Похожие презентации:
11_Obmen_aminokislot_Sintz_mocheviny
1. Обмен аминокислот. Дезаминирование и трансаминирование аминокислот. Обезвреживание аммиака. Образование и выведение мочевины.
Лекция для специальности 31.05.02 Педиатрияподготовлена доцентом ИФОИТМ ТГМУ О. А. Артюковой
2020 – 2021 учебный год
2. Основные вопросы лекции:
Роль белков в питании человека. Азотистый баланс и его виды.Катаболизм белков.
Пул аминокислот в клетке.
Прямое окислительное дезаминирование аминокислот.
Трансаминирование аминокислот. Роль аминотрансфераз.
Введение аминокислот в общий путь катаболизма и глюконеогенез.
Судьба безазотистого остатка аминокислот. Кетогенные и гликогенные
аминокислоты. Синтез заменимых аминокислот. Глюкозо-аланиновый цикл:
схема, место протекания, биологическая роль.
Токсичность аммиака, пути его образования и способы утилизации.
Цикл мочевинообразования
Количество выводимой мочевины/сут.
3. Белки – высокомолекулярные органические полимеры, построенные из аминокислот, связанных между собой пептидными связями.
Белки занимают ведущееместо среди органических
элементов, на их долю
приходится
> 50 % массы клетки.
В отличие от глюкозы и ТАГ,
белки и аминокислоты не
способны резервироваться
в клетке (организме) и находятся
в динамическом равновесии.
В организме человека
~15 кг белков, выполняющих
разнообразные функции:
4. Ежесуточно в организме человека обновляется около 1-2% всех белков (300 г/сут )
Из-за непрерывного процессаразрушения и образования происходит
обновление белков, скорость которого
неодинакова для различных тканей.
С наибольшей скоростью обновляются
белки печени,
слизистой ЖКТ,
плазмы крови.
Медленнее обновляются белки
мозга, сердца и половых желез;
еще медленнее обновляются
белки мышц, кожи и опорных
тканей (костной, хрящевой).
За 35 дней (в среднем)
обновляются все белки организма.
5. Обновление белков организма.
БелокАминокислоты
1/3 распадается
необратимо
Белки пищи
2/3 повторный
синтез белка
6. Пул (фонд) свободных аминокислот.
В жидких средах организма(плазма крови, межклеточная
и внутриклеточная жидкости)
постоянно имеется
определенное количество
свободных аминокислот.
Они образуют
аминокислотный пул.
Аминокислоты– связующее
звено между процессами
распада и синтеза белков,
азотсодержащих
и других соединений
в организме.
7. Азотистый баланс.
О состоянии обеспеченности организма белком/аминокислотамисудят по азотистому балансу – количественному соотношению
вводимого N (белки пищи) и выводимого N в составе метаболитов/сут.
Виды азотистого
баланса
Положительный
N ввод >N вывод
N задерживается
в организме
(синтез белка)
Равновесие
N ввод = N вывод
Отрицательный
N ввод < N вывод
N выводится
из организма
(распад белка)
8.
Факторы, влияющиена интенсивность
азотистого обмена
Экзогенные
Характер питания
Количество
пищевого белка
Эндогенные
Возраст, физиология,
состояние ЖКТ и др.
Качественный
состав пищевого
белка
9.
10. Поступление белков с пищей
Белковое голодание приводит к распаду белковсобственных тканей (резерва нет!), прежде всего:
- печени,
- плазмы крови,
- слизистой ЖКТ,
- мышц.
Образующиеся при распаде белков аминокислоты обеспечивают синтез
белков клетки, ферментов, гормонов, БАВ.
Избыток белка в рационе приводит
1) к увеличению выведения конечных продуктов азотистого обмена,
2) к усилению гнилостных процессов в ЖКТ.
11. Качественный состав белка зависит от состава аминокислот
Протеиногенныеаминокислоты
20
Заменимые 12
Незаменимые 8
Возможен синтез
в организме
Синтез в организме
невозможен
ТРИ, ФЕН,
ЛИЗ, ТРЕ,
МЕТ, ЛЕЙ,
ИЛЕЙ, ВАЛ
12. Биологическая ценность белка определяется его аминокислотным составом
Чем ближе аминокислотный составпищевого белка к аминокислотному
составу нашего организма,
тем выше его ценность
Белки животного происхождения
более ценные!
Эталонный белок – белок куриного яйца.
13. Проявление недостаточности белка в рационе.
Квашиоркор - форма белковойнедостаточности, развивающаяся
при однообразном питании продуктами
растительного происхождения с малым
содержанием белка.
Встречается среди населения стран
тропического и субтропического пояса
Африки, Латинской Америки и
Юго-Восточной Азии.
Этим заболеванием страдают дети в
возрасте 1-5 лет.
Проявления: отставание в росте,
поражение печени, кожи,
атония мышц и т.п.
14. Недостаточность аминокислот в организме.
Недостаточностьаминокислот развивается при
- полном голодании,
- частичном голодании,
- получении только
растительных белков.
Аминокислота
Проявление недостаточности
Лизин
Головокружение, тошнота,
чувствительность к шуму
Аргинин
Атрофия семенников,
гипоспермия
Метионин
Жировая
инфильтрация печени
15. Протеолиз – распад белков до аминокислот.
Протеолитические ферменты, осуществляющие гидролизпептидной связи, объединяют термином пептидазы.
Экзопептидазы - отщепляют по 1 аминокислоте с N или С конца
полипептидной цепи;
Эндопептидазы – воздействуют на пептидные связи внутри полипептидной
цепи (протеиназы или протеазы).
Для усвоения организмом пищевых белков необходимо
их полное расщепление до аминокислот в ЖКТ
(всасываются только аминокислоты, т.к. лишены антигенных свойств!)
В ЖКТ происходит тотальный протеолиз, благодаря определенным условиям:
- набору ферментов,
- оптимуму рН,
- регуляции последовательности процессов.
16. Переваривание белков в ЖКТ.
Ротовая полость:не содержит ферментов
переваривания белков, здесь
осуществляется механическое
дробление белковой пищи.
Желудок:
Основная пищеварительная
функция желудка заключается
в том, что в нём начинается
переваривание белка.
Желудочный сок – секрет желез
слизистой оболочки желудка.
Объем /сут
1,5 - 2 л
Hcl
300 - 400 моль
Ферменты
0,5 - 1,15 г
Белки (муцин)
7г
Бикарбонаты,
Nacl, фосфат
45 ммоль/л
17. Образование и функции соляной кислоты.
Образование соляной кислоты идетв обкладочных клетках желудка.
Образование требует АТФ.
Важную роль играет фермент
карбоангидраза.
Функции Hcl:
активация пепсиногена,
создание оптимума рН,
денатурация белков,
бактерицидное действие.
18. Изменения концентрации Hcl в желудочном соке нарушает процессы протеолиза в ЖКТ.
Проявление измененияконцентрации Hcl
Гиперацидное состояние
гиперхлоргидрия
Гипоацидное состояние
гипохлоргидрия,
ахлоргидрия,
ахилия
Причиной кислотозависимых заболеваний может стать:
разбалансировка функционирования механизмов кислотопродукции;
недостаточная эффективность сфинктеров;
неправильные питание или образ жизни.
19. Ферменты желудочного сока. Пепсин (оптимум рН 1,5–2). .
Образуется из профермента пепсиногена путем частичного протеолиза.Пепсин - эндопептидаза, осуществляет гидролиз пептидных связей внутри
белковой молекулы, образованных аминокислотами ГЛУ, АСП,ТИР,ФЕН.
Протеолиз белков пепсином приводит к образованию олигопептидов.
20. Пепсин является основным ферментом, с помощью которого происходит протеолиз в желудке.
Пепсин является основным ферментом,с помощью которого происходит протеолиз в желудке.
Существует несколько изоформ пепсина, каждая из которых
воздействует на свой класс белков:
Пепсиноген I продуцируется железами слизистой оболочки дна желудка,
превращается в пепсин и наиболее активен при рН =1,5-2,0.
Пепсиноген II продуцируется кардиальной, антральной и дуоденальной слизистой,
превращаются в пепсин и активен при рН = 4,5.
Реннин (химозин, сычужный фермент) –
эндопептидаза, оптимум рН 4,5;
вызывает створаживание молока
в присутствии Са2+.
Есть только у детей грудного возраста.
В желудке взрослых людей реннина нет,
молоко створаживается под действием НСl.
21. Переваривание белков в тонком кишечнике осуществляется ферментами панкреатического происхождения.
В поджелудочной железе синтезируются проферменты(неактивная форма) ряда протеаз:
трипсиноген
химотрипсиноген
проэластаза
прокарбоксипептидазы А и В.
В кишечнике они превращаются в активные ферменты
путем частичного протеолиза:
трипсин
химотрипсин
эластаза
карбоксипептидазы А и В.
22. Активация трипсиногена.
Активация трипсиногена происходитпутем частичного протеолиза под
действием фермента эпителия кишечника.
Трипсиноген (поджелудочная железа)
энтеропептидаза (тонкий кишечник)
Трипсин
Трипсин – эндопептидаза, гидролизует
пептидные связи, образованные ЛИЗ, АРГ.
оптимум рН 7,8-8,4 (за счет бикарбонатов).
Остальные проферменты панкреатических
протеаз активируются трипсином.
23. Ферменты кишечного сока (оптимум рН 6,5 - 8,3)
Ферменты кишечного сокасинтезируются клетками тонкого
кишечник в активной форме.
Аминопептидазы
последовательно отщепляют
N-концевые аминокислоты
пептидной цепи.
Дипептидазы расщепляют
дипептиды на аминокислоты.
В результате последовательного
действия всех пищеварительных
протеаз большинство белков пищи
расщепляется до аминокислот
(тотальный протеолиз).
24. Механизмы защиты клеток ЖКТ от действия протеаз.
Механизмы защиты клеток ЖКТ от действия протеаз.Протеолитические ферменты образуются в виде неактивных
предшественников и активируются после секреции в просвете ЖКТ.
Место синтеза и место действия фермента пространственно разделены!
Протеазы не контактируют с белками клеток.
Каждая клетка содержит на наружной поверхности мембраны полисахариды
(слизь), которые не расщепляются протеазами и тем самым защищают клетку
от их действия.
Разрушение клеточных белков
протеазами происходит при
язвенной болезни желудка и
двенадцатиперстной кишки.
25. Транспорт аминокислот через мембрану.
Аминокислоты быстровсасываются в кишечнике.
Max концентрация в крови достигается
через 30-50 мин после приёма пищи.
Всасывание аминокислот активный транспорт, требующий
затраты энергии (Nа+, К+ -АТФ-аза).
Аминокислоты поступают в энтероцит
путём симпорта с Na+.
Далее специфическая транслоказа
переносит аминокислоту через
мембрану в кровь.
26. Нарушение переваривания белков и транспорта аминокислот
Продукты полностью переваренного белка (аминокислоты) лишеныантигенных свойств и иммунных реакций не вызывают.
Небольшую долю продуктов переваривания белка составляют
негидролизованные короткие пептиды. У некоторых людей (детей)
возникает иммунная реакция на приём белка.
Целиакия характеризуется повышенной чувствительностью
к глютену (белку клейковины зёрен злаков). Глютен оказывает токсическое
действие на слизистую оболочку тонкой кишки, что приводит к её
патологическим изменениям и нарушению всасывания.
Цистинурия (болезнь Хартнапа) возникают вследствие дефекта
переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках.
У этих больных нарушены транспорт аминокислот и их метаболизм
в клетках.
27. Гниение аминокислот в кишечнике. Обезвреживание и выведение продуктов гниения.
Аминокислоты, не всосавшиеся в ЖКТ, используютсяанаэробной микрофлорой толстой кишки.
Ферменты бактерий расщепляют аминокислоты и
превращают их в амины, фенол, индол, скатол, Н2S
и другие ядовитые соединения - происходит процесс
гниения белков в кишечнике.
Всосавшиеся продукты гниения по воротной
вене поступают в печень, где обезвреживаются.
28. Применение протеолитических ферментов и их ингибиторов.
При снижении секреторнойфункции ЖКТ назначаются
препараты ферментов.
Патологии, обусловленные или
сопровождающиеся чрезмерной
активацией ферментных систем
(острый панкреатит) требуют
лечения ингибиторами трипсина.
29. Катаболизм аминокислот
Аминокислоты,образующиеся
при переваривании
белков
и поступающие
в клетки тканей,
подвергаются
катаболизму
или синтезу белков
и различных
биологически
активных веществ.
30. Общие и специфические пути катаболизма аминокислот.
- NH2Дезаминирование
- СО2
Декарбоксилирование
Кроме общих путей обмена, характерных для большинства
аминокислот, существуют специфические пути превращения.
Пути обмена различных аминокислот многочисленны и разнообразны.
Превращения некоторых аминокислот приводят к синтезу БАВ и
во многом определяют физиологическое состояние организма.
Многие наследственные заболевания связаны с генетическими
нарушениями некоторых из этих путей.
31. Дезаминирование аминокислот. Поток азота в ходе катаболизма аминокислот.
Аминокислоты, поступающиев организм в количествах,
превышающих потребности,
не могут запасаться,
однако они и не удаляются из
организма в неизмененном виде.
NH2-группы аминокислот
отщепляются в процессе
переаминирования
(трансаминирования) или
окислительного дезаминирования.
Углеродный скелет аминокислот
переходит в состав метаболитов.
32. Катаболизм аминокислот начинается с удаления аминогруппы.
Катаболизм аминокислот начинается с удаления аминогруппы.Анаэробное прямое окислительное дезаминирование:
возможно только для ГЛУ,
катализируется глутаматдегидрогеназой.
Фермент имеется в митохондриях всех клеток (кроме мышц!)
Этот тип дезаминирования связан с трансаминированием.
33. Дезаминирование через стадию трансаминирования -
это реакции переноса NH2-группы с аминокислоты на α-кетокислоту,в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота.
Процесс обратим.
Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы,
кофермент пиридоксальфосфат(ПФ) - производное витамина В6.
Аминотрансферазы обнаружены в цитоплазме и митохондриях
клеток печени, мышц, мозга и др. (обнаружено >10 аминотрансфераз).
Общую теорию механизма трансаминирования разработали советские
биохимики во главе с академиком А.Е. Браунштейном (1937).
34. В наиболее значимых реакциях трансаминирования участвуют аспартатаминотрансфераза (АСТ) аланинаминотрансфераза (АЛТ)
Особенности и значение процесса:Процесс идет через образование промежуточных соединений
(шиффовых оснований) без высвобождения NH3.
Углеродный остаток может включаться в ЦТК (ЩУК, α-кетоглутарат).
Возможен синтез 10 заменимых аминокислот.
35. Клинико-диагностическое значение определения активности аминотрансфераз крови.
В крови определяют активность аланинаминотрансферазы (АлАТ, АЛТ),аспартатаминотрансферазы (АсАТ, АСТ)
- с целью диагностики заболеваний,
- с целью прогноза течения заболевания,
- с целью контроля за эффективностью лечения.
В норме активность ферментов в крови очень низкая!
АЛТ 0,1–0,68 мкмоль/мл/час
АСТ 0 - 0,45 мкмоль/мл/час
Коэффициент де Ритиса
АСТ/АЛТ = 1,33 (норма)
36. Локализация аминотрансфераз в клетке
Причины повышения активностиаминотрансфераз в крови:
↑ АЛТ свидетельствует о нарушении
проницаемости клеточной мембраны
(активация ПОЛ, незначительные
повреждения клеток, воспаление).
↑ АСТ свидетельствует о нарушении
целостности клеточных органелл,
цитолизе (гибель клеток, некроз тканей).
Цитоплазма: АЛТ > АСТ
Митохондрии: АСТ > АЛТ
37. Изменение активности АЛТ и АСТ в крови при заболеваниях печени и миокарда
Гепатит:Активность АЛТ > АСТ
Коэффициент де Ритиса < 1,33
Инфаркт миокарда:
Активность АСТ > АЛТ Активность АСТ
резко повышается (в 20 - 30 раз) через
3-5 часов после болевого приступа.
Коэффициент де Ритиса > 1,33
(Биохимия с упражнениями и задачами: Учебник/Под ред.
Е.С.Северина.- М.: «ГЭОТАР», 2008 – 384 с.
38. Аминокислоты могут давать энергию. Гликогенные и кетогенные аминокислоты.
Из общего количества АТФ,образующейся в организме,
на катаболизм аминокислот
приходится ~ 10%.
Аминокислоты, которые
превращаются в ПВК и кислоты
ЦТК, могут использоваться
в процессе глюконеогенеза гликогенные аминокислоты.
Некоторые аминокислоты
в процессе катаболизма
превращаются в ацетоацетат
(Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей)
и могут использоваться в
синтезе кетоновых тел кетогенные аминокислоты.
39. В клетках постоянно образуется аммиак.
В крови и цитозоле клеток при физиологических значениях рНаммиак переходит в ион аммония (NH4+).
Концентрация NH4+ в крови в норме составляет 25 - 40 мкмоль/л.
Повышение концентрации NH4+ в крови сдвигает рН
в щелочную сторону (развивается алкалоз).
40. Токсичность аммиака.
При алкалозе увеличивается сродство гемоглобинак О2, что приводит к гипоксии тканей и развитию
гипоэнергетических состояний.
Связывание NH4+ при синтезе глутамата вызывает
отток α-кетоглутарата из ЦТК, при этом понижается
образование АТФ (гипоэнергетическое состояние).
Накопление NH4+ в цитозоле влияет на мембранный
потенциал и работу внутриклеточных ферментов
(конкурирует с ионными насосами для Na+ и K+).
Продукт связывания NH4+ с ГЛУ ( глутамин)
является осмотически активным веществом,
что приводит к задержке воды в клетках и вызывает
отёк тканей. В нервной ткани это может вызвать
отёк мозга, кому и смерть.
41. Пути обезвреживание аммиака в организме.
Пути обезвреживания аммиакаСинтез
глутамина
Синтез мочевины
90%
Синтез глутамина - одним из важных
способов утилизации NH3 в нервной и
мышечной тканях, почках, печени.
Восстановительное
аминирование
α-кетоглутарата
Процесс возможен в мозге,
однако этот путь протекает
с незначительной скоростью.
42.
С током крови ГЛУ(н) транспортируется в почки,где происходит гидролиз ГЛУ(н) под действием глутаминазы
с образованием Глу и NH3.
Функции глутаминазы-один из механизмов регуляции кислотно-основного
равновесия (КОР) в организме.
Глутаминаза индуцируется при ацидозе, NH3 нейтрализует кислые
продукты обмена, образуется NH4Cl, который экскретируется с мочой.
В почках образуется и выводится c мочой ~0,5 г аммонийных солей /сут.
43. Печень – единственный орган, клетки которого содержат все ферменты биосинтеза мочевины.
Мочевина синтезируется только в печени(установлено в опытах И. П. Павлова).
В 40-х годах XX века Г. Кребс и К. Гензелейт
установили, что синтез мочевины
представляет собой циклический процесс,
состоящий из нескольких стадий,
ключевым соединением которого является
орнитин, поэтому процесс получил
название орнитиновый цикл.
Мочевина (карбамид) амид угольной кислоты.
Экскреция мочевины
составляет 25-35 г/сут.
44. Синтез карбамоилфосфата– ключевая реакция синтеза мочевины.
Биохимия с упражнениями и задачами: Учебник/Под ред. Е.С.Северина.- М.: «ГЭОТАР», 2008 – 384 с.Потребление 2 мол. АТФ делает синтез необратимой реакцией.
Карбамоилфосфат – макроэргическое соединение,
участвует в разных метаболических процессах.
45. Цитруллин – аминокислота, которая не кодируется генетически.
2. Под действием фермента орнитинкарбамоилтрансферазыкарбамоильная группа переносится на орнитин, образуется цитруллин.
Эта реакция происходят в митохондриях гепатоцитов.
Цитруллин транспортируется в
цитозоль, где и осуществляются
дальнейшие превращения.
3. Аргининосукцинатсинтетаза
связывает цитруллин с
аспартатом и образуется
аргининосукцинат
(аргининоянтарная кислота
В реакции затрачивается АТФ
(используется энергия двух
макроэргических связей!)
46. Аргинин синтезируется при распаде аргининосукцината.
4. Аргининосукцинатлиаза расщепляет аргининосукцинат на аргинини фумарат, NH2-группа аспартата оказывается в молекуле аргинина.
Фумарат позволяет связать синтез
мочевины с другими процессами
(циклом Кребса, глюконеогенезом,
синтезом заменимых аминокислот).
47. Орнитин – аминокислота, которая не кодируется генетически.
Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы,образуются орнитин и мочевина.
Орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата
и цикл повторяется.
Орнитиновый цикл выполняет 2 функции:
1. превращает азот белка в мочевину, что предотвращает накопление NH4+.
2. синтезируется АРГ.
48. Синтез мочевины – регулируемый процесс!
1. Быстрая регуляция осуществляется на уровне аллостерическойактивности карбомоилфосфатсинтетазы.
2. Долговременная регуляция обусловлена индукцией синтеза ферментов.
Эффективность работы орнитинового цикла при нормальном питании
и умеренных физических нагрузках составляет 60% его мощности.
Увеличение скорости синтеза мочевины происходит при
- длительной физической работе,
- голодании,
- патологиях с распадом белков тканей,
- избыточном белковом питании.
49.
В цитозоле орнитинТихо плавает один.
Вот проникнет в антипортТам чего-нибудь найдет,
Хоть карбамоилфосфатЦитруллином стать он рад.
И скорей назад пойдет
В тот же самый антипорт.
Лишь покинет органоид,
Тут навстречу – аспартат.
С АТФом он устроит
Аргининосукцинат,
Так, что всюду полетят
Аргинин и фумарат.
Аргинин гидролизнется,
Карбамид с него сорвется,
И останется один
В цитозоле орнитин...
50. Гипераммониемия приводит к отравлению организма аммиаком.
Гипераммониемия приводит к отравлению организма аммиаком.Нарушение процесса обезвреживания NH4 может вызвать повышение
его содержания в крови в 8-10 раз (до 0,6 ммоль/л), что оказывает
токсическое действие. Наблюдаются головокружение, тошнота,
рвота, судороги, потеря сознания (печеночная кома).
Причины
гипераммониемии
Врожденные
Приобретенные
(энзимопатии)
У детей
У взрослых
после ОРВИ
цирроз, гепатит
51. Энзимопатии орнитинового цикла.
ЗаболеваниеДефект
Тип
наследования
Клинические
проявления
Гипераммониемия
тип I
Карбамоилфосфатсинтетаза I
Аутосомнорецессивный
В течение 24 - 48 час.
после рождения кома,
смерть
Гипераммониемия
тип II
Орнитинкарбамоилтрансфераза
Сцепленный с
Х-хромосомой
Гипотония, снижение
толерантности к
белкам
Цитруллинемия
Аргининосукцинатсинтетаза
Аутосомнорецессивный
Гипераммониемия,
цитруллинурия
Аргининосукцинатурия
Аргининосукцинатлиаза
Аутосомнорецессивный
Гипераммониемия,
атаксия, судороги,
выпадение волос
Гипераргининемия
Аргиназа
Аутосомнорецессивный
Гипераргининемия
Лечение направлено на снижение концентрации NH4+ в крови за счёт
малобелковой диеты, введения кетокислот и стимуляция выведения NH4+.
52. Определение концентрации мочевины в биологических жидкостях.
Определение концентрации мочевины в биологическихжидкостях.
Мочевина – это один из конечных продуктов
распада белков, входит в группу веществ,
относящихся к остаточному азоту крови
(2,5 - 8,3 ммоль/л).
Мочевина синтезируется в печени.
Мочевина выводится из организма:
слюнными железами со слюной,
почками с мочой.
Содержание мочевины в крови/моче –
значимый клинико-лабораторный
показатель, отражающий состояния
белкового катаболизма, функций печени и
почек.
53. Определение концентрации мочевины в биологических жидкостях используется в диагностике для оценки тяжести патологического
Определение концентрации мочевины в биологических жидкостяхиспользуется в диагностике для оценки тяжести патологического
процесса, наблюдения за течением заболевания, для оценки
эффективности проводимого лечения.
Патологический процесс
Показатель
Кровь
Моча
Гипераммониемия
(поражение печении, энзимопатии)
Мочевина
↓
↓
NH4+
↑
↑
Мочевина
↑
↓
NH4+
↑
↓
Мочевина
↑
↑
NH4+
↑
↑
Уремия (мочекровие)
(почечная недостаточность, анурия)
Азотемия, азотурия
(катаболизм белков, голодание,
сахарный диабет)
Биология