| Протеомика – наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том числе – в человеческом. Основная задача протеомики – количественный анализ экспрессии белков в клетках в зависимости от их типа, состояния или влияния внешних условий. Протеомика осуществляет сравнительный анализ больших групп белков – от всех белков, вовлеченных в тот или иной биологический процесс до полного протеома.
Преимуществом протеомики перед геномикой является тот факт, что наличие какого-либо гена в геноме не означает, что с него производится транскрипция, а наличие транскрипта не означает, что с него происходит трансляция, а даже если происходит, то транскрипт не позволяет однозначно говорить о структуре белка, его созревании и локализации.
Азотистый баланс означает разность между общим количеством азота, поступившим в организм человека (или другой организм), и общим количеством экскретируемого азота. Если азота поступает больше, чем экскретируется, говорят, что данный индивидуум имеет положительный азотистый баланс. Важные примеры: период роста и беременности; азотистый баланс положителен как у здорового растущего ребенка, так и у здоровой беременной женщины. Взрослый человек в норме находится в состоянии азотистого равновесия: потребление азота уравновешивается его выделением в составе фекалий и мочи. В состоянии отрицательного азотистого баланса количество выделяемого азота превышает количество азота, потребляемого организмом. Важным примером служат больные, потребляющие недостаточное количество азота с пищей (например, при квашиоркоре); такое же состояние наблюдается при прогрессирующих формах рака и в ряде случаев в послеоперационном периоде.
Переваривание пищевых белков
Переваривание белков, входящих в состав пищи, происходит в различных отделах ЖКТ с участием протеиназ.
Пепсин. Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нем начинается переваривание белка. Пепсин продуцируется главными клетками в виде неактивного зимогена, пепсиногена. Пепсиноген активируется в пепсин ионами Н+, которые отщепляют защитный полипептид, «раскрывая» активный пепсин, а также самим пепсином, вызывающим быструю активацию дополнительных молекул пепсиногена (аутокатализ). Пепсин преобразует денатурированный белок в протеозы и затем в пептоны—большие полипептидные производные. Он представляет собой эндопептидазу, поскольку осуществляет гидролиз пептидных связей в составе главной полипептидной структуры, а не N- или С-концевых последовательностей, что характерно для экзопептидаз. При этом фермент специфически атакует пептидные связи, образуемые с участием ароматических аминокислот (например, тирозина) или дикарбоновых аминокислот (например, глутамата).
Гастриксин – протеолитический фермент (катализирующий расщепление белка пищи) желудочного сока, проявляющий максимальную активность при pH, равном 3,0-3,5. Гастриксин по своим функциям и эволюции в желудке близок к пепсину, поэтому иногда называется пепсин С или парапепсин II и относится к изопепсинам. Профермент гастриксина – прогастриксин – секретируется главными клетками фундальных желёз дна, тела и интермедиальной зоны желудка, а также клетками пилорических желёз и активируется, также как и профермент пепсина пепсиноген, соляной кислотой желудочного сока. Гастриксин, в отличие от пепсина, протеолетически активен в менее кислой среде. Гастриксин является вторым по объёму после пепсина среди содержащихся в желудочном соке протеолитических ферментов. Количество гастриксина в желудочном соке здорового взрослого человека составляет 20-50 % от количества пепсина. Гастриксин вместе с пепсином обеспечивают до 95 % всей протеолитической активности желудочного сока.
Реннин(химозин, сычужный фермент). Этот фермент вызывает створаживание молока. Он чрезвычайно важен для процессов пищеварения у младенцев, поскольку предотвращает быстрый выход молока из желудка. В присутствии кальция реннин вызывает необратимые изменения казеина молока, превращая его в параказеин, который затем подвергается действию пепсина. В желудке взрослых людей реннин, по-видимому, отсутствует. Он используется при производстве сыра.
Трипсин, хнмотрипсин н эластаза. Протеолитическое действие панкреатического секрета обусловливается тремя эндопептидазами – трипсином, химотрипсином и эластазой, которые расщепляют белки и полипептиды, поступающие из желудка, с образованием полипептидов, пептидов или тех и других. Трипсин специфически действует на пептидные связи, образуемые основными аминокислотами, химотрипсин – на связи между остатками незаряженных аминокислот (например, ароматических), в то время как эластаза вопреки своему названию обладает довольно широкой специфичностью, расщепляя связи, примыкающие к остаткам малых аминокислот, таких, как глицин, аланин и серии. Все три фермента секретируются в виде зимогенов. Активация трипсиногена осуществляется другим протеолитическим ферментом, энтерокиназой, секретируемой слизистой кишечника. Она гидролизует лизиновую пептидную связь в зимогене, высвобождая малый полипептид, что приводит к разворачиванию молекулы в активный трипсин. Образовавшийся трипсин действует не только на новые молекулы трипсиногена, но и на другие зимогены панкреатического секрета – химотрипсиногеи, проэластазу и прокарбоксипептидазу – с высвобождением соответственно химотрипсина, эластазы и карбокснпептиндазы.
Карбоксипептидаза. Дальнейшее расщепление полипептидов, образовавшихся под действием эндопептидаз, осуществляет экзопептидаза – карбоксипептидаза, которая атакует С-концевую пептидную связь, высвобождая одиночные аминокислоты.
|
Эффективность использования пищевого белка обусловливает его требуемое количество. Кроме того, это количество зависит от следующих факторов: качества белка, потребления энергии и физической активности.
Качество белка. Качество (пищевая ценность) белка определяется соотношением доли незаменимых аминокислот в пище с величиной этого показателя при адекватном питании. Чем ближе обе величины, тем выше качество белка. Белки яйца и молока обладают высокой ценностью, они эффективно используются организмом и применяются в качестве стандарта при оценке других белков.
Потребление энергии.Энергия, извлекаемая из углеводов и жиров, влияет на потребность в белке, поскольку она способствует сбережению белка как источника энергии. Для эффективного использования «дорогого» (высокоценного) пищевого белка
и для сведения потребности в нем до минимума необходимо обеспечить адекватное поступление энергии из небелковых источников, в частности из углеводов, которые «оберегают» белок от его использования в процессе глюконеогенеза.
Физическая активность.Физическая активность повышает задержку азота из пищевого белка.
Переваривание секретом кишечника
Кишечный сок, секретируемый железами Бруннера и Либеркюна, также содержит пищеварительные ферменты, в число которых входят:
1) аминопептидаза, представляющая собой экзопептидазу, которая гидролизует пептидные связи за N-концевыми аминокислотами полипептидов и олигопептидов; дипептидазы различной специфичности, некоторые из них могут находиться внутри кишечного эпителия; они завершают расщепление дипептидов до свободных аминокислот;
2) специфические дисахаридазы и олигосахаридазы, такие, как α-глюкозидаза (мальтаза), удаляющая единичные глюкозные остатки из α1→4-связанных олигосахаридов и дисахаридов начиная с нередуцирующих концов, изомальтаза (а-декстриназа), которая гидролизует 1→6-связи α-декстринов; β-галактозидаза (лактаза), удаляющая галактозу из лактозы; сахараза, гидролизующая сахарозу, и трегалаза. расщепляющая трегалозу;
3) фосфатаза, удаляющая фосфат из некоторых органических фосфатов (гексозофосфаты и глицерофосфат) и из нуклеотидов пищевого происхождения или образующихся из нуклеиновых кислот в результате их переваривания нуклеазами;
4) полинуклеотидазы, которые расщепляют нуклеиновые кислоты на нуклеотиды;
5) нуклеозидазы (нуклеозидфосфорилазы), катализирующие фосфоролиз нуклеозидов с образованием свободных азотистых оснований и пентозофосфатов;
6) кишечный секрет, по-видимому, содержит также фосфолипазу, которая действует на фосфолипиды с образованием глицерола, жирных кислот, фосфорной кислоты и оснований, таких, как холин.
Наиболее интенсивно переваривание и всасывание осуществляются в тонком кишечнике. Приблизительно 90% переваренных пищевых веществ подвергается всасыванию при прохождении через него; одновременно всасывается и вода. Этот процесс усиливается при поступлении пищи в толстый кишечник, в результате жидкое содержимое тонкого кишечника, попадая в толстую кишку, постепенно становится более твердым. Транспорт веществ, всасывающихся в кишечнике, осуществляется двумя путями: через воротную систему печени, ведущую прямо в печень, и по лимфатическим сосудам, сообщающимся с кровью через грудной лимфатический проток.
Всасывание аминокислот и белка
В нормальных условиях пищевые белки почти полностью расщепляются на составляющие их аминокислоты, которые затем быстро всасываются в кишечнике. Возможно, что некоторые гидролитические процессы (например, в случае дипептидов) полностью завершаются в кишечной стенке. Потребность животных в белке может с успехом удовлетворяться скармливанием полной смеси аминокислот.
Природные (L-) изомеры (но не D-изомеры) аминокислот подвергаются активному переносу через кишечную стенку от слизистой ее поверхности к серозной; в этом переносе может участвовать витамин В6 (пиридоксальфосфат). Активный транспорт L-аминокислот представляет собой энергозависимый процесс; об этом свидетельствует его ингибирование разобщителем окислительного фосфорилирования 2,4-динитрофенолом. Аминокислоты переносятся через щеточную каемку целым рядом переносчиков, многие из которых действуют при посредстве Na+-зависимых механизмов, подобно системе переноса глюкозы. К числу Na+-зависимых переносчиков относятся переносчик нейтральных аминокислот, переносчик фенилаланина и метионина и переносчик, специфичный для иминокислот, таких, как пролин и гидроксипролин. Охарактеризованы и независимые от Na+-переносчики, специализированные в отношении транспорта нейтральных и липофильных аминокислот (например, фенилаланина и лейцина) или катионных аминокислот (например, лизина).
Клинические аспекты. Лица, у которых возникает иммунологическая реакция на прием белка, по-видимому, обладают способностью к всасыванию некоторого количества негидролизованного белка, потому что переваренный белок лишен антигенных свойств. Это предположение не является полностью умозрительным, ведь известно, что антитела молозива поступают в кровь младенца.
Получает все новые и новые подтверждения гипотеза, согласно которой при нетропическом спру основной дефект локализуется в клетках слизистой кишечника и выражается в том, что, во-первых, полипептиды, образующиеся при пептическом и триптическом переваривании клейковины (главного белка пшеницы), оказывают на кишечник повреждающее действие, а во-вторых, они (эти полипептиды) всасываются в кровоток, что индуцирует образование соответствующих антител. Заметим, что антитела против клейковины или ее фракций часто обнаруживаются в крови больных нетропическим спру. Повреждающий эффект скорее всего принадлежит компоненту, представляющему собой полипептид, состоящий из 6 или 7 аминокислот, в число которых обязательно должны входить глутамин и пролин. Анализ данного заболевания позволяет предположить, что при определенных условиях в кишечнике может происходить всасывание белковых фрагментов больших молекулярных размеров, чем аминокислоты.
|
| Процессы гниения и брожения в кишечнике
Большая часть потребленной пищи всасывается в тонком кишечнике. Остальная часть попадает в толстый кишечник. Именно здесь происходит значительное всасывание воды и полужидкое кишечное содержимое постепенно становится более твердым. В этот период проявляется бактериальная активность. В ходе вызываемых бактериями процессов брожения и гниения образуются различные газы, такие, как СО2, метан, водород, азот и сероводород, а также уксусная, молочная и масляная кислоты. Бактериальное разложение фосфатидилхолина приводит к образованию холина и родственных токсических аминов, например нейрина.
Судьба аминокислот
Большинство аминокислот подвергается декарбоксилированию в результате действия кишечных бактерий с образованием токсических аминов (птомаинов). Реакции декарбоксилирования приводят к образованию кадаверина из лизина, агматина из аргинина, тирамина из тирозина, путресцина из орнитина и стамина из гистидина. Многие из этих аминов являются мощными вазопрессорными агентами. Аминокислота триптофан в результате нескольких реакций превращается в индол и метилиндол (скатол). Именно эти соединения в основном придают запах калу. Серусодержащая аминокислота цистеин подвергается серии превращений с образованием меркаптанов, таких, как этил- и метилмеркаптаны, а также H2S.
В толстом кишечнике образуется значительное количество аммиака, который представляет собой продукт гниения при действии кишечных бактерий на азотистые субстраты. Аммиак всасывается в портальную кровь, но при нормальных условиях быстро удаляется из крови печенью. При болезнях печени эта ее функция может нарушаться, и в таком случае концентрация аммиака в периферической крови повышается до токсических уровней. Считают, что аммониевая интоксикация может играть роль в возникновении у некоторых больных печеночной комы. Показано, что оральное введение неомицина уменьшает количество аммиака, поступающего из кишечника в кровь, благодаря антибактериальному действию этого вещества. У больных с тяжелыми поражениями печени диета с высоким содержанием белка, а также желудочно-кишечные кровотечения могут способствовать развитию интоксикации аммиаком. В этих случаях также показан неомицин.
Кишечные бактерии
Кишечная флора может составлять значительную часть (до 25%) сухого веса кала. У травоядных, пища которых состоит большей частью из целлюлозы, бактерии кишечника или рубца играют важную роль в пищеварении, поскольку они расщепляют полисахариды и тем самым способствуют их всасыванию. Кроме того, эти бактерии осуществляют синтез незаменимых аминокислот и витаминов. Для людей кишечная флора не столь важна, как для травоядных. Однако бактериальная активность вносит определенный полезный вклад в питание человека, ибо с ней связан синтез витаминов К и В12, а возможно, и других витаминов группы В, которые далее усваиваются организмом.
|
[2H]
CH3SH → CH4 + H2S
Метилмеркаптан Метан Сероводород
|
