28 października 2011
Metabolizm białek
dr n. med. Daria Pracka
Fizjologia
Białka
Około ¾ wszystkich składników organicznych ciała stanowią białka. Są to np.:
· Białka strukturalne
· Enzymy
· Nukleoproteiny
· Białka transportujące (tlen, lipidy, hormony, leki)
· Barwniki (melaniny, porfiryny)
· Przeciwciała
· Białka mięśniowe (powodujące skurcz mięśni, pompy jonowe)
· Oraz wiele innych białek pełniących specyficzne funkcje komórkowe
Zdrowa osoba wymienia codziennie około 2% swoich białek.
Bilans azotowy
Białka to nośniki azotu (w postaci np. grup aminowych, amidowych). Większość aminokwasów powstałych z rozpadu białek jest wtórnie wykorzystywana, reszta (ok. 25%) ulega degradacji i musi być zastąpiona aminokwasami z pożywienia.
Bilans azotowy:
· Porównanie ilości azotu przyswojonego z dietą do wydalonego w ciągu doby (przez nerki z moczem)
· Jego podstawowa jednostką są aminokwasy, pochodzące z metabolizowanych białek
· Jest zrównoważony u dorosłego i zdrowego człowieka
Ujemny bilans azotowy:
Głód, dieta bezbiałkowa, niedostatek białka w diecie lub niewłaściwy jego skład, w chorobach wyniszczających, w wieku starczym (upośledzone wchłanianie, zwiększenie rozpadu białka, upośledzone jego wykorzystanie)
Dodatni bilans azotowy:
W okresie wzrostu (niemowlęta, dzieci), rekonwalescenci, kobiety w ciąży, kobiety karmiące.
Pożywienie ubogie w węglowodany tłuszcze może spowodować zachwianie równowagi azotowej nawet wtedy, gdy pokrycie zapotrzebowania białka jest wystarczające.
Niedostarczenie odpowiedniej ilości węglowodanów i tłuszczów w diecie wymaga znaczniejszej ilości białka, którego aminokwasy stają się surowcem energetycznym.
Prawo minimum
· Przebieg procesów metabolicznych zależy od najmniejszej ilości niezbędnego czynnika pokarmowego.
· Wykorzystanie białka zależy od najmniejszej ilości aminokwasu niezbędnego obecnego w spożywanym białku
· Minimum białkowe (zabezpiecza pokrycie strat azotu)
=0,5 k/kg/dobę
· Norma żywieniowa 0,9-1,0 g/kg/dobę
· 3:2 stosunek białek zwierzęcych do roślinnych
Wartość biologiczna białek
· Pełnowartościowe
o Częściowo niepełnowartościowe (zawierają wszystkie aminokwasy niezbędne, ale przynajmniej jeden w ilości niewystarczającej [mąka, kasze])
o Niepełnowartościowe (kolagen, żelatyna – brak TRP, brak lizyny kukurydzy)
Źródła metaboliczne wolnych aminokwasów
Wolne aminokwasy są produktami rozpadu białek, proteolizy katalizowanej przez enzymy proteolityczne.
Rozkład białek
Pokarmowych
Wewnątrzkomórkowych
Zachodzi pod wpływem enzymów soków trawiennych:
· W soku żołądkowym (pepsyna)
· W soku trzustkowym (trypsyna, chymotrypsyna, elastaza, karboksypeptydaza)
· W soku jelitowym (aminopeptydaza)
Zachodzi pod wpływem proteaz wewnątrzkomórkowych w szlaku:
· Lizosomalnym
· Pozalizsomalnym
Białka przeznaczone do zniszczenia znaczone są ubikwityną, peptydem łączącym się jego glicyną z lizyną białka
Półokres trwania białek waha się od kilku minut do dni i tygodni. Szybkość rozkładu zależy od stanu fizjologicznego narządu.
Rozkład białek pokarmowych
· Wchłaniane są tylko aminokwasy wolne
· Wchłanianie białek i peptydów to stan patologiczny i prowadzi do reakcji immunologicznej
· Po posiłku stężenie aminokwasów we krwi wzrasta, jednak jest to nieduża zmiana, ponieważ:
o Trawienie i wchłanianie białek zajmuje 2-3 h, w efekcie czego wchłaniane są one stopniowo i w niewielkich ilościach
o Po wchłonięciu z jelito do krążenia wrotnego są one szybko (5-10 min) wychwytywane przez tkanki ciała, zwłaszcza wątrobę
Żołądek
Trawienie białek jest główną funkcją żołądka.
· Pepsyna
o Endopeptydaza
o Rozkłada denaturowane białko do dużych polipeptydów
o Hydrolizuje wiązania utworzone przez aminokwasy aromatyczne lub dikarboksylowe
o Maksymalna aktywacja przy pH 1-2
· Rennina (podpuszczka, chymozyna)
o Enzym ważny w trawieniu białek u niemowląt
o Przekształca kazeinę w para kazeinę
o Nie występuje w żołądku dorosłych
Dwunastnica
· Trypsyna
o Hydrolizuje wiązania tworzone przez aminokwasy zasadowe
· Chymotrypsyna
o Hydrolizuje wiązania tworzone przez aminokwasy pozbawione ładunku elektrycznego, np. aromatyczne
· Elastaza
o Hydrolizuje wiązania tworzone przez małe aminokwasy, np. Gly, Ser, Ala
· Karboksypeptydaza
o Egzopeptydaza
o Działa na C-końcowe wiązania peptydowe, uwalniając pojedyncze aminokwasy
Jelito cienkie
· Aminopeptydaza
o Rozrywa N-końcowe
· Dipeptydaza
o Wykazuje różną swoistość
o Niektóre z nich znajdują się w obrębie nabłonka jelitowego, rozkładając di peptydy do wolnych aminokwasów
Wchłanianie aminokwasów
· Wolne aminokwasy – wchłaniane są do krwi przy udziale nośników
· Oligopeptydy zawarte w treści jelitowej:
o ulegają hydrolizie w świetle jelita, a następnie absorpcji
o oligopeptydy przenoszone ze światła jelita do cytoplazmy, gdzie ulegają rozpadowi do wolnych aminokwasów pod wpływem peptydaz cytoplazmatycznych
o oligopeptydy łączą się rąbkiem szczoteczkowym, po czym dopiero poddawane są działaniu peptydaz zlokalizowanych w samej błonie komórkowej
Rozkład białek wewnątrzkomórkowych
· cząsteczki białka, które wnikają do komórek na drodze endocytozy przez błonę komórkową dostają się do endosomów wczesnych, a z nich do endosomów późnych
· W zależności od tego czy są ubikwitynowane, ulegają strawieniu w lizosomach lub proteasomach
· Na ogół jednak, makrocząsteczki białka są transportowane w pęcherzykach bezpośrednio do siateczki śródplazmatycznej, aparatu Golgiego lub do błony innej komórki (transcytoza) i pozostają niestrawione
Lizosomy – to organelle zawierające enzymy hydrolityczne (aż 40 różnych hydrolaz), w tym proteazy i katepsyny, które doszczętnie degradują białka wewnątrzkomórkowe
Proteasomy – to kompleksy wieloenzymatyczne, złożone z ok. 28 podjednostek, ułożonych na kształt pustego w środku cylindra. W komórce występują w postaci nieaktywnej i dopiero po związaniu z białkowym aktywatorem uzyskują aktywność proteazy. Składa się z dwóch podjednostek, podjednostki α i dwóch podjednostek β. Podjednostki β tworzą kanał, w którym znajdują się centra aktywne proteaz.
Proteasomy trawią szczególnie:
· Białka o nieprawidłowej konformacji lub uszkodzone
· Białka regulatorowe
· Białka antygenowe (np. wirusów, a powstałe peptydy są następnie wiązane z MHC klasy I i prezentowane limfocytom)
· Białka w czasie głodzenia (źródło aminokwasów)
Aminokwasy w komórkach są zużywane do syntezy:
· Peptydów
· Hormonów
· Barwników
· Neuroprzekaźników
· Zasad purynowych i pirymidynowych
· Koenzymów
· Fosfolipidów
Aminokwasy występujące w nadmiarze:
· Nie mogą być magazynowane w organizmie
· Są wydalane (z moczem)
· Są degradowane (jako substraty w ketogenezie lub glukoneogenezie)
Miejsce rozkładu aminokwasów – wątroba
· Grupa α-aminowa przekazywana jest na inny receptor (keto kwas) lub odłączona w postaci amoniaku
· Szkielet węglowodorowy jest przekształcany w ciała ketonowe (aminokwasy ketogenne) lub w glukozę (aminokwasy glukogenne)
Detoksykacja amoniaku
NH3 jest związkiem toksycznym o właściwościach zasadowych. Amoniak ulega detoksykacji poprzez przekształcanie w mocznik w cyklu mocznikowym i wydaleniu.
Związki biologicznie czynne powstałe z aminokwasów
· Seryna: Aktywne fragmenty jednowęglowe (aktywny aldehyd mrówkowy, donor grupy metylowej)
· Tyrozyna: hormony i neuroprzekaźniki (tyroksyna, trijodotyronina, dopamina, adrenalina, noradrenalina), melanina (tworzą ziarniste struktury, barwy czarnej, występują m.in. w skórze, włosach, siatkówce oka)
· Tryptofan: kwas nikotynowy
· Cysteina: przekształca się w taurynę, siarka z cysteiny utlenia się do siarczany
· Lizyna i metionina: karnityna (przenośnik reszt kwasów tłuszczowych długołańcuchowych przez wewnętrzną błonę mitochondrialną)
· Glicyna, arginina i metionina: kreatyna powstaje z aminokwasów; kreatyna jest akceptorem reszt fosforanowych z ATP, przekształca się w fosfokreatynę. Niewykorzystana fosfokreatyna ulega przemianę w kreatyninę i wydalana jest z moczem.
· Dekarboksylacja aminokwasów dostarcza amin biogennych:
o Histydynę: histamina (hormon tkankowy, pobudza sekrecję HCl przez nabłonek śluzówki żołądka, rozszerza naczynia włosowate)
o Tryptofan: serotonina (neurotransmiter, kurczy mięśnie gładkie małych naczyń tętniczych)
o Serynę: etanolamina (składnik glicerofosfolipidów)
o Glutaminian: kwas γ-aminomasłowy (neurotransmiter)
2
dietetykaCMUMK