Усвоение белков в желудочно - кишечном тракте (лекция № 14)

1.

БИОХИМИЯ
(для медицинских специальностей ВО)
Лекция № 14
Раздел
Обмен азотсодержащих соединений
Усвоение белков
в желудочно-кишечном тракте
НГМУ, кафедра медицинской химии
д.б.н., доцент Суменкова Дина Валерьевна

2.

Актуальность темы
Белки, или протеины (греч. protos – первый, важнейший) – одни
из основных компонентов пищи, источники аминокислот.
Аминокислоты и белки выполняют множество важных функций в
организме человека.
Все свойства и функции живого организма обеспечиваются
белками – «рабочими лошадками» организма. Биологические
события в клетке начинаются со взаимодействия белка со
специфическим лигандом, что служит сигналом для последующих
действий и реализации физиологических функций.
Жизнь – есть способ существования белковых тел,
существенным моментом которого является постоянный
обмен веществ с окружающей их внешней природой
Ф. Энгельс “Анти Дюринг”

3.

План лекции
Основные аспекты вопросов белкового
питания (роль белков, норма потребления, азотистый
баланс, пищевая ценность, причины и последствия
дефицита и избытка белка в пище)
Переваривание белков в ЖКТ
• Характеристика ферментов переваривания белков
• Синтез соляной кислоты
Всасывание аминокислот и транспорт в ткани
Нарушения переваривания белков. Гниение белков
и обезвреживание продуктов гниения

4.

Цель лекции
Знать:
Роль белков и аминокислот в организме человека. Норму
потребления белков и показатели их пищевой ценности. Виды
азотистого баланса. Причины и последствия дефицита и избытка
белка.
Химическую сущность процессов усвоения белков:
• характеристику ферментов переваривания белков
• роль соляной кислоты и её синтез
• механизмы всасывания аминокислот и транспорта в ткани
Причины и сущность процессов гниения белков в ЖКТ и
обезвреживания продуктов гниения.

5.

Основные
аспекты
вопросов
белкового
питания
РОЛЬ БЕЛКОВ И
АМИНОКИСЛОТ
НОРМА ПОТРЕБЛЕНИЯ
БЕЛКА
АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС
ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ
БЕЛКОВ
ДЕФИЦИТ И ИЗБЫТОК
БЕЛКА

6.

Роль белков
Белок пищи – источник аминокислот (особенно незаменимых)
Аминокислоты белков пищи – источник синтеза собственных
белков организма и других важных соединений (см. след. слайд)
Функции белков в организме человека:
строительная
каталитическая
сигнальная (рецепторная)
регуляторная
транспортная
сократительная (двигательная)
защитная
запасающая
энергетическая (4,2 ккал/г = 17,6 кДж/г)

7.

Роль аминокислот

8.

Норма потребления белка
Потребность в белке зависит от возраста, пола, роста/веса,
уровня физической активности
Средняя норма потребления белка по данным ВОЗ:
0,8 - 1 г/кг веса
(примерно две порции мяса/рыбы размером с ладонь)
из них 55% – животного белка
30-50 г/сут – для азотистого баланса
Продукты, богатые белком (более 15 %):
мясо, рыба, сыр, яйца, орехи, бобовые
Наибольшая усвояемость (95%) – белок яйца

9.

Азотистый баланс как показатель
белкового обмена
Белки содержат 95% азота организма
Азотистый баланс – разность между количеством азота,
поступающим с пищей, и количеством азота,
выделяющимся из организма в виде мочевины и
аммонийных солей
Виды азотистого баланса:
Азотистое равновесие (здоровые взрослые с
нормальным рационом питания)
Положительный азотистый баланс (дети,
беременные, обильное белковое питание, выздоровление)
Отрицательный азотистый баланс (голодание,
старение, тяжелые заболевания)

10.

Пищевая ценность белков:
полноценный и неполноценный белок
Пищевая ценность белка определяется
содержанием незаменимых аминокислот
способностью белков усваиваться в ЖКТ
Почему белок животного происхождения
должен составлять более 50% от общего
количества белка в пище?

11.

Животный или растительный белок?
Животный белок
Растительный белок
Продукты животного
происхождения содержат
до 20-30% белка
Продукты растительного
происхождения содержат
0,3 – 2% белка
Содержит незаменимые
аминокислоты
Усвояемость до 90%
Уступает по содержанию
незаменимых
аминокислот
Усвояемость до 70%

12.

Аминокислоты
Незаменимые
Валин
Лейцин
Изолейцин
Метионин
Фенилаланин
Триптофан
Лизин
Треонин
Условно
заменимые
Частично
заменимые
Цистеин (из мет)
Аргинин
Тирозин (из фен)
Гистидин

13.

Дефицит белка: причины
Голодание / нерациональное,
несбалансированное питание
Нарушение переваривания и всасывания
Заболевания, сопровождающиеся
усиленным катаболизмом белка (ожоги,
травмы, опухоли, инфекции)

14.

Последствия дефицита белка
Цирроз печени
Анемия
Поражение почек
Атрофия поджелудочной железы
Нарушение функции нервной системы
Нарушения функций эндокринной системы
Нарушение синтеза пигментов
Задержка роста и умственного развития
Пример: квашиоркор («золотой мальчик» с языка населения
Ганы) в Африке

15.

Квашиоркор – тяжелая форма
алиментарной дистрофии
Отрицательный азотистый баланс
Нарушение переваривания
Стеаторея, гиповитаминозы
Гипогликемия
Тест на толерантность к глюкозе:
диабетический тип сахарной кривой
Гипоальбуминемия, отеки, асцит
Жировая инфильтрация печени
Нарушение пигментации кожи
Задержка роста и развития
Иммунодефицит
Изменение состава костной ткани
Эндокринные нарушения

16.

Последствия избыточного
поступления белка
Гниение белка в кишечнике
Нагрузка на печень (обезвреживание
аммиака и других продуктов гниения) и
почки (выведение продуктов обмена)
Остеопороз (вымывание кальция из
костной ткани)

17.

Переваривание
и всасывание
белков в ЖКТ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ФЕРМЕНТОВ
ПЕРЕВАРИВАНИЯ
СОЛЯНАЯ КИСЛОТА
МЕХАНИЗМЫ ВСАСЫВАНИЯ
АМИНОКИСЛОТ

18.

Переваривание белков пищи в ЖКТ
Переваривание белков пищи – расщепление на мономеры
Денатурация – под действием соляной кислоты
Гидролиз пептидных связей – под действием гидролаз
(экзо- и эндопептидаз)
Субстратная специфичность пептидаз – относительная
Механизм регуляции активности – частичный протеолиз
Почему пептидазы желудка и
поджелудочной железы секретируются в
неактивной форме?

19.

20.

Активация пепсина

21.

Активация трипсина

22.

Активация других пептидаз
при участии трипсина

23.

Специфичность пептидаз

24.

Составьте характеристику пищеварительных пептидаз по плану:
1. Место синтеза
2. Место работы
3. Класс, подкласс
4. Катализируемая реакция (субстрат, продукты)
5. Механизм активации
6. Оптимальное значение рН

25.

Желудочный сок
Ферменты желудочного сока
Пепсин (рН 1.5 - 2)
Гастриксин (рН 3.2 – 3.5, дети, молочно-растительная диета)
Реннин, или химозин (рН 5 – 6) (см. след. слайд)
Кислотность желудочного сока
рН желудочного сока у взрослых в норме – 1.5 – 2
рН желудочного сока у детей сразу после рождения около 6,
затем в течение 6-12 часов снижается до 1-2, к концу первой
недели и до года – 5-6 (кислотность обеспечивается в основном
молочной кислотой), до 4-7 лет – 2.5
Фактор Касла (гликомукопротеид, способствующий всасыванию вит.
В12 в тонком кишечнике)

26.

Переваривание белка молока у детей
Субстрат реннина – белок молока казеин
Денатурированный казеин
подвергается действию
гастриксина
У взрослых денатурация казеина
происходит под действием HCl

27.

Роль соляной кислоты
Активация пепсиногена
Создание оптимального рН для пепсина
Денатурация белка
Высвобождение железа из комплекса с белками
Стимуляция секреции панкреатического сока
Бактерицидное действие

28.

Факторы защиты желудка от соляной кислоты
Гликолипиды, гликопротеины мембран
Слизь (муцины - гликопротеины)
рН 5-6 в пристеночном слое за счет HCO3 Быстрая регенерация эпителия

29.

Синтез соляной кислоты (HCl)

30.

Этапы синтеза соляной кислоты
Образование гистамина (декарбоксилирование гистидина)
Передача сигнала гистамина в париетальные клетки
Гликогенолиз и гидролиз ТАГ в париетальной клетке
Гликолиз и окислительное декарбоксилирование пирувата
Окисление жирных кислот
Цикл Кребса
Тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование
Образование угольной кислоты и её диссоциация
Транспорт протонов и хлорид-ионов в полость желудка

31.

Нейрогуморальная регуляция секреции HCl
Блуждающий нерв и гастрин стимулируют высвобождение
из тучных и энтерохромаффиноподобных клеток гистамина –
главного регулятора секреции HCl
Гистамин передает сигнал в париетальные клетки по
аденилатциклазному механизму (активация протеинкиназы А)
Гастрин и ацетилхолин повышают уровень кальция в клетке
(активация кальций-зависимой протеинкиназы)
Простагландины и соматостатин снижают уровень цАМФ
Соматостатин снижает секрецию гистамина и гастрина

32.

Охарактеризуйте все этапы синтеза соляной
кислоты в двух вариантах:
1) с использованием гликогена в качестве источника
образования всех необходимых веществ (СО2, Н2О, АТФ)
2) с использованием жира в качестве источника всех
необходимых веществ (СО2, Н2О, АТФ)
Охарактеризуйте все метаболические процессы
энергетического обмена, протекающие в париетальной
клетке для синтеза соляной кислоты, укажите ключевые
ферменты и реакции, конечные продукты.

33.

Транспорт аминокислот в ткани

34.

Гниение белков в кишечнике
Превращения аминокислот (дезаминирование,
декарбоксилирование) под действием ферментов микрофлоры
толстого кишечника с образованием различных соединений:
нейромедиаторов (серотонин, гистамин)
токсинов (скатол, индол, крезол, фенол, кадаверин, путресцин,
меркаптаны, метан, сероводород)
Причины активации гниения:
нарушение переваривания белков и всасывания аминокислот
(дефицит пептидаз, HCl, поражение слизистой)
избыточное потребление белка
Последствия гниения: интоксикация, колебания АД, снижение
аппетита, головные боли и пр.

35.

Примеры гниения

36.

Обезвреживание токсичных продуктов
гниения в печени
Этапы обезвреживания:
Гидроксилирование при участии ферментов
микросомальной системы окисления (монооксигеназы),
цитохрома Р-450, железа и НАДФН2
Конъюгация с гидрофильным соединением при участии
трансфераз
глюкуроновая кислота (УДФ-глюкуронат и
глюкуронилтрансфераза)
серная кислота (ФАФС – фосфоаденозилфосфосульфат и
сульфотрансфераза)
глутатион и глутатионтрансфераза
или метилирование (при участии SAM и метилтрансферазы),
ацетилирование (при участии ацетил-KoA и
ацетилтрансферазы)

37.

Обезвреживание продуктов гниения
тирозина и триптофана в печени

38.

Нарушения усвоения белков
Целиакия – наследственное заболевание, связанное
с непереносимостью глютена (белка клейковины
злаков) и приводящее к атрофии щеточной каемки.
Повышенная проницаемость кишечной
стенки для пептидов («дырявый кишечник») и
связанные с этим пищевые аллергии.
Причины: воспалительные процессы в кишечнике из-за
нарушения желчеотделения, гельминтозов,
дисбактериозов, поражения слизистой оболочки
токсинами и др.

39.

Литература
1. Биологическая химия с упражнениями и задачами:
учебник / ред. С. Е. Северин. - М.: ГЭОТАР-Медиа,
2013. - 624 с. (С. 407 – 428)
2. Биохимия: учебник для ВУЗов / Е. С. Северин -М.:
ГЭОТАР-Медиа, 2007. -784 с. (С. 458-475)
В презентации использованы рисунки из учебника 2, а также сайта biokhimija.ru