Министерство здравоохранения РФ
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 ^ .
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).
^
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:
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:
Биологическая ценность белков. Незаменимые аминокислоты.
Нормы белка в питании у детей. Азотистый баланс, его виды, значение.
Переваривание и всасывание белков в ЖКТ. Гниение белков в кишечнике.
Пути использования аминокислот в организме после всасывания.
Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот.
Трансаминирование, биологическое значение. Диагностическое значение определения активности трансаминаз.
Определение свободного аминного азота в сыворотке крови нингидриновым методом, значение для клинической практики.
^
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.
^
«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.
«нулевой» – азотистое равновесие.
«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.
^ – 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.
Б
(смеси полипептидов)
 елок 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:
При декарбоксилировании аминокислот возможно образование соответствующих нередко ядовитых аминов.
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:
Синтез специфических белков тканей, плазмы крови, ферментов, гормонов.
Синтез углеводов (глюконеогенез).
Синтез липидов.
Синтез гистамина, серотонина, креатина, порфиринов, холина, адреналина, пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов.
Синтез мочевины.
Оставшиеся неиспользованные аминокислоты подвергаются распаду с выделением энергии (10-15%).
Общие пути распада аминокислот:
Дезаминирование.
Декарбоксилирование.
Трансаминирование.
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
C ^
Глутаминовая кислота ГАМК
декарбоксилаза (ФП)
Декарбоксилаза (ФП)
Глутаминовая кислота оказывает тормозящее действие на деятельность ЦНС, что используется в клинике при лечении некоторых заболеваний ЦНС.
Накапливаться биогенные амины не могут, так как это может вызвать серьезные нарушения в организме, поэтому в печени биогенные амины обезвреживаются с образованием соответствующих альдегидов и образованием аммиака при участии ферментов моноамино- и диаминооксидаз (ФАД-содержащие ферменты). Ингибиторы МАО нашли применение при лечении шизофрении, гипертонической болезни.
Дезаминирование – процесс потери аминокислотой аминогруппы. В организме подвергается этому процессу только глутаминовая кислота, т.к. существует активный фермент глутаматдегидрогеназа (ГДГ), расщепляющий ее.
Остальные аминокислоты подвергаются непрямому дезаминированию.
1. Окислительное дезаминирование
(ГДГ)
2. Непрямое дезаминирование – это процесс дезаминирования путем трансаминирования. На первой стадии происходит трансаминирование с α-кетоглутаровой кислотой при участии трансаминаз с образованием глутаминовой кислоты, которая при участии активной ГДГ окислительно дезаминируется с образованием аммиака.
Трансаминирование – процесс переноса аминогруппы с α-аминокислоты на кетокислоту при участии ферментов трансаминаз, коферментом которых является фосфопиридоксаль (В6 ).
Реакция протекает в две стадии:
Реакцию трансаминирования катализируют высокоактивные аминотрансферазы: аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ), которые обладают субстратной специфичностью.
В крови активность трансаминаз сравнительно низкая, а органы и ткани характеризуются высокой активностью этих ферментов. При заболеваниях, сопровождающихся деструкцией клеток, происходит выход ферментов в кровь и повышение их активности. Определение активности АЛТ и АСТ имеет большое диагностическое значение. При инфекционном гепатите повышается активность АЛТ, а при инфаркте миокарда резко повышается АСТ. Важно, что при гепатитах активность АЛТ возрастает еще в дожелтушный период развития болезни. Инфекционные и токсические миокардиты характеризуются повышением АСТ, это же самое наблюдается при операциях на сердце. Таким образом, определение активности трансаминаз имеет не только диагностическое, но и прогностическое значение, а также используется в дифференциальной диагностике, особенно болезней печени и сердца.
^ исходного уровня знаний проводится путем ответов на вопросы тест- и программированного контроля, решения ситуационных задач, выполнения реферативных работ, затем проводится пост-тест путем опроса на контрольном занятии.
^ студентам по выполнению программы самоподготовки:
ознакомьтесь с целями практического занятия и самоподготовки;
восстановите приобретенные на предыдущих курсах и ранее изученным темам знания;
усвойте основные понятия и положения, касающиеся темы занятия;
проанализируйте проделанную работу, сделайте расчеты и выводы.
|
