Катаболизм белка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России)

Индивидуальная работа

«Катаболизм белка»

Выполнил: Иванова А.Г.

Томск-2017г.

План

Дайте характеристику аминокислот, входящих в состав белка, по биологическим функциям

Какова ИЭТ данного белка и что это означает

Предложите метод, с помощью которого можно определить концентрацию белка. Укажите принцип метода

Перечислите и охарактеризуйте специфичность ферментов желудочно-кишечного тракта, способных гидролизовать данный белок. Укажите продукты гидролиза

Опишите механизм всасывания и пути метаболизма аминокислот, полученных при гидролизе белка

Перечислите пути использования этих аминокислот в организме

Напишите реакцию дезаминирования одной из аминокислот, входящих в состав белка. Какие требуются ферменты и витамины для этих процессов?

Напишите реакцию декарбоксилирования одной из аминокислот, входящих в состав белка, в результате которых образуются биогенные амины. Какие требуются ферменты и витамины для этих процессов?

Какие токсические продукты могут образовываться при избытке данного белка?

Напишите две реакции обезвреживания аммиака

1. Дайте характеристику аминокислот, входящих в состав белка, по биологическим функциям

Незаменимые аминокислоты.

Аргинин (2-амино-5-гуанидинпентановая кислота) -- алифатическая основная б-аминокислота. Оптически активна, существует в виде L- и D- изомеров. L-Аргинин входит в состав пептидов и белков, особенно высоко содержание аргинина в основных белках -- гистонах и протаминах (до 85 %). Новое исследование позволяет предположить, что чрезмерное потребление аргинина иммунными клетками, которые обычно защищают мозг, является причиной возникновения болезни Альцгеймера.

Аргинин -- частично-заменимая аминокислота. У взрослого и здорового человека аргинин вырабатывается организмом в достаточном количестве. В то же время, у детей и подростков, у пожилых и больных людей уровень синтеза аргинина часто недостаточен. Биосинтез аргинина осуществляется из цитруллина под действием аргининсукцинатсинтазы и аргининсукцинатлиазы.

Аргинин является одним из ключевых метаболитов в процессах азотистого обмена (орнитиновом цикле млекопитающих и рыб).

Аргинин является субстратом NO-синтаз в синтезе оксида азота NO, являющегося локальным тканевым гормоном с множественными эффектами -- от противоспалительного до сосудистых эффектов и стимуляции ангиогенеза.

Валин (2-амино-3-метилбутановая кислота) -- алифатическая б-аминокислота, одна из 20 протеиногенных аминокислот, входит в состав практически всех известных белков. Названо в честь растения валерианы.

Химическая формула: C5H11NO2

Валин -- одна из восьми незаменимых аминокислот.

Один из главных компонентов в росте и синтезе тканей тела. Вместе с лейцином и изолейцином служит источником энергии в мышечных клетках, а также препятствует снижению уровня серотонина. Опыты на лабораторных крысах показали, что валин повышает мышечную координацию и понижает чувствительность организма к боли, холоду и жаре и т.д.

Используется для лечения болезненных пристрастий и вызванной ими аминокислотной недостаточности, наркоманий, депрессий (несильное стимулирующее соединение); рассеянного склероза, так как защищает миелиновую оболочку, окружающую нервные волокна в головном и спинном мозге.

Также необходим для поддержания нормального обмена азота в организме.

Гистидимн (L-б-амино-в-имидазолилпропионовая кислота) -- гетероциклическая альфа-аминокислота, одна из 20 протеиногенных аминокислот. По современным представлениям также является незаменимой кислотой как для детей, так и для взрослых.

Остаток гистидина входит в состав активных центров множества ферментов. Гистидин является предшественником в биосинтезе гистамина. Одна из незаменимых аминокислот, способствует росту и восстановлению тканей. В большом количестве содержится в гемоглобине; используется при лечении ревматоидных артритов, язв и анемии. Недостаток гистидина может вызвать ослабление слуха.

Гистидин -- ароматическая альфа-аминокислота со слабыми основными свойствами, обусловленными присутствием в молекуле остатка имидазола. Образует окрашенные продукты в биуретовой реакции и с диазотированной сульфаниловой кислотой (реакция Паули), что используется для количественного определения гистидина. Вместе с лизином и аргинином гистидин образует группу осномвных аминокислот. Образует бесцветные кристаллы.

Лейцин - незаменимая разветвленная аминокислота, необходимая для построения и развития мышечной ткани; синтеза протеина организмом и укрепления иммунной системы. Лейцин, как и изолейцин, может, на клеточном уровне, служить источником энергии.

Также данная аминокислота предотвращает перепроизводство серотонина, участвует в понижении уровня глюкозы в крови.

Лизин - незаменимая аминокислота, необходимая для производства альбуминов, гормонов, ферментов, антител; для роста и восстановления тканей (через участие в формировании коллагена [32]). Аминокислота обеспечивает должное усвоение кальция и его доставку в костную ткань; в сочетании с пролином и витамином С, лизин предупреждает образование липопротеинов.

Лизин в организме человека также служит исходным веществом для синтеза карнитина.

Метионин - незаменимая аминокислота, служащая в организме донором метильных групп (в составе S-аденозил-метионина) при биосинтезе, в том числе, адреналина и холина, является источником серы при биосинтезе цистеина.

Метионин является основным поставщиком сульфура, предотвращающего расстройства в формировании ногтей, кожи и волос; усиливает производство лецитина печенью; участвует в процессах образования аммиака, очищая от него мочу (что приводит к понижению нагрузок на мочевой пузырь); способствует понижению уровня холестерина; участвует в выводе тяжелых металлов из организма.

Цистеин (б-амино-в-тиопропионовая кислота; 2-амино-3-меркаптопропановая кислота) -- алифатическая серосодержащая аминокислота. Оптически активна, существует в виде L- и D- изомеров. L-Цистеин входит в состав белков и пептидов, играет важную роль в процессах формирования тканей кожи. Имеет значение для дезинтоксикационных процессов.

Цистеин -- заменимая аминокислота. Он может синтезироваться в организме млекопитающих из серина с участием метионина как источника серы, а также АТФ и витамина В6. В некоторых микроорганизмах источником серы для синтеза цистеина может быть сероводород. Цистеин способствует пищеварению, участвуя в процессах переаминирования. Способствует обезвреживанию некоторых токсических веществ и защищает организм от повреждающего действия радиации. Один из самых мощных антиоксидантов, при этом его антиоксидантное действие усиливается при одновременном приеме витамина С и селена. Цистеин является предшественником глутатиона -- вещества, оказывающего защитное действие на клетки печени и головного мозга от повреждения алкоголем, некоторыми лекарственными препаратами и токсическими веществами, содержащимися в сигаретном дыме.

Треонимн (б-амино-в-гидроксимасляная кислота; 2-амино-3-гидроксибутановая кислота) -- гидроксиаминокислота; молекула содержит два хиральных центра, что обусловливает существование четырёх оптических изомеров: L- и D-треонина (3D), а также L- и D-аллотреонина (3L).

L-треонин вместе с 19 другими протеиногенными аминокислотами участвует в образовании природных белков. Для человека треонин является незаменимой аминокислотой. Суточная потребность в треонине для взрослого человека составляет 0,5 г, для детей -- около 3 г.

Бактериями и растениями треонин синтезируется из аспарагиновой кислоты через стадию образования гомосерин-O-фосфата. Треонин участвует в синтезе коллагена и эластина, в белковом и жировом обмене, стимулирует иммунитет и помогает работе печени, препятствуя отложению в ней жиров.

* Треонин является важной аминокислотой, которая способствует нормальному развитию организма, вместе с другими протеиногенными аминокислотами участвует в образовании природных белков.

* Треонин также поддерживает работу печени, сердечно-сосудистую, центральную нервную и иммунную системы.

* Треонин необходим для биосинтеза аминокислот глицина и серина , которые, в свою очередь, отвечают за производство коллагена (основу соединительной ткани организма), эластина (белок, отвечающий за упругость соединительных тканей) и мышечной ткани. Треонин помогает соединительным тканям (сухожилиям, костям, хрящам, дерме) и мышцам стать сильными и упругими, в том числе треонин влияет на сердечную мышцу (сердце), где он находится в значительных количествах. Треонин помогает формированию крепких костей и зубной эмали, и может ускорить заживление ран и восстановление после травм.

* Треонин в сочетании с метионином и аминокислотами аспарагиновой кислоты помогают печени выполнять липотропные функции (расщеплять жиры и жирные кислоты). Без достаточного количества треонина в организме жиры могут накапливаться в печени и в конечном итоге привести к печеночной недостаточности.

* Треонин поддерживает иммунную систему, помогая в выработке антител. Треонин используется для лечения различных расстройств нервной системы, может быть полезен в лечении некоторых типов депрессии.

* Добавки треонина могут быть полезны при лечении бокового амиотрофического склероза (ALS), также известного как болезнь Лу Герига или болезнь Шарко, потому что L-треонин увеличивает уровень глицина в центральной нервной системе. Исследования показывают, что симптомы другого заболевания - рассеянного склероза (MS) , которое поражает нервную и мышечную функцию, могут быть уменьшены добавками треонина. Исследование, проведенное в 1992 году показало, что ежедневный прием 7,5 г L-треонина снижал спастичность мышц наблюдаемых участников исследования.

Триптофамн (в-(в-индолил)-б-аминопропионовая кислота, сокр.: Три, Трп, Trp, W) -- ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах, L и D, и в виде рацемата (DL).

L-триптофан является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Относится к ряду гидрофобных аминокислот, поскольку содержит ароматическое ядро индола. Участвует в гидрофобных и стэкинг-взаимодействиях.

Триптофан по воле природы принимает участие в самых разных реакциях и процессах, протекающих в пределах человеческого организма. В первую очередь он отвечает за аппетит человека, его степень и время усиления в связи с возникновением чувства голода. Когда внутренняя среда тела насыщена этой аминокислотой, нам не хочется есть - даже к сладкому не тянет. Зато истощение запасов триптофана в клетках возбуждает неудержимую тягу к шоколаду, конфетам и другим весьма соблазнительным лакомствам.

Вторая основная функция незаменимой аминокислоты заключается в контроле настроения. Именно от содержания в организме данного соединения в большей степени зависит наше с вами расположение духа. В основе этой связи лежит уже упомянутый ранее механизм преобразования триптофана в серотонин, за которым прочно закрепился титул «гормона счастья». Когда его в крови достаточно, мы находимся в состоянии гармонии с окружающим миром и самими собой.

Фенилаланимн (б-амино-в-фенилпропионовая кислота, сокр.: Фен, Phe, F) -- ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах l и d и в виде рацемата (dl). По химическому строению соединение можно представить как аминокислоту аланин, в которой один из атомов водорода замещён фенильной группой.

l-Фенилаланин является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Участвуя в гидрофобных и стэкинг-взаимодействиях, фенилаланин играет значительную роль в фолдинге и стабилизации белковых структур, является составной частью функциональных центров.

Нормализует деятельность центральной нервной системы, избавляя от депрессий, бессонницы и нервных расстройств. Применяется для лечения гиперактивности и болезни Паркинсона.

Стимулирует деятельность головного мозга, благодаря чему придает бодрости, возвращает ясность мышления и позволяет принимать быстрые решения даже в экстемальной ситуации. Очень полезен для людей, страдающих от хронической потери памяти.

Активно участвует в метаболических процессах, препятствуя образованию жировых отложений. Обладает свойством снижать аппетит, что очень важно для людей, страдающих от избыточного веса.

Регулирует функции надпочечников, гипофиза, гипоталамуса, щитовидной и поджелудочной желез. Участвует в выработке таких важных гормонов, как эпинефрин, норадреналин и дофамин. Является мощнейшим стимулятором для выработки инсулина, тем самым предотвращая возникновение сахарного диабета.

Обладает сильным анальгезирующим действием, избавляя от острых и хронических болей, а также мышечных спазмов, поэтому широко применяется в профессиональном спорте для восстановления атлетов после травм и изнуряющих тренировок. Помогает также избавиться от мигреней, менструальных и послеоперационных болей.

Незаменимая аминокислота фенилаланин является натуральным стимулятором роста мышечной массы, а также отвечает за укрепление связок. Поэтому она прочно укрепилась в качестве обязательного компонента многих спортивных пищевых добавок. Одной из них является комплекс витаминов, минералов и аминокислот «Леветон Форте». Созданный на основе натуральных природных компонентов, таких как корень левзеи, трутневый расплод и пчелиная пыльца-обножка, данный препарат содержит 37 важнейших для естественного набора качественной мышечной массы аминокислот, включая и фенилаланин.

Стимулирует выработку меланина, отвечающего за здоровый цвет кожи, волос и радужной оболочки глаз. Это свойство позволяет использовать его для лечения такого заболевания, как витилиго, характеризующегося нарушением пигментации эпидермиса и образованием больших белых пятен на коже.

Отвечает за укрепление хрящевой ткани, предотвращая развитие остеоартрита и ревматоидного артрита.

Стабилизирует деятельность печени и почек. Помогает организму быстрее очиститься от токсинов, в том числе образованных вследствие алкогольного отравления.

Еще одним интересным и немаловажным свойством этого таинственного вещества является избавление от кофейной зависимости.

Тирозимн (б-амино-в-(п-гидроксифенил)пропионовая кислота, сокр.: Тир, Tyr, Y) -- ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах -- L и D и в виде рацемата (DL). По строению соединение отличается от фенилаланина наличием фенольной гидроксильной группы в пара-положении бензольного кольца. Известны менее важные с биологической точки зрения мета- и орто- изомеры тирозина.

L-тирозин является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Тирозин входит в состав ферментов, во многих из которых именно тирозину отведена ключевая роль в ферментативной активности и её регуляции. Местом атаки фосфорилирующих ферментов протеинкиназ часто является именно фенольный гидроксил остатков тирозина. Остаток тирозина в составе белков может подвергаться и другим посттрансляционным модификациям. В некоторых белках (резилин насекомых) присутствуют молекулярные сшивки, возникающие в результате посттрансляционной окислительной конденсации остатков тирозина с образованием дитирозина и тритирозина.

Тирозин необходим для нормальной работы надпочечников, щитовидной железы и гипофиза, создания красных и белых кровяных телец. Синтез меланина, пигмента кожи и волос, также требует присутствия тирозина. Тирозин обладает мощными стимулирующими свойствами. При хронической депрессии, для которой не существует общепринятых методов лечения, потребление 100 мг этой аминокислоты в день приводит к существенному улучшению. В организме тирозин превращается в ДОФА, а затем в дофамин, регулирующий давление крови и мочеиспускание, а также участвует в первом этапе синтеза норэпинефрина и эпинефрина и (адреналина). Тирозин мешает превращению фенилаланина в эпинефрин, и потому является незаменимой аминокислотой для взрослых мужчин. Он необходим мужчинам, страдающим фенилкетонурией (генетическое заболевание, при котором превращение фенилаланина в тирозин затруднено). Тирозин также вызывает усиленное выделение гипофизоом гормона роста. При определении пищевой ценности белков следует учитывать сумму содержаний тирозина и фенилаланина, поскольку первый получается из второго. При заболеваниях почек синтез тирозина в организме может резко ослабиться, поэтому в этом случае его необходимо принимать в виде добавки.

Заменимые аминокислоты.

Аланин (2-аминопропановая кислота) -- алифатическая аминокислота. б-Аланин входит в состав многих белков, в-аланин -- в состав ряда биологически активных соединений.

Аланин легко превращается в печени в глюкозу. Этот процесс носит название глюкозо-аланинового цикла и является одним из основных путей глюконеогенеза в печени.

В организме человека представлены две формы аланина. Альфа-аланин - это структурная составляющая протеинов, в то время как вещество бета-формы является частью пантотеновой кислоты и других биологических соединений.

Помимо этого, аланин является важной составной питательного рациона пожилых людей, так как позволяет им оставаться более активными, придает сил. Но и на этом послужной список аланина не заканчивается.

Это эндогенное вещество играет важную роль для правильного функционирования нервной и эндокринной систем, а также способствует выработке некоторых гормонов (гормон роста, тестостерон, прогестерон). Содержится в белках, на организм действует как возбуждающий нейротрансмиттер центральной нервной системы. Кроме того, используется в качестве биодобавок, антибактерицидного средства, входит в состав моющих средств. Выведена в 1868 году из аспарагуса.

Общая характеристика.

Натуральная аспарагиновая кислота с формулой C4H7NO4 представляет собой бесцветные кристаллы с высокой температурой плавления. Другое название вещества - аминоянтарная кислота.

Все аминокислоты, используемые человеком для синтеза белка (кроме глицина), имеют по 2 формы. И только L-форма применяется для синтеза белка и роста мышц. D-форма также может использоваться человеком, но при этом выполняет несколько другие функции.

Роль в организме:

Аспарагиновая кислота важна в процессе формирования других аминокислот, таких как аспарагин, метионин, изолейцин, аргинин, треонин и лизин.

Избавляет от хронической усталости.

Важна для транспортировки минералов, необходимых для формирования и функционирования ДНК и РНК.

Укрепляет иммунную систему, способствуя выработке антител и иммуноглобулинов.

Положительно влияет на работу центральной нервной системы, поддерживает концентрацию внимания, обостряет работу мозга.

Способствуют выведению токсинов из организма, в том числе аммиака, который крайне негативно сказывается на работе мозга, нервной системы и печени.

В условиях стресса организм нуждается в дополнительных дозах аминокислоты.

Является эффективным средством против депрессий.

Способствует преобразованию углеводов в энергию.

Аминокислота глицин - простейшая заменимая алифатическая аминокислота. Примечательно, что глицин - это единственная аминокислота среди протеиногенных, которая не имеет оптических изомеров. Глицин довольно часто применяется в медицинской практике в качестве ноотропного средства.

Значение глицина для человека:

Аминокислота глицин входит в состав не только белков, но и многих биологически активных веществ. Живые клетки синтезируют из глицина пуриновые соединения и порфирины. Биологическая роль глицина:

* глицин оказывает «тормозящее» действие на нейроны;

* используется в медицинской практике для снижения мышечного тонуса;

* облегчает засыпание и способствует нормализации сна;

* улучшает настроение;

* повышает умственную работоспособность;

* уменьшает токсическое действие алкоголя и многих других веществ, угнетающих нервную систему.

Глицин необходим нашему организму для снятия напряжения, которое может возникать в результате длительного физического и умственного напряжения. Недостаток глицина может стать причиной плохого настроения, хронической усталости и снижения умственной работоспособности.

Не менее важно и то, что аминокислота глицин участвует в синтезе антител и играет очень важную роль и работе иммунной системы человека. Выше было сказано, что глицин способствует уменьшению токсического действия алкоголя. Это позволяет применять глицин в фармацевтике. Глицин довольно часто встречается в препаратах, предназначенных для снижения кислотности желудочного сока.

Значение глутаминовой кислоты для организма:

Роль глутаминовой кислоты переоценить трудно, она:

* Участвует в синтезе гистамина, серотонина и ряда других биологически активных веществ;

* Обезвреживает вредный продукт распада - аммиак;

* Является медиатором;

* Входит в цикл превращений углеводов и нуклеиновых кислот;

* Из нее синтезируется фолиевая кислота;

* Участвует в обмене энергии с образованием АФТ в головном мозге.

В организме глутаминовая кислота входит в состав белков, она присутствует в плазме крови в свободном виде, а также как составная часть ряда низкомолекулярных веществ. Тело человека содержит запас глутаминовой кислоты, в случае ее недостаточности она прежде всего поступает туда, где необходима больше всего.

Важную роль глутаминовая кислота играет в передаче нервных импульсов. Связывание ее с определенными рецепторами нервных клеток приводит к возбуждению нейронов и ускорению передачи импульсов. Таким образом, глутаминовая кислота выполняет нейромедиаторные функции.

При избытке этой аминокислоты в синапсе возможно перевозбуждение нервных клеток и даже их повреждение, что ведет к заболеваниям нервной системы. В этом случае защитную функцию берут на себя глиальные клетки, которые окружают и защищают нейроны. Клетки нейроглии поглощают и обезвреживают избыток глутаминовой кислоты в головном мозге и периферических нервах.

Глутаминовая аминокислота увеличивает чувствительность мышечных волокон к калию путем увеличения проницаемости клеточных мембран для него. Этот микроэлемент играет важную роль в сокращении мышц, увеличивая силу мышечного сокращения.

Пролин (Pro или P) -- одна из двадцатки «волшебных» аминокислот, образующих белки всего живого. Синтезируется в организме человека, поэтому относится к группе заменимых аминокислот.

Финские биохимики установили, что пролин присутствует практически во всех протеинах. Больше всего его в коллагене -- белке соединительной ткани, из которого образованы кости, сухожилия и хрящи. Также много его в эластине и проламинах (семенах злаков).

В сутки человеческому организму необходимо порядка 5 г пролина. Лучше, если это будет собственная аминокислота или та, что поступила с продуктами питания. Они усваиваются организмом практически полностью. Аминокислота из фармацевтического препарата усваивается лишь на 70--75%.

Физические свойства: бесцветные кристаллы (t пл. +220° C), гидрофильные, то есть растворимые в воде. Также растворяются в соединениях органической природы, таких как: ацетон, этиловый спирт, эфиры.

Роль пролина в организме.

Рост потребности в пролине наблюдается, если имеют место:

* Нарушения целостности связок и кожи, то есть травмы и раны, в том числе после хирургического вмешательства и ожоговых повреждений кожи. При недостатке аминокислоты процессы заживления замедляются, а старения -- ускоряются;

* Потери крови, включая и менструальные;

* Дистрофия мышечной ткани;

* Стрессы и депрессивные состояния.

Также Prolin необходим:

Для укрепления миокарда;

Для нормального функционирования кровеносных сосудов, склеры глаза, почек, печени.

Серин. Название «серин» в переводе с латыни обозначает «шелк», а все потому, что впервые эта аминокислота была выведена Э. Крамером в 1865 году из белков, присутствующих в натуральном шелке. Изучение химической структуры серина началось в 1902 году. С тех пор и известно об уникальных свойствах этого вещества, объединившего в себе свойства аминокислоты и спирта.

Серин не входит в число незаменимых аминокислот, но он чрезвычайно важен для правильного обмена веществ и образования пиримидинов и пуринов - веществ, от которых зависит формирование генетического кода. Также серин создает серьезную поддержку иммунной системе, способствует ее нормальному функционированию.

В человеческом организме эта аминокислота присутствует в форме L-изомера и имитирует действие естественного антипсихотического соединения, что делает ее полезной в лечении психических расстройств. Хотя серин обладает рядом преимуществ, но все же его основное «задание» - способствовать работе центральной нервной системы и мозга. Недостаток аминокислоты может привести к истощению (вплоть до полного исчезновения) миелиновых оболочек, которые защищают нервные окончания в мозге. Если такое произойдет, организм перестанет передавать сигналы к разным частям тела.

Также эта аминокислота необходима для получения триптофана, который, в свою очередь, важен для производства серотонина - гормона счастья. Серотонин используется мозгом для регулирования настроения, снятия нервозности и борьбы с депрессивными состояниями. Отсутствие адекватных пропорций любого из этих веществ ведет к серьезным психоэмоциональным нарушениям.

Это чрезвычайно реактивная аминокислота содержится во всех клеточных мембранах. Она значима для метаболизма липидов и жирных кислот, роста мышц. Играет жизненно важную роль в производстве иммуноглобулинов и антител, является неотъемлемым компонентом белков мозга и нервных оболочек. Важна для синтеза мышечных тканей, участвует в создании всех четырех оснований ДНК, является донором метильных групп.

Организм использует серин в качестве материала для создания креатина, который, соединяясь с водой, придает объем мускулам. Эта аминокислота входит в состав холина, этаноламина, саркозина и фосфолипидов. Может превращаться в пируват (и наоборот), что позволяет печени и мышцам трансформировать гликоген в глюкозу. А также является «прародителем» кислородно-транспортной молекулы гемоглобина, которая придает крови красный цвет и транспортирует оксиген по всему телу. Помимо этого, имеет решающее значение в обмене веществ, участвует в биосинтезе цистеина, необходим для синтеза креатинфосфата.

В человеческом организме серин тесно связан с другими аминокислотами: помогает создавать цистеин из гомоцистеина, служит исходной молекулой для глицина. Меж тем, производство самого серина напрямую зависит от наличия в организме витаминов В3, В6 и фолиевой кислоты.

Серин и глицин - взаимозаменяемые аминокислоты. Когда тело не получает достаточного количества первого вещества, оно начинает использовать глицин и треонин. Однако для этого процесса также нужны витамины группы В.

Подобно другой неосновной аминокислоте - цистеину, серин является катализатором для ферментативных процессов. Кроме того, помогает усваивать креатин (важен для создания и поддержания формы мышц).

Синтез глюкозы также зависит от наличия этой аминокислоты. А потребление белковых продуктов, богатых эти веществом, помогает стабилизировать уровень сахара в крови, предупреждает колебание показателей глюкозы в плазме. Совместное воздействие серина, аланина и глицина позволяет стабилизировать сахар у диабетиков.

Эта цепочка взаимосвязей показывает, насколько важен баланс всех аминокислот и других элементов в организме.

2. Какова ИЭТ данного белка и что это означает

Изоэлектрическая точка (pI) -- кислотность среды (pH), при которой определённая молекула или поверхность не несёт электрического заряда. Амфотерные молекулы (цвиттер-ионы) содержат как положительные, так и отрицательные заряды, наличием которых определяется pH раствора. Заряд различных функциональных групп таких молекул может меняться в результате связывания или, наоборот, потери протонов H+.

В молекулах белков имеются свободные карбоксильные и аминные группы, поэтому они могут диссоциировать как кислоты и как основания т. е. являются амфотерными электролитами.

Каждый белок имеет изоэлектрическую точку при характерном для него pH среды. Для большинства белков изоэлектрическая точка наступает в слегка кислой (почти нейтральной) среде. Такой сдвиг кислотности объясняется тем, что в большинстве белков кислотные свойства преобладают над щелочными и при pH = 7,0 в них больше свободных карбоксильных групп, чем щелочных. Однако часть белков содержит больше аминных, чем карбоксильных групп, т. е. в белках больше диа-миномонокарбоновых кислот. Поэтому такие белки при pH = 7,0 ведут себя как слабые основания. К ним относятся гистоны и протамины. Изоэлектрическая точка у гистонов и протаминов наступает при слабощелочной реакции.

В щелочном растворе подавляется диссоциация аминных групп, молекулы белков заряжаются отрицательно и ведут себя как анионы.

В кислой среде, в результате подавления диссоциации карбоксильных групп, белки заряженные положительно, т.е. являются катионами.

При определенной кислотности раствора, которая получила название изоэлектрической точки (ИЭТ), в молекуле белка устанавливается равенство положительных и отрицательных зарядов, она становится электронейтральной. Положение изоэлектрической точки зависит от содержания и природы основных и кислых групп в молекуле белка. У большинства растительных белков ИЭТ находится в слабокислой среде.

В изоэлектрической точке белок обладает наименьшей растворимостью и легко выпадает в осадок при воздействиях, снижающих гидратацию его молекул (при добавлении органических растворителей или солей). При этом молекулы белка слипаются, образуя более крупные частицы, и выпадают из раствора в виде осадка.

1. Приготовление растворов белка. Из полученных белковых препаратов берут навески по 0,25 г в мерные колбы, приливают по 5 мл 0,5 н. раствора СН3СООNа и растворяют при нагревании на водяной бане. Затем доводят объем водой до 25 мл.

Приготовленные растворы используют для определения изоэлектрической точки белков. Для сравнения используют также белок куриного яйца, разведенный в 10 раз водой и профильтрованный через два слоя марли.

2. Определение ИЭТ. В 8 пронумерованных пробирок вносят по 1 мл раствора белка, приливают воду и 0,01 н. или 0,1 н. раствора уксусной кислоты в количествах.Затем в каждую пробирку приливают по 2 мл ацетона или спирта, содержимое перемешивают и оставляют на 30-40 мин при комнатной температуре. При значении рН, равном или близком ИЭТ белка, раствор мутнеет и выпадает в осадок. В таблице отмечают интенсивность выпадения осадка или его отсутствие. На основании полученных результатов делают вывод о положении изоэлектрической точки анализируемых белков.

Материалы и оборудование: 0,5 н. раствор уксуснокислого натрия (68,5 г СН3СООNа.3Н2О в 1 л), 0,1 н. раствора СН3СООН (6 мл ледяной уксусной кислоты разбавляют водой до литра), 0,01 н. раствор СН3СООН получают путем разбавления 0,1 н. раствора СН3СООН в 10 раз, этиловый спирт, ацетон, белок куриного яйца, семена зерновых и зернобобовых культур или выделенные из них белки, пробирки, колбы мерные на 25 мл, штативы.

Как известно, на свойства белковых веществ оказывает влияние концентрация водородных ионов или pH среды. При низких значениях pH частицы белков заражены положительно, а при высоких -- отрицательно. При определенном pH заряд частиц проходит через нуль. Это состояние называется изоэлектрической точкой. Для большинства белков изоэлектрическая точка, при которой происходит их коагуляция, наступает при pH 4,7--5,5.

Изоэлектрическая точка. В процессе титрования белка от предельно кислой до предельно основной формы должно существовать значение pH, при котором средний заряд белка равен нулю. Это значение pH носит название изоэлектрической точки. При значении pH, равном изоэлектрической точке, данный белок не перемещается в электрическом поле (см. ниже об электрофорезе). Изоэлектрическую точку можно приближенно определить, зная аминокислотный состав белка. Поскольку средний заряд белка зависит от концентрации соли (эта зависимость обусловлена способностью белков связывать ионы, а также изменением р а при изменении ионной силы), изоэлектрическая точка зависит от присутствия в растворе посторонних веществ, в частности от природы и концентрации буфера. В то же время она не зависит от концентрации белка. Изоэлектрические точки большинства белков близки к 7, что обусловлено приблизительно одинаковым содержанием в молекуле белка кислых и основных остатков. Однако существуют и такие белки, у которых изоэлектрические точки существенно отличны от 7. Так, например, пепсин -- протеолитический фермент, функционирующий в сильно кислой среде желудка,-- имеет изоэлектрическую точку, близкую к 1, а изоэлектрические точки протаминов близки к 12.

Для большинства белков изоэлектрическая точка близка к нейтральной среде, но несколько сдвинута в кислую сторону. Это объясняется тем, что кислотные свойства у них преобладают над щелочными и в нейтральном растворе они реагируют как слабые кислоты. Молекула таких белков содержит больше свободных карбоксильных групп, чем аминных, а при гидролизе дает преобладание дйкарбоновых и других кисло реагирующих аминокислот над теми, у которых преобладают основные свойства. Некоторые белки, наоборот, относительно богаче аминными группами и в своем составе содержат больше остатков диаминокислот. В нейтральном растворе они ведут себя как слабые основания. Такие белки (например, гистоны и протамины) имеют изоэлектрическую точку при слабо щелочной реакции.

3. Предложите метод, с помощью которого можно определить концентрацию белка. Укажите принцип метода

Точный количественный анализ белка имеет важное значение для всех экспериментов, связанных с белками во множестве научно-исследовательских тем в области молекулярной биологии, клеточной биологии, биохимии, биологии развития и неврологии.

За последнее столетие были разработаны различные методы для количественного определения белков в определённом анализе, для определения общего содержания белка и для единичных белков.

Общее методы количественного анализа белка включают традиционные методы, такие как измерение УФ-поглощения при 280 нм, бицинхониновой кислоты (БХК) и Брэдфорд анализ, а также альтернативные методы, такие как Лоури или новые аналитические методы, разработанные коммерческими фирмами. Обычно коммерческие поставщики предоставляют хорошо продуманный, удобный комплект для каждого типа анализа.

Индивидуальные методы количественного белка включают твердофазный иммуноферментный (ELISA) анализ, Вестерн-блоттинг, а совсем недавно, и масс-спектрометрию и другие методы.

В данном обзоре мы обсудим некоторые из распространенных методов, используемых для определения концентрации белка, уделяя внимание их преимуществам и ограничениям. Важно отметить, что ни один из этих белковых анализов не является специфичным исключительно для белков, что означает, что небелковые компоненты могут препятствовать анализу или быть совместимыми с белками.

Количественный анализ белка.

Таблица 1 обобщает общие методы количественного анализа белка. Для исследователей важно оценить совместимость каждого анализа с типами образцов, диапазон метода, объем образца, наличие подходящего спектрофотометра, а также затраты времени и средств для выполнения каждого теста.

Таблица 1. Общие методы анализа белков

анализ	абсорбция	механизм	Определяемая концентрация	Преимущества	Недостатки
УФ абсорбция	280 нм	Абсорбция тирозина и триптофана	0.1-100 мкг/мл	Небольшой обём образца, быстрота, низкая стоимость	несовместимость с детергентами и денатурирующими веществами высокая изменчивость
Бицинхониновая кислота	562 нм	Редукция меди (Cu2+ до Cu1+), БХК реакция с Cu1+	20-2000 мкг/мл	совместимость с детергентами и денатурирующими веществами, низкая изменчивость	Отсутсвие совместимости или низкая совместимость с восстановителями
Брэдфорд или Кумасси бриллиантовый синий	470 нм	Образование комплекса между Кумасси бриллиантовым синим красителем и белками	20-2000 мкг/мл	совместимы с восстанавливающими агентами, быстрота	несовместимость с детергентами
Лоури	750 нм	Редукция меди белками, редукция Фолина-Ciocalteu вследствие образования медно-белкового комплекса	10-1000 мкг/мл	высокой чувствительность и точность	несовместимость с детергентами и восстановителями, длительная процедура

Абсорбция (оптическая плотность) ультрафиолета при 280 нм (диапазон: 0,1-100 мкг / мл)

Ароматические аминокислоты тирозин и триптофан придают белкам характерный ультрафиолетовый (УФ) спектр поглощения при 280 нм, который обычно используется для оценки концентрации белка. Фенилаланин и дисульфидные связи также способствуют поглощению при этой длине волны, хотя и незначительно. Этот способ прост и требует очень небольшого объема образца, так как новые спектрофотометры используют систему удержания образца во время измерения. Однако белковый образец должно быть чистым и не содержащим никаких небелковых компонентов с тем же спектром поглощения, таких, как нуклеиновые кислоты. Этот способ является самым быстрым, но подверженным ошибкам.

Анализ на основе бицинхониновой кислоты (БХК) или меди (диапазон: 20-2000 мкг / мл).

Анализ на основе бицинхониновой кислоты (БХК) был изобретен Полом К. Смитом в 1985 году в Pierce Chemical Company, крупном дистрибьюторе этого анализа. И БХК анализ, и Lowry анализ основаны на преобразовании Cu2+ в Cu1+ в щелочной среде. Это преобразование определяется как реакции Биурета. Эта реакция зависит от четырех аминокислотных остатков (цистеин, цистин, тирозин и триптофан), а также от пептидной структуры.

БХК является конкретным хромогенным реагентом для Cu1+, и во второй стадии реакции две молекулы БХК реагируют с одним ионом Cu1+. Уменьшенное количество Cu2+ является функцией концентрации белка, что может быть определено спектрофотометрически по изменению цвета раствора образца в фиолетовый, с абсорбцией 562 нм. Степень абсорбции прямо пропорциональна количеству белка, присутствующего в растворе, и она может быть оценена в сравнении со стандартным белком, таким как бычий сывороточный альбумин.

БХК метод более устойчив к различным ионным и неионным детергентам, таким как NP-40, тритон Х-100, и денатурирующим агентам, таким как мочевина и хлорид гуанидина, которые имеют тенденцию препятствовать другим типам колориметрического анализа белков, таким как метод Лоури. Некоторые молекулы, такие например, как молекулы редуцирующие сахара, могут снижать эффективность БХК анализа. Эти эффекты могут быть устранены или уменьшены с помощью нескольких методик, таких как удаление препятствующих анализу веществ через диализ, гель-фильтрацию, или, если концентрация белка достаточно высока, разбавление образца.

Thermo Fisher Pierce недавно представила новую версию классических наборов для БХК белкового анализа от Pierce, совместимых с такими восстанавливающими агентами, как дитиотреитола (ДТТ), 2-merceptoethanol (BME), TCEP и другими дисульфидными восстановителями.

По сравнению с другими методами, БХК метод является одним из наиболее чувствительных (он способен определять белки при концентрациях до 5 мкг / мл), имеет меньшую изменчивость, чем другие (например, Бредфорда), и может быть использован для измерения широкого диапазона концентрации белка.

Анализ белков методами Брэдфорда или с применением Кумасси бриллиантового синего (диапазон: 20-2000 мкг / мл).

Аналитический метод Брэдфорда, первоначально описанный доктором Марионом Брэдфордом в 1976 году, является одним из самых распространенных методов определения концентрации белка. Он основан на образовании комплекса между красителем Кумасси бриллиантовым синим G-250 и белками в растворе. Свободный краситель существует в четырех различных ионных формах. Более анионные формы связываются с белками и имеют оптическую плотность при 590 нм. Концентрация белка может быть оценена путем определения количества красителя в ионной форме и измерением оптической плотности раствора при 595 нм с использованием спектрофотометра. Краситель связывается главным образом с аргинином, триптофаном, тирозином, гистидином, фенилаланином белковых молекул.

Большинство исследователей использует БХК в качестве белкового стандарта, поскольку он является недорогим и легко доступным, но этот стандарт не всегда удобен. Действительно, один недостаток использования БХК в том, что он обладает сильной реакцией красителя, вследствие чего имеется возможность недооценить содержание белка. Иммуноглобулин G (IgG), лизоцим или других стандартные белки должны использоваться в зависимости от типа белкового образца.

Одним из преимуществ этого способа является его совместимость с агентами для стабилизации белков в растворе, которые не совместимы с анализом методом Лоури и в некоторой степени с анализом ДСС. Ограничительным аспектом аналитического метода Бредфорда является несовместимость с низкой концентрацией детергентов, которые обычно используются для растворения мембранных белков. Тем не менее, детергенты могут быть удалены путем гель-фильтрации, диализа или осаждением белков с использованием фосфатом кальция. Еще одним преимуществом является возможность измерять концентрацию белков с высокой молекулярной массой (MМ), поскольку краситель не связывается с пептидами с низкой ММ. Тем не менее, очень низкий уровень неионных детергентов, таких как Triton X-100 в концентрации 0,008% (объем / объем), может улучшить чувствительность и вариабельность анализа Брэдфорда.

Анализа белка методом Лоури (диапазон: 10-1000 мкг / мл).

Анализ методом Лоури, предложенный Оливером X. Лоури в 1951 году, основан на двух химических реакциях. Первой реакцией является снижение ионов меди в щелочной среде, которые образуют комплексы с пептидными связями (реакция Биурета). Второй реакцией является снижение реагента Folin-Ciocalteu комплексом медно-пептидной связи, которое впоследствии приводит к изменению цвета раствора на синий с поглощением в диапазоне от 650 до 750 нм, обнаруживаемого с помощью спектрофотометра. Количество белка в образце может быть оценено с использованием стандартной кривой выбранного стандартного раствора белка, такого как БХК.

Преимуществом данного метода является его чувствительность, а главное, точность. Однако, этот метод требует больше времени, чем другие анализы, и многие соединения, обычно используемые в буферных растворах для приготовления белкового препарата (например, детергенты, углеводы, глицерин, трицин, ЭДТА, Трис) препятствуют анализу методом Лоури и образуют осадки. Тем не менее, влияние этих веществ может быть уменьшено путем разбавления образца, но только тогда, когда концентрация белка достаточно высока. Кроме того, было показано, что время для выполнения этого анализа можно уменьшить путем повышения температуры или использованием микроволновой печи.

Рис. 1

4. Перечислите и охарактеризуйте специфичность ферментов желудочно-кишечного тракта, способных гидролизовать данный белок. Укажите продукты гидролиза

Переваривание белков в желудке

Желудочный сок - продукт нескольких типов клеток. Обкладочные (париетальные) клетки стенок желудка образуют соляную кислоту, главные клетки секретируют пепсиноген. Добавочные и другие клетки эпителия желудка выделяют муцинсодержащую слизь. Париетальные клетки секретируют в полость желудка также гликопротеин, который называют "внутренним фактором" (фактором Касла). Этот белок связывает "внешний фактор" - витамин В12, предотвращает его разрушение и способствует всасыванию.

1. Образование и роль соляной кислоты.

Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нём начинается переваривание белка. Существенную роль в этом процессе играет соляная кислота. Белки, поступающие в желудок, стимулируют выделение гистамина и группы белковых гормонов - гастринов (см. раздел 11), которые, в свою очередь, вызывают секрецию НСI и профермента - пепсиногена. НСI образуется в обкладочных клетках желудочных желёз в ходе реакций.

Источником Н+ является Н2СО3, которая образуется в обкладочных клетках желудка из СО2, диффундирующего из крови, и Н2О под действием фермента карбоангидразы (карбонатдегидра-тазы):

Н2О + СО2 > Н2СО3 > НСО3- + H+

Диссоциация Н2СО3 приводит к образованию бикарбоната, который с участием специальных белков выделяется в плазму в обмен на С1-, и ионов Н+, которые поступают в просвет желудка путём активного транспорта, катализируемого мембранной Н+/К+-АТФ-азой. При этом концентрация протонов в просвете желудка увеличивается в 106 раз. Ионы С1- поступают в просвет желудка через хлоридный канал.

Концентрация НСl в желудочном соке может достигать 0,16 М, за счёт чего значение рН снижается до 1,0-2,0. Приём белковой пищи часто сопровождается выделением щелочной мочи за счёт секреции большого количества бикарбоната в процессе образования НСl.

Под действием НСl происходит денатурация белков пищи, не подвергшихся термической обработке, что увеличивает доступность пептидных связей для протеаз. НСl обладает бактерицидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник. Кроме того, соляная кислота активирует пепсиноген и создаёт оптимум рН для действия пепсина.

Механизм активации пепсина.



Рис. 1 Секреция соляной кислоты в желудке. 1 - карбоангидраза; 2 - Н+/К+- АТФ-аза; 3 - белки-переносчики анионов; 4 - хлоридный канал.

Под действием гастринов в главных клетках желудочных желёз стимулируются синтез и секреция пепсиногена - неактивной формы пепсина. Пепсиноген - белок, состоящий из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 40 кД. Под действием НСl он превращается в активный пепсин (молекулярная масса 32,7 кД) с оптимумом рН 1,0-2,5. В процессе активации в результате частичного протеолиза от N-конца молекулы пепсиногена отщепляются 42 аминокислотных остатка, которые содержат почти все положительно заряженные аминокислоты, имеющиеся в пепсиногене. Таким образом, в активном пепсине преобладающими оказываются отрицательно заряженные аминокислоты, которые участвуют в конформационных перестройках молекулы и формировании активного центра. Образовавшиеся под действием НСl активные молекулы пепсина быстро активируют остальные молекулы пепсиногена (аутокатализ). Пепсин в первую очередь гидролизует пептидные связи в белках, образованные ароматическими аминокислотами (фенилаланин, триптофан, тирозин) и несколько медленнее - образованные лейцином и дикарбоновыми аминокислотами. Пепсин - эндопептидаза, поэтому в результате его действия в желудке образуются более короткие пептиды, но не свободные аминокислоты.

Нарушения переваривания белков в желудке.

При различных заболеваниях ЖКТ в желудке нарушается выделение НСl и пепсиногена, при этом переваривание белков заметно снижается. Наиболее часто встречаются патологические изменения кислотности желудочного сока. Нарушение образования пепсина отмечают реже и выявляют при более значительных поражениях желудка.

Определение кислотности желудочного сока используют для диагностики различных заболеваний желудка.

Повышенная кислотность желудочного сока обычно сопровождается изжогой, диареей и может быть симптомом язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, а также гиперацидного гастрита. Пониженная кислотность бывает при некоторых видах гастритов. Полное отсутствие НСl и пепсина (желудочная ахилия) наблюдается при атрофических гастритах и часто сопровождается пернициозной анемией вследствие недостаточности выработки фактора Касла и нарушения всасывания-витамина В12. Анацидность (рН желудочного сока >6,0) свидетельствует о значительной потере слизистой оболочкой желудка обкладочных клеток, секретирующих соляную кислоту, что часто вызывает рак желудка.

Кислотность желудочного сока выражается в титрационных единицах (ТЕ) - количество 0,1 М NaOH в 1 мл, затраченное на титрование 100 мл желудочного сока по определённому индикатору. При определении кислотности желудочного сока различают: общую кислотность, связанную НСl и свободную НСl.

· Общая кислотность желудочного сока - совокупность всех кислотореагирующих веществ желудочного сока, представляет собой секрет желудка, собираемый в течение 1 ч.

Переваривание белков в кишечнике.

Желудочное содержимое (химус) в процессе переваривания поступает в двенадцатиперстную кишку. Низкое значение рН химуса вызывает в кишечнике выделение белкового гормона секретина, поступающего в кровь.

Этот гормон в свою очередь стимулирует выделение из поджелудочной железы в тонкий кишечник панкреатического сока, содержащего НСО3-, что приводит к нейтрализации НСl желудочного сока и ингибированию пепсина. В результате рН резко возрастает от 1,5-2,0 до ?7,0.

Поступление пептидов в тонкий кишечник вызывает секрецию другого белкового гормона - холецистокинина (см. раздел 11), который стимулирует выделение панкреатических ферментов с оптимумом рН 7,5-8,0.

Под действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника завершается переваривание белков.

1. Активация панкреатических ферментов.

В поджелудочной железе синтезируются проферменты ряда протеаз: трипсиноген, химотрипсиноген, проэластаза, прокарбоксипептидазы А и В. В кишечнике они путём частичного протеолиза превращаются в активные ферменты трипсин, химотрипсин, эластазу и карбок-сипептидазы А и В.

Активация трипсиногена происходит под действием фермента эпителия кишечника энтеропептидазы.

Этот фермент отщепляет с N-конца молекулы трипсиногена гексапептид Вал-(Асп)4-Лиз. Изменение конформации оставшейся части полипептидной цепи приводит к формированию активного центра, и образуется активный трипсин. Последовательность Вал-(Асп)4-Лиз присуща большинству известных трипсиногенов разных организмов - от рыб до человека.

Образовавшийся трипсин активирует химотрипсиноген, из которого получается несколько активных ферментов (рис. 9-3). Химотрипсиноген состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 245 аминокислотных остатков и пяти дисульфидных мостиков. Под действием трипсина расщепляется пептидная связь между 15-й и 16-й аминокислотами, в результате чего образуется активный р-химотрипсин. Затем под действием р-химотрипсина отщепляется дипептид сер(14)-арг(15), что приводит к образованию д-химотрипсина. Отщепление дипептида тре(147)-арг(148) завершает образование стабильной формы активного фермента - б-химотрипсина, который состоит из трёх полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками.

Остальные проферменты панкреатических протеаз (проэластаза и прокарбоксипептидазы А и В) также активируются трипсином путём частичного протеолиза. В результате образуются активные ферменты - эластаза и карбокси-пептидазы А и В.

2. Специфичность действия протеаз.

Трипсин преимущественно гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами аргинина и лизина. Химотрипсины наиболее активны в отношении пептидных связей, образованных карбоксильными группами ароматических аминокислот (Фен, Тир, Три).