Лекция 6 Обмен белков
• Белки - высокомолекулярные азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот; • В одну молекулу белков входят десятки, сотни, тысячи и даже десятки тысяч аминокислот; • Во все белки, независимо от их происхождения, входят только 20 разновидностей аминокислот
Общая формула аминокислот R H-C-NH 2 COOH
Полипептидная цепь белка трипсина
Дисульфидные связи в молекуле инсулина
Участок молекулы коллагена
• С пищей в сутки поступает около 100 г белков; • Расщепление белков в процессе пищеварения происходит под действием протеолитических ферментов; • В конечном итоге пищевые белки превращаются в аминокислоты 20 разновидностей.
• Белки, входящие в состав клеток организма, также подвергаются постоянному распаду под влиянием внутриклеточных протеолитических ферментов, называемых внутриклеточными протеиназами или катепсинами; • Эти ферменты локализованы в специальных внутриклеточных органоидах – лизосомах; • Мембраны, окружающие лизосомы, непроницаемы для катепсинов, но зато пропускают во внутрь лизосом белки, подлежащие протеолизу.
• Для предупреждения чрезмерного распада собственных белков в организме имеются особые белки – эндогенные ингибиторы протеиназ, снижающие скорость протеолиза; • Особенно много таких ингибиторов протеолиза в богатой белками плазме крови.
• В сутки внутриклеточному протеолизу подвергается 200 -300 г собственных белков организма, что приводит к возникновению примерно такого же количества аминокислот; • Важно отметить, что при распаде как пищевых, так и собственных белков организма образуются аминокислоты одних и тех же 20 видов; • Поэтому в течение суток в организме появляется около 300 - 400 г свободных аминокислот.
• Бόльшая часть аминокислот используется для синтеза белков; • В организме взрослого человека существует равновесие между распадом и синтезом белков; • У детей преобладает синтез, ведущий к накоплению белков в организме, что является обязательным условием роста и развития организма; • Синтез белков происходит при обязательном участии нуклеиновых кислот.
• Первый этап синтеза белка транскрипция осуществляется в клеточном ядре с использованием ДНК как источника генетической информации; • Генетическая (наследственная) информация обусловливает порядок расположения аминокислот в полипептидных цепях синтезируемого белка; • Эта информация закодирована строгой последовательностью азотистых оснований в молекуле ДНК;
• Каждая аминокислота кодируется сочетанием трех азотистых оснований, называемым кодоном или триплетом; • Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об определенном белке, получил название ген.
• На этом участке ДНК во время транскрипции по принципу комплементарности синтезируется информационная РНК (и. РНК); • Эта нуклеиновая кислота представляет собой копию соответствующего гена и содержит информацию о строении белка, закодированного в данном гене; • Образовавшаяся и. РНК выходит из ядра и поступает в рибосомы.
В ходе второго этапа – рекогниции (распознавания), протекающего в цитоплазме, аминокислоты избирательно связываются со своими переносчиками - транспортными РНК (ТРНК); Антикодон
• На этом этапе в качестве источника энергии используется молекула АТФ • В результате рекогниции образуется комплекс аминокислота-т. РНК: АМИНОКИСЛОТА + т. РНК АМИНОАЦИЛ-т. РНК • В составе этого комплекса аминокислота обладает повышенной химической активностью; • В связи с этим второй этап синтеза белка часто называют активацией аминокислот.
• Третий этап синтеза белка трансляция протекает на рибосомах; • Каждая рибосома соединяется с и. РНК с образованием комплекса –рибосомаи. РНК; • К этому комплексу поочередно подходят т. РНК с аминокислотами и своими антикодонами по принципу комплементарности связываются с кодонами и. РНК; • В результате такого связывания возникает последовательность расположения аминокислот, закодированная в соответствующем гене.
• Далее аминокислоты соединяются пептидными связями и образуются полипептиды, из которых формируются белковые молекулы; • Синтез белка процесс энергоемкий; • Включение в молекулу белка только одной аминокислоты сопровождается затратой трех молекул АТФ.
Регуляция скорости синтеза белков • Синтез белков в организме ускоряется соматотропным гормоном (гормоном роста) и тестостероном (мужским половым гормоном); • Тормозится синтез белков гормонами коры надпочечников – глюкокортикоидами; • Регулирующее действие всех этих гормонов связано с их влиянием на скорость транскрипции; • Синтез белков подавляют многие антибиотики, ингибирующие трансляцию.
Азотистый баланс • Состояние белкового обмена можно оценить по азотистому балансу; • Азотистый баланс это соотношение между азотом, поступающим в организм с пищей, и азотом, выводимом из организма.
• Взрослый человек при обычном питании находится в состоянии азотистого равновесия (азота выводится столько, сколько поступает с пищей); • Это свидетельствует об одинаковой скорости распада и синтеза белков.
• При положительном азотистом балансе с пищей азота поступает больше, чем выводится; • В этом случае синтез белков протекает с более высокой скоростью, чем их распад; • Положительный азотистый баланс наблюдается у растущего организма, а также у спортсменов, наращивающих мышечную массу.
• При отрицательном азотистом балансе (азота выводится больше, чем поступает) белков в организме распадается больше, чем образуется; • Отрицательный азотистый баланс может быть при длительном белковом голодании.
Общая схема белкового обмена Белки пищевые 100 -120 г/сутки Белки тканевые 200 -300 г/сутки Аминокислоты (20 разновидностей) 300 -420 г/сутки Н 2 О CО 2 NH 3 Небелковые вещества (глюкоза, азотистые основания, гем, адреналин, норадреналин, тироксин, креатин, карнитин и др. ) Мочевина 20 -35 г/сутки
Тест 1 В процессе пищеварения белки превращаются в: а) б) в) г) аминокислоты ацетил-кофермент А жирные кислоты кетоновые тела
Тест 2 Внутриклеточный протеолиз протекает в: а) б) в) г) лизосомах рибосомах митохондриях ядре
Тест 3 Специфическим продуктом распада белков является: а) б) в) г) ацетоуксусная кислота молочная кислота мочевина
Тест 4 При обычном питании в сутки выделяется мочевины: а) б) в) г) 10 -15 г 20 -30 г 60 -70 г 90 -100 г
Тест 5 Средняя суточная потребность в белках у взрослого человека составляет: а) б) в) г) 10 -20 г 30 -40 г 100 -120 г 200 -250 г
Тест 6 В процессе пищеварения белки превращаются: а) б) в) г) в аминокислоты в ацетил-Ко. А в кетоновые тела в тиокислоты
Тест 7 Синтез информационной РНК (и. РНК) протекает: а) б) в) г) в лизосомах в рибосомах в цитоплазме в ядре
Тест 8 Каждая аминокислота кодируется сочетанием: а) б) в) г) двух азотистых оснований трех азотистых оснований четырех азотистых оснований пяти азотистых оснований
Тест 9 Первый этап синтеза белка – транскрипция протекает: а) б) в) г) в лизосомах в рибосомах в цитоплазме в ядре
Тест 10 Второй этап синтеза белка – рекогниция протекает: а) б) в) г) в лизосомах в рибосомах в цитоплазме в ядре
Тест 11 ДНК принимает участие в этапе синтеза белка: а) рекогниции б) транскрипции в) трансляции
Тест 12 Синтез белков ускоряет гормон: а) б) в) г) адреналин глюкагон соматотропин тироксин
