Тема 4.8. ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ

Цель занятия. Сформировать знания о питательной ценности белковой пищи, механизмах ферментативного переваривания белков в желудочно-кишечном тракте, всасывании аминокислот (АК), их промежуточном обмене. Уметь применять полученные знания для анализа патологических состояний, связанных с нарушением белкового питания или обмена аминокислот в организме. Ознакомиться с методом количественного определения кислотности желудочного сока. Научиться определять активность трансаминаз в сыворотке крови.

Исходный уровень. Биологические функции белков, уровни структурной организации белка, физико-химические свойства белков, классификация аминокислот (курс биоорганической химии и биологической химии), топология и строение желез пищеварительного тракта (курс физиологии).

Повторить. Биосинтез белка. Общие пути катаболизма, ЦПЭ, классификация ферментов, обмен углеводов. Типы активации ферментов. Структурные формулы основных аминокислот.

 

Содержание теоретического материала. 1. Белковое питание. Суточное поступление белков с пищей. Полноценность белкового питания. Незаменимые аминокислоты. Азотистый баланс. 2. Этапы переваривания белков в желудочно-кишечном тракте. Избирательность гидролиза пептидных связей различными пептидазами. Диагностическое значение биохимического анализа желудочного сока. Всасывание аминокислот и пути их использования в организме. Гниение полипептидов и метаболизм АК в толстом отделе кишечнике. Механизм обезвреживания токсичных продуктов распада тирозина и триптофана путем конъюгации в печени с глюкуроновой и серной кислотами. (*)3. Возрастная характеристика процессов переваривания и всасывания белков. Характеристика белковой диеты детей разного возраста. Белковая недостаточность. Квашиоркор. 4. Катаболизм аминокислот. Типы дезаминирования. Окислительное дезаминирование: прямое и непрямое. Значение реакций трансаминирования. Судьба безазотистых остатков аминокислот. 5. Декарбоксилирование аминокислот. Образование биогенных аминов и механизмы их обезвреживания.

 

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1) Полноценность белкового питания зависит от состава и соотношения аминокислот в белках и определяется наличием незаменимых аминокислот.

2) В отличие от углеводов и жиров аминокислоты и белки в организме не запасаются. Существует биохимически обоснованный фонд или пул аминокислот.

3) Основная часть эндогенных и экзогенных аминокислот в организме (~80%) используется для биосинтеза белка.

4) Ферменты, осуществляющие переваривание белков называются пептидазами (эндо- и экзопептидазами) или протеазами и секретируются в виде проферментов. Проферменты секретируются в слизистой желудка или в поджелудочной железе, а активируются частичным протеолизом – в полости желудка или тонкого кишечника соответственно.

5) Большинство ферментов панкреатического сока активируются трипсином, активная форма которого образуется при участии энтеропептидазы.

6) Катаболизм аминокислот начинается с процесса удаления аминогруппы. Общее количество аминокислот при этом уменьшается.

7) Большинство аминокислот подвергаются в клетке непрямому дезаминированию, протекающему в две стадии: трансаминирование с α-кетоглутаровой кислотой (в цитозоле) и окислительное дезаминирование Глу (в митохондриях).

7) Трансаминирование – это один из начальных этапов метаболизма аминокислот. Образующиеся из них, в результате трансаминирования, кетокислоты могут затем окисляться в ЦТК, использоваться для глюконеогенеза, участвовать в синтезе заменимых аминокислот, т.к. реакции трансаминирования обратимы. Количество аминокислот при трансаминировании не изменяется.

8) Безазотистые остатки всех 20 аминокислот сводятся, в конечном счете, к пяти продуктам, которые вступают в общий путь катаболизма.

9) Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК, могут обеспечить глюконеогенез – гликогенные. АМК, которые проходят стадию ацетоацетата и могут быть источниками кетоновых тел – кетогенные.

10) При декарбоксилировании некоторых аминокислот образуются биологически активные вещества (амины), выполняющие разнообразные функции в организме (гормоны, медиаторы передачи нервного импульса и т.д.).

11) Обезвреживание биогенных аминов может протекать двумя путями: дезаминирование под действием МАО (моноаминоксидаза; кофермент – ФАД) и метилирование с участием SАМ (S-аденозилметионин).

12) Нарушение обмена биогенных аминов может быть одной из причин ряда заболеваний: депрессивных состояний (в нервной системе понижено содержание дофамина и норадреналина), паркинсонизма, шизофрении (в височной доле мозга содержание дофамина повышено) и др.

 

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Что понимают под азотистым балансом? Что такое состояние азотистого равновесия, положительный азотистый баланс, отрицательный азотистый баланс? Когда они наблюдаются?

2. Какова суточная потребность в белках взрослого организма и организма детей разного возраста?

3. Перечислите не менее десяти ферментов, участвующих в переваривании пищевых белков, содержащиеся в желудочном, панкреатическом, кишечном соках взрослых и детей.

4. Какова роль соляной кислоты в пищеварении? Перечислите четыре вида кислотности желудочного сока и их нормальные величины.

5. В чем заключается биологическое значение выделения протеолитических ферментов пищеварительных соков в неактивной форме?

6. Что такое гниение белков в кишечнике? Для чего оно нужно? Перечислите токсические продукты гниения белков.

7. Где и как обезвреживаются ядовитые продукты гниения белков, возникающие в толстом кишечнике? Напишите химические реакции обезвреживания индола с помощью УДФГК и фенола с помощью ФАФС.

8. Что такое дезаминирование? Какие существуют четыре типа дезаминирования? Напишите дезаминирование глутаминовой кислоты. Какой фермент катализирует этот процесс? К какому классу он относится?

9. Что понимают под непрямым дезаминированием?

10. Какова роль процесса трансаминирования в обмене веществ? Напишите трансаминирование аланина с α-ктоглутаровой кислотой. Какой фермент катализирует этот процесс? К какому классу он относится?

11. Какова судьба безазотистого остатка аминокислот? Что представляют собой конечные продукты распада простых белков?

12. Почему при инфаркте миокарда и гепатите увеличивается активность аминотрансфераз АлАТ и АсАТ в крови больных? Каковы нормальные значения активности этих ферментов в сыворотке крови?

13. Укажите состояние азотистого баланса у беременной женщины и у ребенка:

а) положительный; б) отрицательный; в) равновесие.

14. Животных длительное время содержали на белковой диете с искусственной смесью аминокислот, в которой отсутствовали глутаминовая, аспарагиновая кислоты и серин, однако нарушений в развитии этих животных не обнаружили. Как можно объяснить этот факт? Ответ подтвердите реакциями.

15. Дан пептид: Ала – Гли – Тир – Тре – Арг – Вал – Иле. Укажите, какие связи преимущественно расщепляются в пептиде перечисленными ферментами:

а) карбоксипептидаза; б) химотрипсин; в) трипсин; г) пепсин.

16. Выберите процессы, в которых участвует безазотистый остаток аминокислот.

1. Синтез заменимых аминокислот; 2. Окисление до СО₂ и Н₂О; 3. Синтез глюкозы;

4. Синтез кетоновых тел.

17. Проследите пути превращения Асп, поступившей с пищей в организм человека. Для этого ответь на вопросы.

1. Аспарагиновая кислота – это заменимая или незаменимая аминокислота?

2. Напишите реакцию дезаминирования Асп.

3. К какой группе аминокислот по судьбе безазотистого остатка относится Асп? Напишите схему, подтверждающую Ваш ответ.

18. Что лежит в основе деления аминокислот на кетогенные и гликогенные? Заменимые, незаменимые, условно заменимые и частично заменимые?

19. Определить возможность синтеза глюкозы из серина. Рассчитайте, сколько моль серина необходимо для синтеза 11 моль глюкозы.

20. Изучите содержание и подготовтесь к выполнению лабораторных работ «Определение активности аспартатаминотрансферазы (аланинаминотрансферазы) по методу Райтмана-Френкеля» и «Качественный анализ желудочного сока».

 

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) – С. 330-351.

(2) – С. 409-451; (3) – С. 227-243; (4) – 1т. С. 306-309, 2т. С. 286-290, 296-298.

 

 

Тема 4.9. ОБРАЗОВАНИЕ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА.                   ОБМЕН ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ

Цель занятия. Сформировать представления о путях образования аммиака в организме и механизмах его обезвреживания. Уметь анализировать патологические состояния, связанные с нарушением обмена отдельных аминокислот в организме. Познакомиться с методом определения концентрации мочевины в сыворотке крови.

Исходный уровень. Химическое строение аминокислот (курс биоорганической химии).

Повторить. Гниение белков в толстом кишечнике, трансаминирование и дезаминирование аминокислот, обезвреживание биогенных аминов.

 

Содержание теоретического материала. 1. Обмен аммиака. Четыре основных источники образования аммиака в организме. Реакции обезвреживания аммиака в клетках: синтез глутамина, глутаминовой кислоты, биосинтез мочевины, выведение почками солей аммония. 2. Орнитиновый цикл мочевинообразования – основной путь обезвреживания аммиака в печени. Характеристика процесса: значение, локализация, регуляторный фермент, энергетические затраты, происхождение атомов азота мочевины, связь с общим путем катаболизма. Нарушения синтеза и выведения мочевины. (*)3. Возрастная направленность использования аммиака в организме детей. Физиологическая протеинурия и креатинурия. 4. Обмен отдельных аминокислот. Биосинтез глицина и серина. Роль тетрагидрофолиевой кислоты как переносчика одноуглеродных групп во многих реакциях. Синтез креатина. Пути превращения метионина. Значение реакций трансметилирования. Образование S-аденозилметионина. Основные пути превращения триптофана, фенилаланина и тирозина в организме. 5. Наследственные заболевания, связанные с нарушением обмена аминокислот в организме.

 

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1) Основное количество аммиака образуется при дезаминировании аминокислот, а также при катаболизме других азотсодержащих соединений (нуклеотидов, биогенных аминов, гниения аминокислот в кишечнике).

2) Образование аммиака происходит во всех тканях. Главная реакция обезвреживания – синтез глутамина (наиболее активно в мышцах, мозге и печени). Аммиак переносится из всех тканей преимущественно в виде глутамина.

3) Первая аминогруппа мочевины вводится в орнитиновый цикл в виде аммиака, а вторая из аспарагиновой кислоты. При этом молекула аммиака активируется за счет СО₂ и АТФ с образованием карбомоилфосфата.

4. В орнитиновом цикле аспарагиновая кислота превращается через фумарат, поэтому фонд аспартата поддерживается на постоянном уровне через реакции ЦТК.

5) Производные ТГФК переносят одноуглеродные группы, которые используются для синтеза многих соединений: тимидиловой кислоты, пуринового ядра, серина и глицина, метионина.

6) Реакция превращения фенилаланина в тирозин под действием фенилаланингидроксилазы - основной путь метаболизма фенилаланина и единственный для синтеза тирозина.

7) Тирозин в разных тканях метаболизирует по-разному: в печени и других тканях распадается до фумарата и ацетоацетата, в мозговом слое надпочечников является предшественником катехоламинов, в меланоцитах – меланинов, в щитовидной железе – тиреоидных гормонов.

 

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Какими путями и где в организме образуется аммиак? Каковы механизмы его детоксикации?

2. Назовите аминокислоту, в виде которой аммиак переносится из мозга в печень: 1. Глицин; 2. Серин; 3. Аланин; 4. Глутамин; 5. Метионин; 6. Фенилаланин.

3. Напишите процесс синтеза мочевины. Назовите действующие ферменты и классы, к которым они относятся. Назовите ключевой фермент.

4. Назовите метаболиты цикла мочевины, образующиеся в митохондриях:

1. Аргининосукцинат; 2. Карбомоилфосфат; 3. Аргинин; 4. Цитруллин; 5. Мочевина.

5. Для чего используются аминокислоты в организме? Что такое гликогенные аминокислоты и кетогенные аминокислот? Назовите не менее двух кетогенных аминокислот.

6. При распаде какой аминокислоты образуется глицин? Напишите распад глицина. Для построения, каких веществ используется эта аминокислота?

7. Напишите формулу креатина. Обведите часть молекулы, происходящую из глицина. Какова роль креатина в организме?

8. Для чего используется сера метионина? Для образования каких веществ используется метильная группа метионина?

9. Напишите схему реакций превращения метионина в цистеин. Назовите ферменты, катализирующие это превращение. Какой для этого необходим кофермент?

10. Напишите формулы окисленного и восстановленного SS-глутатиона. Каковы функции глутатиона в организме и какие аминокислоты участвуют в его образовании?

11. Напишите реакцию, катализируемую фенилаланинмонооксигеназой. К какому классу относится этот фермент? Какое заболевание возникает при недостаточной активности этого фермента?

12. Напишите схему распада гомогентизиновой кислоты до фумаровой и ацетоуксусной кислот. Какое заболевание развивается при блоке катаболизма тирозина на этой стадии?

13. Какие гормоны образуются в надпочечниках и щитовидной железе из тирозина? Напишите их формулы.

14. Из чего образуется меланин? Что такое альбинизм и какова его причина?

15. Предшественником, какого витамина и каких коферментов является триптофан? От присутствия какого витамина зависит нормальный путь распада триптофана? Какой медиатор и гормон образуются из триптофана?

16. Нарушения каких реакций (А, Б, В ,Г, Д) могут вызвать следующие заболевания:

1. Альбинизм.                                               А. Фенилаланин→фенилпируват.

2. Алкаптонурия.                                         Б. Фенилаланин→тирозин.

3. Миксидема (гипотиреоз).                       В. Тирозин→тироксин.

4. Фенилкетонурия.                                     Г. Гомогентизиновая кислота→                                                     фумарилацетоацетат.

                                                                       Д. Тирозин→меланины.

17. Оцените правильность утверждения. Генетический дефект фенилаланингидроксилазы проявляется как наследственная болезнь – фенилкетонурия, потому что в отсутствие фермента в крови уменьшается содержание фенилаланина.

18. При гриппе у детей может возникнуть тяжелая гипераммониемия, сопровождающаяся рвотой, потерей сознания, судорогами. Обнаружено, что вирус гриппа может вызвать нарушение синтеза карбамоилфосфатсинтетазы I. Концентрация каких веществ в крови при этом увеличится?

19. Укажите роль триптофана в названных биохимических процессах: синтез холина, синтез никотинамида, синтез серотонина, синтез мелатонина.

20. На схему обмена веществ нанесите основные процессы обмена белков. Покажите стрелками взаимосвязь с обменами углеводов и липидов, выделите регуляторные реакции и ключевые ферменты.

21. Изучите содержание и подготовтесь к выполнению лабораторной работы «Определение концентрации мочевины в сыворотке крови».

 

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) - С. 351-356; (2) - С. 451-468; (3) - С. 253-255, 243-252; (4) - 1т. С. 299-305, 309-316, 343-355.

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: