПФ
COO C O
R
Кетокислота
аминотрансфераза
COO+
H3N C H
R
L-Аминокислота
Все заменимые аминокислоты могут быть
синтезированы в клетке
по этому пути.
L-Глутамат
является
донором аминогруппы.
Пиридоксальфосфат (ПФ)
– кофактор трансаминаз.

22. Биосинтез глутамата

Фермент: L-глутаматдегидрогеназа
кетоглутарат NH4 НАДФH L глутамат НАДФ H2 O
Гомогексамер глутаматдегидрогеназы
Митохондрия

23. -Декарбоксилирование аминокислот

-Декарбоксилирование аминокислот
Ферменты: декарбоксилазы, кофактор – ПФ (В6)
H
R C COOH
NH2
CO2
R CH2 NH2
Биогенный амин
L-тирозиндекарбоксилаза
В процессе декарбоксилирования участвуют лишь
те аминокислоты, которые служат источниками
для синтеза биогенных аминов организма.

24. Биогенные амины

Биогенные амины обладают высокой биологической
активностью и выполняют функции биорегуляторов
или нейромедиаторов.
Общий путь инактивации биогенных аминов –
окислительное дезаминирование.
Ферменты: моноаминооксидазы (MAO), диаминооксидазы
MAO
R CH2 NH2 H2 O O2
R HC O NH3 H2 O2
ФАД
Биогенный амин
Альдегид
Структура моноаминооксидазы,
связанной с липидным бислоем
мембраны.

25. Синтез гистамина и его функции

+
NH3
CH2 CH COO N
NH
Histidine
Гистамин оказывает сосудорасширяющее действие.
Гистамин принимает участие
в развитии воспалительной и
аллергической реакции.
histidine PLP
CO2
decarboxylase
+
NH3
CH2 CH2
N
NH
Histamine
Гистамин
стимулирует
секрецию соляной кислоты
в желудке.
Инактивация гистамина происходит путем его дезаминирования или
метилирования с образованием N-метилгистидина.

26. Синтез серотонина и его функции

+
NH3
CH2 CH COO
Tryptophan
N
H
+
NH3
HO
tryptophan
hydrolase
Серотонин является нейромедиатором ствола головного
мозга.
Серотонин – сильный
вазоконстриктор.
Серотонин – предшественник
мелатонина, гормона эпифиза.
CH2 CH COO
N
H
-
5-Hydroxytryptophan
aromatic PLP
CO2
amino acid
+
decarboxylase
NH3
CH2 CH2
HO
N
H
Serotonin
Инактивация серотонина происходит путем его дезаминирования или
метилирования.

27. Синтез допамина и его функции

+
NH3
HO
CH2 CH COO
-
Допамин - вазоконстриктор
Tyrosine
tyrosine
hydrolase
O2
H2O
HO
HO
+
NH3
CH2 CH COO
Dopa
aromatic
amino acid PLP CO
2
decarboxylase
HO
HO
+
NH3
CH2 CH2
Dopamine
-
Допамин – нейромедиатор
ствола мозга.

28. Синтез и функции норэпинефрина и эпинефрина

HO
+
NH3
HO
CH2 CH2
Норэпинефрин и эпинефрин медиаторы симпатической
нервной системы.
Dopamine
dopamine
hydrolase
O2
H2O
HO
HO
+
NH3
CH
CH2
OH
Norepinephrine
methylation
HO
Норэпинефрин и эпинефрин –
гормоны мозгового вещества
надпочечников.
Надпочечник
Почка
+
H2N CH3
HO
CH
OH
Кора
CH2
Epinephrine
Мозговое
вещество

29. Алифатические биогенные амины: -Аминомасляная кислота

Алифатические биогенные амины:
-Аминомасляная кислота
-
+
NH3
OOC CH2 CH2 CH COO
ГАМК – тормозный нейромедиатор
-
Glutamate
glutamate PLP CO
2
decarboxylase
-
+
NH3
OOC CH2 CH2 CH2
-Aminobutyrate
(GABA)
ГАМК рецептор
Недостаток ГАМК связывается с
эпилептическими припадками.
Аналоги ГАМК применяются в
лечении эпилепсии и гипертензии.

30. Алифатические биогенные амины

CO
2
Орнитин
Путресцин
CO
2
Лизин
Кадаверин
CO2
S аденозилметионин S аденозилгомоцистеинамин
Эти соединения используются в
синтезе полиаминов спермина и
спермидина, которые вовлечены в
упаковку ДНК и требуются в
больших
количествах
при
интенсивном делении клеток.

31. Обезвреживание аммиака

Системы безопасного транспорта аммиака по
крови в органы обезвреживания:
1) глутаминовая система – перенос аммиака в
печень и почки;
2) аспарагиновая система – перенос аммиака в
печень;
3)глюкозо-аланиновый цикл – перенос аммиака
из мышц в печень.
Защитный синтез мочевины в печени
Образование ионов аммония в почках

32. Глюкозо-аланиновый цикл

Аланин переносит аммиак из
скелетных мышц в печень.
Глюкоза
Пируват
гликолиз
Аланин
Глюкоза крови
Глутамат
АЛТ
Белки
мышц
Кетоглутарат
Аланин крови
Аланин
Кетоглутарат
АЛТ
Глюкоза
Пируват
глюконеогенез
Аминокислоты
NH 4
Глутамат
NH 4
Мочевина

33.

Обезвреживание аммиака в печени
I. Реакция активации аммиака:
Фермент: карбамоилфосфат синтетаза
NH3 CO2 2АTФ NH2 CO ~ Ф 2AДФ Фн
Карбамоилфосфат
Эта реакция происходит
в матриксе митохондрий.

34.

Цикл образования мочевины
(орнитиновый цикл)
карбамоил
фосфат
1
орнитин
АТФ
4
мочевина
аспарагиновая
кислота
цитруллин
АМФ+Ф Ф
аргининосукцинат
H 2O
аргинин
2
3
1
карбамоилфосфаторнитинтрансфераза
2
аргининосукцинатсинтетаза
3
аргининосукцинатлиаза
4
аргиназа
фумарат

35.

Суммарное уравнение синтеза мочевины
аспартат NH 3 CO2 3 АТФ 2 H 2 O
фумарат мочевина 2 АДФ АМФ ф~ф
H
H
H
N
N
C
O
H

36.

Причины снижения выделения
мочевины с мочой
(N = 25 – 30 г/сутки)
недостаток пищевого белка
функциональные нарушения печени
нарушения активности ферментов синтеза
нарушения выделительной функции почек
нарушения аммиак-транспортных систем крови
состояние метаболического ацидоза

37. Биосинтез серина

COOH
НАД+
НАДН+Н+
H C OH
H C O P
H
3-ФГК
Глутамат
COOH
Кетоглутарат
COOH
+
C O
фосфоглицератдегидрогеназа
CH2 O P
фосфосеринаминотрансфераза
H3N C H
фосфосеринфосфатаза
H2O
Pi
COOH
+
H3N C H
CH2 OH
Серин
Фосфосеринаминотрансфераза
CH2 O P

38. Схема образования одноуглеродных группировок, переносимых тетрагидрофолатом

H2C OH
HOOC CH2 NH2
НАД+
Глицин
HC NH2
НАДН+Н+
CO2
NH3
COOH
Серин
ТГФ
N5,N10-метилен-ТГФ
(-CH2-)
НАДФ+
НАДФН+Н+
H2O
N5,N10-метелин-ТГФ
(-CH=)
N5-формил-ТГФ
N10-формил-ТГФ
(-HC=O)
N5-формимино-ТГФ
(-CH=NH)
НАДН+Н+
НАД+
N5-метил-ТГФ
(-CH3)
ТГФ

39. Синтез S-аденозилметионина

COO -
NH2
+
H3N C H
CH2
H3C S
Метионин
+
O
O
O
N
H3N C H
N
N
CH2
N
O P O P O P O CH2 O
O
O
O
H H
H
H
АТФ
OH OH
NH2
+
N
N
CH2
COO -
PPi+Pi
S
Аденозилметионин
трансфераза
N
N
CH2
CH2 O
CH3
H
H
H
H
OH OH
S-аденозилметионин
Аденозилметионинтрансфераза

40. Реакция трансметилирования

COO +
H3N C H
N
N
N
CH2
CH2 O
CH3
H
H
H
H3N C H
R
R CH3
OH OH
S-аденозилметионин
N
N
CH2
S
N
N
CH2
Метилтрансфераза
H
NH2
+
N
CH2
S
COO -
NH2
CH2 O
H
H
H
H
OH OH
S-аденозилгомоцистеин

41. Образование цистеина и метионина

COO +
H3N C H
CH2
CH2
S
H2O
Adenosine
COO - N5-метил
ТГФ
+
ТГФ
H3N C H
B12
CH2
Гидролаза
CH2
Adenosine
S-аденозилгомоцистеин
Метионинсинтаза
COO +
H3N C H
CH2
CH2
H3C S
SH
Метионин
Гомоцистеин
COO +
H3N C H
CH2
SH
Цистеин
Метионинсинтаза

42. Образование тирозина из фенилаланина

H H
C C
НАД+
фенилаланин4-монооксигеназа
H
O2
+
NH3
CH2 CH COO
C C
H H
фенилаланин
H2O
H H
C C
НАДН+Н+
HO
+
NH3
CH2 CH COO
H
C
H
тирозин
Косубстрат реакции: тетрагидробиоптерин
Фенилаланин-4-монооксигеназа

43. Наследственные нарушения обмена фенилаланина и тирозина

Фенилкетонурия
Генетический дефект
фенилаланин-4-монооксигеназы
Алкаптонурия
Гомогентизиновая
кислота
Гомогентизатдиоксигеназа
Избыток фенилаланина
• Фенилпируват
• Фенилацетат
• фениллактат
Малеилацетоацетат
Токсичны для ЦНС

44. Катаболизм триптофана

Окисление
1%
Триптофан
Кинурениновый путь
99%
формилкинуренин
5-гидрокситриптофан
синтез
Серотонин
распад
Никотиновая
кислота
НАД , НАДФ
Глутарил-КоА
Ацетил КоА, CO2

45.

Гормональная регуляция обмена белков
катаболизм
кортизол
анаболизм
тестостерон
стимулирует
стимулирует
распад белков в
синтез белков
периферических тканях
(исключение печень)
инсулин
соматотропин
влияют
инсулиноподобный
на рост,
фактор роста -1
развитие
и дифференцировку клеток

46. Нарушения обмена аминокислот

Наследственные
заболевания
Генетический
дефект
гена фермента, участвующего в аминокислотном
обмене.
Вторичные нарушения
Развиваются в результате
другого заболевания или при
несбалансированном
питании.

47. Белковая недостаточность

Причины:
Дефицит белка или незаменимых аминокислот в пище
Нарушение усвоения белков пищи при заболеваниях
ЖКТ
Симптомы:
Отрицательный азотистый
баланс
Гипопротеинемия
Появление отеков

48. Витаминная недостаточность

I. C-авитаминоз
При недостатке витамина С нарушается гидроксилирование
остатков пролина в тропоколлагене, в результате чего
образуются дефектные коллагеновые волокна.
Снижение прочности стенок
сосудов, кровотечение в
органах и тканях; выпадение
зубов
Коллагеновые волокна

49. Витаминная недостаточность

II. B6-гиповитаминоз
В6-дефицит приводит к нарушению реакций
трансаминирования
и
декарбоксилирования
аминокислот, а также дезаминирования треонина и
серина.
B6-дефицит вызывает развитие дерматита и хейлита.

50. Витаминная недостаточность

III. Недостаток витамина B1
Дефицит B1 в клетках приводит к
биосинтеза заменимых аминокислот,
аспартат и глутамат.
нарушению
таких как
IV. Недостаток витаминов B9 и B12
Дефицит B9 и B12 приводит к нарушению функционирования
в клетках системы переноса одноуглеродных группировок.
Нарушение
биосинтеза
нуклеотидов и нуклеиновых
кислот;
Пернициозная анемия

51.

Нарушения обмена отдельных аминокислот
Нарушения
катаболизма
аминокислот
в
клетках
тканей
Нарушения
всасывания
аминокислот
в кишечнике
Нарушения
реабсорбции
аминокислот
в почечных
канальцах

52. Гистидинемия

Снижена активность фермента гистидазы, который
катализирует реакцию дезаминирования гистидина .
Повышенное содержание гистидина в крови и
в моче
Появление имидазолпирувата в крови и в моче
трансаминирование
Гистидин Имидазолпируват
Дети с дефектом гистидазы страдают умственной
отсталостью и дефектами речи.

53. Валинемия и тирозинемия

Валинемия
Тирозинемия
(Синдром Рихнера-Ханхарта)
Нарушение
синтеза
валинаминотрансферазы
приводит к повышению
содержания валина в
крови.
Дети страдают нарушением
умственного и физического
развития.
Валин
Дефект
тирозинтрансаминазы
вызывает
увеличение содержания
тирозина в крови.
Для детей характерны
поражения глаз и кожи, и
умственная отсталость.

54. Нарушения реабсорбции аминокислот в почках

Синдром Lowe
• общее нарушение реабсорбции аминокислот;
• заболеванием страдают только мальчики
Цистин-лизинурия
• повышенный уровень цистина, лизина, аргинина и
орнитина в моче;
• в почечных канальцах образуются цистиновые
камни, которые нарушают функцию почек
Цистиноз (синдром Fanconi)
• повышено выделение с мочой алифатических
аминокислот;
• повышено содержание цистина и цистеина в крови;
• отложение кристаллов цистеина в селезенке, почках
и др. органах.

55. Нарушения всасывания аминокислот в кишечнике

Синдром нарушения всасывания лизина
Синдром нарушения всасывания метионина
Болезнь Хартнупа
Эти заболевания приводят
к
развитию
белковой
недостаточности,
что
сопровождается задержкой
умственного и физического
развития ребенка.
Болезнь Хартнупа