Переваривание белков

Главными источниками белков для человека являются пищевые продукты живот­ного и растительного происхождения. В табл. 11.4 представлены средние данные о со­держании белка в основных пищевых продуктах. Видно, что главным образом живот­ные (мясо, рыба, сыр) и только некоторые растительные (горох, соя) продукты богаты белками, в то время как наиболее распространенные растительные пищевые продукты содержат небольшие количества белка.

Таблица	11.4. Содержание белка в некоторых пищевых продуктах
Наименование	продукта	Содержание белка, %	Наименование продукта	Содержание белка, %
Мясо		18-22	Гречневая крупа
Рыба		17-22	Пшено
Сыр		20-36	Орехи лесные
Яйца			» кедровые
Молоко		3,5	Картофель	1,5-2
Хлеб ржаной		7,8	Капуста	1,1-1,6
Рис			Морковь	0,8-1,6
Горох			Свекла	1,6
Соя			Яблоки	0,3-0,4
Макароны		9-13	Вишня	1-1,1

Весь сложный процесс переваривания пищевых белков в желудочно-кишечном тракте «настроен» таким образом, чтобы путем последовательного действия протео-литических ферментов лишить белки пищи видовой и тканевой специфичности и при­дать продуктам распада способность всасываться в кровь через стенку кишечника. Показано, что примерно 95 — 97% белков пищи всасывается в виде свободных амино­кислот. Следовательно, ферментный аппарат желудочно-кишечного тракта осуще­ствляет поэтапное, строго избирательное расщепление пептидных связей белковой молекулы вплоть до конечных продуктов гидролиза белков — свободных аминокислот. Гидролиз заключается в разрыве пептидных связей — СО —NH — белковой молекулы.

Протеолитические ферменты (протеиназы) обладают широкой специфичностью, хотя многие из них специфичны к размеру полипептида и к структуре радикала аминокислоты, участвующей в образовании пептидной связи. В табл. 11.5 приведен список основных ферментов, катализирующих гидролитический распад пищевых бел­ков и пептидов.

Таблица 11.5. Протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта

Источник	Фермент	Примечание
Желудочный сок	Пепсин	Протеиназа (найден также в желудочном
		соке птиц, рептилий и рыб)
»»	Реннин	Вызывает свертывание молока
»»	Гастриксин	Пепсиноподобный фермент
Панкреатический сок	Трипсин	Протеиназа
»»	Химотрипсин	»
»»	Коллагеназа	»
»»	Карбоксипептидаза	Пептидаза
»»	Эластаза	»
Кишечный сок	Аминопептидаза	»
	Лейцинаминопептидаза	»
»»	Аланинаминопептидаза
»»	Энтеропептидаза	Гликопротеин
»»	Трипептидазы	Пептидазы
»»	Дипептидазы	»
»»	Пролил-дипептидаза	»
»»	Пролин-дипептидаза	»

Следует подчеркнуть, что, хотя с пищей человек получает огромное разнообразие белков, все они подвергаются воздействию ограниченного числа п ротеиназ. Эти фер­менты относятся к классу гидролаз (см. главу 4) и часто называются также пепти-дазами. Известны две группы пептидаз: экзопептидазы, катализирующие разрыв кон­цевой пептидной связи с освобождением одной какой-либо концевой аминокислоты, и эндопептидазы, преимущественно гидролизующие пептидные связи внутри поли­пептидной цепи. Поскольку эндопептидазы обладают разной субстратной специфич­ностью действия, всецело определяемой природой радикалов аминокислот по сосед­ству с разрываемой пептидной связью, белковая молекула распадается под действием разных эндопептидаз на строго определенное число пептидов, сравнительно легко идентифицируемых методами хроматографии и электрофореза (метод отпечатков пальцев). Это свойство эндопептидаз нашло широкое применение в исследователь­ской работе при выяснении первичной структуры индивидуальных белков.

Эндопептидазы

Пепсин. Одним из хорошо изученных и основных протеолитических ферментов пищеварительного тракта является пепсин. Его наличие в желудке было показано в 1783 г. Л. Спалланцани, хотя в. кристаллическом виде он был получен только в 1930 г. (см. главу 1). Пепсин вырабатывается в клетках слизистой оболочки желудка в неактивной форме — в виде пепсиногена; превращение последнего в активный пепсин осуществляется в желудочном содержимом. Однако молекулярный механизм превра­щения неактивного пепсиногена в активный пепсин в деталях еще не выяснен. Наиболее вероятным считается предположение, что этот процесс является последо­вательным и протекает в несколько этапов в присутствии соляной кислоты по ме­ханизму аутокаталитического действия самого пепсина. Поскольку молекулярная масса пепсиногена приблизительно равна 40 400 Да, а пепсина — 32 700 Да, то пре­вращение первого во второй связано с отщеплением пептидных фрагментов. Оба фермента можно сравнительно легко получить в кристаллическом виде. Следует отме­тить, что в отличие от других протеиназ пепсин отличается высокой устойчивостью в сильнокислой среде и характеризуется низким значением изоэлектрической точки (pi < 1). Эти условия обычно создаются в желудочном содержимом, куда поступает

секретируемая клетками слизистой оболочки соляная кислота; рН чистого желудоч­ного сока колеблется от 1,0 до 2,0. Эта среда является оптимальной для каталитиче­ского действия пепсина. Имеются доказательства, что в желудке человека из пепсино-гена, вероятно, образуется не один активный пепсин, а несколько близких по строению пепсинов, включая пепсиноподобный фермент гастриксин, который имеет отлич­ный от пепсина оптимум рН действия, равный 3,0.

Р е н н и н. Реннин выделен из сока четвертого отдела желудка телят в кристалли­ческом виде. Он открыт также в желудочном соке детей грудного возраста. По меха­низму и специфичности действия реннин сильно отличается от пепсина, тогда как по структуре близок к нему: также состоит из одной полипептидной цепи с моле­кулярной массой 40000 Да. Изоэлектрическая точка реннина равна 4,5.

Три другие важные эндопептидазы — трипсин, химотрипсин и эластаза, участвую­щие в дальнейшем после действия пепсина переваривании белков, синтезируются в поджелудочной железе. Все они вырабатываются в неактивной форме, в виде проферментов и их превращение в активные ферменты осуществляется в тонком кишечнике, куда они поступают с панкреатическим соком.

Трипсин. Трипсиноген и трипсин получены в кристаллическом виде; полностью расшифрована первичная структура и известен молекулярный механизм превращения профермента в активный фермент. В опытах in vitro превращение трипсиногена в трипсин катализирует не только энтеропептидаза и сам трипсин, но и другие протеиназы и ионы Са²⁺. Активирование химически выражается в отщеплении с N-конца полипептидной цепи 6 аминокислотных остатков (гексапептида следую­щего состава: Вал —Асп —Асп —Асп —Асп —Лиз —) и соответственно укорочении поли­пептидной цепи (рис. 11.1).

Следует, однако, подчеркнуть, что в этом небольшом, казалось бы, химическом процессе — отщепление гексапептида от предшественника — заключено важное биоло­гическое значение, поскольку при этом происходит формирование активного центра и образование трехмерной структуры трипсина, а известно (см. главу 1 и 4), что белки биологически активны только при сохранении своей нативной трехмерной конформации. В том, что трипсин, как и другие протеиназы, вырабатывается в под­желудочной железе в неактивной форме, также имеется определенный физиологиче­ский смысл, поскольку в противном случае трипсин мог бы оказывать разрушаю­щее протеолитическое воздействие не только на клетки самой железы, но и на дру­гие ферменты, синтезируемые в ней (амилазу, липазу и др.). При остром панкреа­тите, когда трипсин и другие ферменты из пораженной поджелудочной железы «вымываются» в кровь, уровень их в крови соответствует размерам некротического

участка; в этом случае определение активности трипсина в сыворотке крови является надежным ферментным тестом при диагностике острого панкреатита. Укажем также, что субстратная специфичность трипсина ограничена разрывом только тех пептидных свя­зей, в образовании которых участвуют карбоксильные группы лизина и аргинина.

Химотрипсин. В поджелудочной железе синтезируется ряд химотрипсинов (а-, 5-, тс-химотрипсины) из двух предшественников — химотрипсиногена А и химотрипсино-гена В. Активируются проферменты в кишечнике под действием активного трипсина и химотрипсина. Полностью раскрыта последовательность аминокислот химотрип­синогена А, во многом сходная с последовательностью аминокислот трипсина. Молекулярная масса его составляет примерно 25 000 Да (см. рис. 1.10 и 1.11). Он состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 246 аминокислотных остатков. Активация профермента не сопряжена с отщеплением большого участка молекулы (см. рис. 4.3). Получены доказательства, что разрыв одной пептидной связи между аргинином и изолейцином в молекуле химотрипсиногена А под действием трипсина приводит к формированию я-химотрипсина, обладающего наибольшей ферментатив­ной активностью. Последующее отщепление дипептида Сер —Apr приводит к образо­ванию 5-химотрипсина. Аутокаталитический процесс активирования, вызванный химо-трипсином, сначала приводит к формированию неактивного промежуточного неохимо-трипсина, который под действием активного трипсина превращается в а-химотрип-син; этот же продукт образуется из б-химотрипсина, но под действием активного химотрипсина. Таким образом, благодаря совместному перекрестному воздействию химотрипсина и трипсина из химотрипсиногена образуются разные химотрипсины, различающиеся как ферментативной активностью, так и некоторыми физико-хими­ческими свойствами, в частности электрофоретической подвижностью.

Следует указать, что химотрипсин обладает более широкой субстратной специ­фичностью, чем трипсин. Он катализирует гидролиз не только пептидов, но и эфи-ров, гидроксаматов, амидов и других ацилпроизводных, хотя наибольшую активность химотрипсин проявляет по отношению к пептидным связям, в образовании которых принимают участие карбоксильные группы ароматических аминокислот — фенилалани-на, тирозина и триптофана'.

Эластаза. В поджелудочной железе синтезируется еще одна эндопептидаза — эластаза в виде проэластазы. Превращение профермента в эластин в тонком кишеч­нике катализируется трипсином. Название фермент получил от субстрата эластина, который он гидролизует. Эластин содержится в соединительной ткани и характери­зуется наличием большого числа остатков глицина и серина. Эластаза обладает широкой субстратной специфичностью, но предпочтительнее гидролизует пептидные связи, образованные аминокислотами с небольшими гидрофобными радикалами, в частности глицином, аланином и серином. Интересно, что ни трипсин, ни химо­трипсин не гидролизуют пептидные связи молекулы эластина, хотя все три фер­мента, включая эластазу, содержат сходные участки аминокислотных последовательно­стей и одинаковые места положения дисульфидных мостиков, а также имеют в актив­ном центре один и тот же ключевой остаток серина (см. табл. 4.2), что под­тверждают опыты с ингибированием всех трех ферментов диизопропилфторфосфатом, химически связывающим ОН-группу серина. Высказано предположение, что все три эндопептидазы поджелудочной железы — трипсин, химотрипсин и эластаза — возмож­но, имеют один и тот же общий предшественник и что специфичность активного фермента в основном определяется конформационными изменениями профермента в процессе активирования.

Экзопептидазы. В переваривании белков в тонком кишечнике активное участие принимает семейство экзопептидаз. Одни из них (карбоксипептидазы) синтезируются в поджелудочной железе и активируются трипсином в кишечнике, другие (амино-пептидазы) вырабатываются в клетках слизистой оболочки кишечника и также акти­вируются трипсином.

Карбоксипептидазы. Подробно изучены две карбоксипептидазы — А и В, относя­щиеся к металлопротеинам и катализирующие отщепление от полипептида С-кон-цевых аминокислот. Карбоксипептидаза А разрывает преимущественно пептидные связи, образованные концевыми ароматическими аминокислотами, а карбоксипепти­даза В — связи, в образовании которых участвуют С-концевые лизин или аргинин. Очищенный препарат карбоксипептидазы А обладает бифункциональной актив­ностью — пептидазной и эстеразной — и содержит ион цинка (один атом на 1 моль фермента). При замене ионов Zn²⁺ на ионы Са²⁺ происходит полная потеря пепти­дазной активности, но усиливается исходная эстеразная активность, хотя при этом существенных изменений в третичной структуре фермента не отмечено.

Аминопептидазы. В кишечном соке открыты два фермента — аланинаминопепти-даза, преимущественно катализирующая гидролиз пептидной связи, в образовании которой участвует N-концевой аланин, и лейцинаминопептидаза, не обладающая строгой субстратной специфичностью и гидролизующая пептидные связи, образован­ные любой N-концевой аминокислотой. Оба фермента осуществляют ступенчатое отщепление аминокислот от N-конца полипептидной цепи.

Дипептидазы. Процесс переваривания пептидов, их расщепление до свободных аминокислот в тонком кишечнике завершают дипептидазы. Среди дипептидаз кишеч­ного сока хорошо изучена глицил-глицин-дипептидаза, гидролизующая соответствую­щий дипептид до двух молекул глицина. Известны также две другие дипептидазы: пролил-дипептидаза (пролиназа), катализирующая гидролиз пептидной связи, в обра­зовании которой участвует СООН-группа пролина, и пролин-дипептидаза (пролидаза), гидролизующая дипептиды, в которых азот пролина связан кислотно-амидной связью.

Еще сравнительно недавно протеиназы традиционно связывали только с про­цессами переваривания. Однако в настоящее время накапливается все больше данных о более широкой биологической роли протеолитических ферментов тканей в регу­ляции ряда внеклеточных и внутриклеточных процессов. Некоторые из них выпол­няют защитную функцию (свертывание крови, система комплемента, или лизис клеток), другие генерируют гормоны, токсины, вазоактивные агенты (ангиотензин, кинины). Ряд протеиназ регулирует образование пищеварительных ферментов, взаимо­действие между клетками и клеточными поверхностями или развитие фертилизации (хитинсинтетаза) и дифференциации. Регуляция в большинстве случаев предусматри­вает превращение неактивного предшественника в активный белок путем отщепления ограниченного числа пептидов. Этот процесс, впервые описанный К. Линдерстрем-Лангом еще в 50-е годы, в последнее время получил наименование ограниченного протеолиза. Значение этого процесса очень важно как для понимания сущности и биологического значения синтеза в клетках неактивных пре- и пробелков, так и для широкого его практического использования в лабораториях и промышленности. В регуляции действия протеолитических ферментов участвуют также ингибиторы протеиназ белковой природы, открытые не только в поджелудочной железе, но и в плазме крови, курином яйце и т. д.

Отделение панкреатического и кишечного сока регулируется нейрогормональными факторами, которые подробно излагаются в курсе физиологии. Имеются доказатель­ства роли соляной кислоты в качестве пускового механизма выработки в кишечнике особых гормонов. В частности, соляная кислота, попадая в двенадцатиперстную кишку, действует на слизистую оболочку и стимулирует секрецию секретина (см. главу 6). С током крови секретин приносится в поджелудочную железу, стимулируя выработку и отделение щелочного панкреатического сока, а также способствует оттоку желчи. Показано, что секретин быстро исчезает из кровотока, а новые порции

его не вырабатываются, поскольку соляная кислота нейтрализуется щелочным под­желудочным соком. Таким образом, благодаря существованию такого механизма, действующего по типу обратной связи, осуществляется регуляция секреции и отделе­ния поджелудочного сока. Поджелудочный сок, полученный при действии секретина, содержит незначительное количество ферментов, но богат бикарбонатами, создаю­щими слабощелочную среду (рН 7,5 — 8,5), оптимальную для действия пищеваритель­ных ферментов в кишечнике. Вторым гормоном, также синтезирующимся в двена­дцатиперстной кишке и регулирующим секрецию поджелудочного сока, является холецистокинин (панкреозимин). Сок, полученный после его введения, напротив, богат ферментами и беден бикарбонатами.

Переваривание белков в желудке

В желудке имеются все условия для переваривания белков. Во-первых, в желу­дочном соке содержится активный фермент пепсин. Во-вторых, благодаря наличию в желудочном соке свободной соляной кислоты для действия пепсина создается оптимальная среда (рН 1,5 — 2,5). Следует особо указать на существенную роль соля­ной кислоты в переваривании белков; она переводит неактивный пепсиноген в актив­ный пепсин, создает оптимальную среду для действия пепсина, в присутствии соля­ной кислоты происходят набухание белков (увеличение поверхности соприкосновения фермента с субстратом), частичная денатурация и, возможно, гидролиз сложных бел­ков. Кроме того, соляная кислота стимулирует выработку секретина, ускоряет всасы­вание железа, и оказывает бактерицидное действие.

Ввиду исключительной роли соляной кислоты в переваривании белков были предприняты попытки объяснить механизм ее секреции в желудке. Хотя в деталях этот механизм до сих пор не выяснен, однако имеющиеся данные свидетельствуют, что образующиеся при диссоциации хлорида натрия в крови ионы хлора диффундируют через клеточную мембрану и соединяются с ионами водорода, которые в свою очередь освобождаются при диссоциации угольной кислоты, образующейся в обкладочных клетках из конечных продуктов обмена — Н2О и СО-.. Образовавшаяся соляная кислота затем секретируется обкладочными клетками в полость же­лудка. Равновесие ионов между кровью и обкладочными клетками достигается поступлением отрицательно заряженных ионов НСО₃~ из клеток в кровь взамен ионов хлора, поступающих из крови в клетки. Предполагается участие АТФ, поскольку синтез соляной кислоты требует доставки энергии. Следует отметить, что при некоторых поражениях желудка (обычно при воспалительных процессах) могут нарушаться секреция соляной кислоты и соответственно переваривание белков.

Пепсин, как было указано выше, гидролизует преимущественно пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот. Он расщепляет прак­тически все природные белки. Исключение составляют некоторые кератины, про-тамины, гистоны и мукопротеины. Наибольший гидролитический эффект пепсин ока­зывает на денатурированные белки. При этом образуются различного размера пептиды и, возможно, небольшое число свободных аминокислот. В желудочном соке грудных детей, а также в секрете четвертого желудочка телят и других молодых жвачных животных содержится весьма активный фермент реннин, отличающийся от пепсина. Реннин катализирует свертывание молока, т. е. превращение растворимого казеино­гена в нерастворимый казеин. У взрослых людей эту функцию выполняет пепсин. Механизм этого процесса, несмотря на кажущуюся простоту, в деталях пока не выяс­нен. Предполагается, что реннин превращает растворимый казеиноген молока в пара-казеин, кальциевая соль которого нерастворима, и он выпадает в осадок в виде творога. Интересно отметить, что после удаления ионов кальция из молока образо­вания осадка не происходит.

Наличие активного реннина в желудочном соке грудных детей имеет, по-видимому, важное физиологическое значение, поскольку при свертывании молока, являющегося

основным пищевым продуктом в этом возрасте, резко замедляется продвижение нерастворимого казеина через пищеварительный канал, в результате чего он дольше подвергается действию протеиназ.

Переваривание белков в кишечнике

Дальнейшее превращение белков пищи осуществляется в тонком кишечнике, где на белки действуют ферменты панкреатического и кишечного соков. Трипсин и химо-трипсин действуют на белки аналогично пепсину, но разрывают другие внутренние пептидные связи; оба фермента наиболее активны в слабощелочной среде (рН 7,2 — 7,8). Благодаря гидролитическому действию на белки всех трех эндопептидаз (пепсина, трипсина, химотрипсина) образуются различной длины пептиды и некоторое коли­чество свободных аминокислот. Дальнейший гидролиз пептидов до свободных амино­кислот осуществляется под влиянием группы ферментов — пептидаз. Помимо пан­креатической карбоксипептидазы, на пептиды действуют кишечная аминопептидаза и разнообразные дипептидазы. Эта группа ферментов относится к экзопептидазам и катализирует гидролиз пептидной связи по схеме:

Точкой приложения аминопептидазы является пептидная связь с N-конца пептида. Карбоксипептидаза разрывает пептидную связь с противоположного' С-конца пептида. Эти ферменты отщепляют по одной аминокислоте от полипептида и в конечном итоге остаются дипептиды (состоящие из двух аминокислот), на которые действуют специфические дипептидазы. При этом образуются свободные аминокислоты, которые затем подвергаются всасыванию.

Из других ферментов протеолиза следует упомянуть об эластазе и коллагеназе поджелудочной железы, гидролизующих соответственно эластин и коллаген. Топогра­фически основные процессы гидролиза белков, как и углеводов и жиров, проте­кают на поверхности слизистой оболочки кишечника (так называемое пристеночное пищеварение по А. М. Уголеву).

ВСАСЫВАНИЕ ПРОДУКТОВ РАСПАДА БЕЛКОВ

Продукты гидролиза белков всасываются в желудочно-кишечном тракте в основ­ном в виде свободных аминокислот. Кинетика всасывания аминокислот в кишеч­нике в опытах in vivo и in vitro свидетельствует, что аминокислоты, подобно глю­козе, всасываются свободно с ионами натрия. Для лизина, цистеина и цистина, гли­цина и пролина, очевидно, существует более одной системы транспорта через стенку кишечника. Некоторые аминокислоты обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других аминокислот, что говорит о вероятном существовании общей переносящей системы или одного общего механизма. Так, в присутствии лизина тор­мозится всасывание аргинина, но не изменяется всасывание аланина, лейцина и глу-тамата.

Современные представления о проблеме транспорта веществ через мембраны (включая мембраны эпителиальных клеток кишечника) не позволяют точно охарак­теризовать молекулярный механизм транспорта аминокислот. Существуют два пред­ставления, по-видимому, дополняющих друг друга, о том, что требуемая для актив­ного транспорта энергия поставляется за счет биохимических реакций (это так назы­ваемый направляемый метаболизмом транспорт) или за счет энергии переноса другого

транспортируемого вещества, в частности энергии движения ионов Na⁺ (или других ионов) в клетку.

Большое количество информации о специфичности транспорта было получено при анализе наследственных дефектов всасывания аминокислот в кишечнике и почках. Классическим приме­ром является цистинурия, при которой резко повышено содержание в моче цистина, арги­нина, орнитина и лизина, обусловленное наследственным дефектом механизма почечной реаб-сорбции. Поскольку из указанных аминокислот цистин относительно нерастворим в воде, он легко выпадает в осадок в мочеточнике или мочевом пузыре, приводя к образованию цисти-новых камней со всеми вытекающими нежелательными последствиями (закупорка мочевыводя-щего тракта, развитие инфекции и др.). Аналогичное нарушение всасывания аминокислот, в частности триптофана, наблюдается при болезни Хартнупа. Доказано всасывание небольших пептидов, в особенности при патологии; так, в опытах in vitro и in vivo свободный глицин всасывался значительно медленнее, чем дипептид глицилглицин или даже трипептид, образо­ванный из трех остатков глицина. Следует подчеркнуть, что в этих случаях после введения олигопептидов с пищей в портальной крови обнаруживаются свободные аминокислоты. Оче­видно, олигопептиды подвергаются гидролизу после всасывания. В некоторых случаях отме­чается всасывание больших пептидов. Например, некоторые растительные токсины, в частности абрин и рицин, а также токсины ботулизма, холеры и дифтерии всасываются непосредственно в кровь. Дифтерийный токсин (молекулярная масса 63 000 Да), наиболее изученный из этих токсинов, состоит из двух функциональных полипептидов: первого, связывающегося со специ­фическим рецептором на поверхности чувствительной (восприимчивой) клетки, и второго, про­никающего внутрь клетки и оказывающего эффект, который чаще всего сводится к торможе­нию внутриклеточного синтеза белка всего организма. Транспорт этих двух полипептидов или целого токсина через двойной липидный слой биомембран до настоящего времени считается уникальным и загадочным процессом.

Ряд вопросов, однако^ до сих пор остается нерешенным, в частности вопросы об относительном количестве всасывания небольших пептидов и месте их гидролиза (на клеточной поверхности или внутриклеточно), а также основная проблема: выяснение молекулярных механизмов работы транспортных систем.

Превращения аминокислот под действием микрофлоры кишечника

Известно, что микроорганизмы кишечника для своего роста также нуждаются в доставке с пищей определенных аминокислот. Микрофлора кишечника располагает набором ферментных систем, отличных от соответствующих ферментов животных тканей и катализирующих самые разнообразные превращения пищевых аминокислот (в том числе несвойственные организму человека, в частности гнилостный распад). Благодаря этому в кишечнике создаются оптимальные условия для образования ядо­витых продуктов распада аминокислот — фенола, индола, крезола, скатола, сероводо­рода, метилмеркаптана, а также нетоксичных для организма соединений — спиртов, аминов, жирных кислот, кетокислот, оксикислот и др. Все эти превращения амино­кислот, вызванные деятельностью микроорганизмов кишечника, получили общее название гниения белков в кишечнике. Так, в процессе постепенного и глубокого распада серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина и метионина) в кишечнике образуются сероводород (H₂S) и метилмеркаптан CH₃SH. Диаминокислоты - орнитин и лизин — подвергаются процессу декарбоксилирования с образованием аминов, соот­ветственно путресцина и кадаверина.

Из ароматических аминокислот — фенилаланина, тирозина и триптофана — при аналогичном бактериальном декарбоксилировании образуются соответствующие ами­ны: фенилэтиламин, параоксифенилэтиламин (или тирамин) и индолилэтиламин (трип-тамин). Помимо этого процесса, микробные ферменты кишечника вызывают посте­пенное разрушение боковых цепей циклических аминокислот, в частности тирозина и триптофана, с образованием ядовитых продуктов обмена, соответственно крезола и фенола, скатола и индола.

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где они подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуро-новой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот (на­пример, фенолсерная кислота или скатоксилсерная кислота). Последние выделяются с мочой. Механизм обезвреживания этих продуктов изучен детально. В печени содер­жатся специфические ферменты — арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкуронилтранс-фераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее свя­занной формы — 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) и остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы — уридилдифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных выше продуктов. Ниже представлены химическое строение ФАФС и УДФГК:

Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в индоксил (соот­ветственно статоксил), который взаимодействует непосредственно в ферментативной реакции с ФАФС или с УДФГК. Так, например, индол связывается в виде эфиро-серной кислоты, калиевая соль которой получила название животного индикана, выво­димого с мочой (см. главу 17). По количеству индикана в моче человека можно сделать заключение о скорости процесса гниения белков в кишечнике и функцио­нальном состоянии печени. О функции печени и ее роли в обезвреживании токсич-

ных продуктов часто также судят по скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты (см. главу 15).

Таким образом, организм человека и животных обладает рядом защитных меха­низмов синтеза, биологическая роль которых заключается в обезвреживании токсич­ных веществ, поступающих в организм извне или образующихся в кишечнике из пищевых продуктов благодаря жизнедеятельности микроорганизмов.

Судьба всосавшихся аминокислот

Приведенная ниже схема дает представление о многообразных путях использо­вания аминокислот после всасывания в кишечнике. Поступив через воротную вену в печень, они прежде всего подвергаются ряду превращений в этом органе, хотя значительная часть аминокислот разносится кровью по всему организму и исполь­зуется для физиологических целей. В печени аминокислоты используются не только для синтеза собственных белков и белков плазмы крови, но также для синтеза специфических азотсодержащих соединений — пуриновых и пиримидиновых нуклео-тидов, креатина, мочевой кислоты, НАД и др.; печень обеспечивает, кроме того, сбалансированный пул свободных аминокислот организма путем синтеза заменимых аминокислот и перераспределения азота в результате трансаминирования.

Как видно из представленной схемы, всосавшиеся аминокислоты в первую оче­редь используются в качестве строительного материала для синтеза специфических

Углеводы

Липиды

Холин

Нреатин

Пептиды (глутатион, ансерин, карнозин)

Другие АМН

Порфирины (гем, НЬ, цитохромы)

Белки (ферменты, гормоны, антитела) Никотинамид-*- НАД

Гормоны, олигопептиды и производные аминокислот(окситоцин, вазопрессин, катехоламины, тироксин)

Биогенные амины

МелаНины

а -Нетокислоты (а-оксикислоты)-*-С0₂+Н₂0

Пурины, пиримидины

Аммиак

Мочевина

Амино­кислоты

тканевых белков, ферментов, гормонов и других биологически активных соединений. Некоторое количество аминокислот подвергается распаду с образованием конечных продуктов белкового обмена (ССЬ, НгО и NH3) и освобождением энергии. Подсчи­тано, что в организме взрослого человека, находящегося на полноценной диете, освобождается примерно 1200 кДж в сутки за счет окисления около 70 г аминокислот (помимо пищевых, также эндогенных аминокислот, образующихся при гидролизе тканевых белков). Это количество составляет около 10% суточной потребности орга­низма человека в энергии. Количество аминокислот, подвергающихся распаду, зависит как от характера питания, так и от физиологического состояния организма. Например, даже при полном голодании или частичном белковом голодании с мочой постоянно выделяется небольшое количество азотистых веществ, что свидетельствует о непре­рывности процессов распада белков тела. Аминокислоты, как и белки, не накапли­ваются и не откладываются в тканях (наподобие жиров и гликогена), и у взрослого человека при нормальной обеспеченности пищевым белком поддерживается довольно постоянная концентрация аминокислот в крови (см. главу 16). Использование ами­нокислот в синтезе белка будет подробно рассмотрено в главе 13.

Транспорт аминокислот через клеточные мембраны

Различная скорость проникновения аминокислот через мембраны клеток, уста­новленная при помощи метода меченых атомов, свидетельствует о существовании в организме активной транспортной системы, обеспечивающей перенос аминокислот как через внешнюю клеточную мембрану, так и через систему внутриклеточных мембран. Несмотря на тщательные исследования, проведенные в разных лаборато­риях, тонкие механизмы функционирования активной системы транспорта амино­кислот пока не расшифрованы. Очевидно, что таких систем существует несколько, в частности А. Майстером предложена оригинальная схема транспорта нейтральных аминокислот через плазматическую мембрану, которая, по-видимому, активно функ­ционирует в почечных канальцах, слизистой оболочке кишечника и ряде других тка­ней. Сущность этой гипотезы можно понять из схемы:

Предполагается, что главную роль в этом процессе играет мембранно-связанный гликопротеин — фермент у-глутамилтрансфераза, которая катализирует перенос у-глу-тамильной группы от глутатиона или другого у-глутамильного пептида на транс­портируемую аминокислоту. Комплекс у-глутамил-аминокислота после переноса через биомембрану распадается внутри клетки (или внутри субклеточного образования) под действием у-глутамилциклотрансферазы на свободную аминокислоту и 5-оксо-пролин (пироглутаминовая кислота), образование которого почти целиком сдвигает реакцию расщепления комплекса вправо. Благодаря возможности ресинтеза глу­татиона, требующего затраты энергии АТФ, цикл может повторяться многократно, транспортируя значительные количества аминокислот.