Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

аминокислоты, из которых могут образовываться промежуточные соединения цикла лимонной кислоты. Избыток образующегося азота удаляется затем путем синтеза мочевины. Максимальное количество экскретируемого в этих условиях азота составляет около 20 г в день.

21.5.1. Использование аминокислот для синтеза белка

Очевидно, что увеличение суммарного количества белков организма при росте организма и выздоровлении происходит за счет аминокислот пищи. Следует, однако, иметь в виду, что в этих условиях количество фактически синтезируемого белка значительно превосходит регистрируемый прирост. Даже у взрослого организма в состоянии азотистого равновесия происходят постоянный синтез пищеварительных ферментов (которые могут удаляться с кишечным содержимым), белковых гормонов, образующихся в эндокринных железах и подвергающихся распаду в различных тканях организма, образование и деградация белков плазмы и полная замена белков популяций клеток с относительно непродолжительным периодом существования, например эритроцитов, лейкоцитов и клеток слизистой желудочно-кишечного тракта.

Непрерывное включение азота пищи в структурные белки тканей у взрослого животного в состоянии азотистого равновесия было убедительно показано с помощью изотопов. В результате исследований, в которых аминокислоты, меченные I5N и (или) 2Н, вводили в рацион крыс, находящихся в состоянии азотистого равновесия, было установлено, что меченые аминокислоты всегда оказываются в смеси осаждаемых тканевых белков. Эти результаты привели к созданию концепции, согласно которой обмен белков рассматривался как динамический процесс, в ходе которого белки организма постоянно обновляются, т. е. они непрерывно синтезируются и подвергаются деградации. Поскольку количество белков остается постоянным, синтез и распад должны протекать с равными скоростями.

Образование новых клеток всегда связано с дополнительным синтезом белка. Действительно, даже у млекопитающих практически все белки каждой данной клетки образуются in situ. Скорость обновления белков различных структур организма сильно варьирует, при этом она лишь частично зависит от масштаба образования новых клеток. Белковый синтез является постоянной характеристикой зрелых неделящихся клеток. Даже конститутивные ферменты (например, альдолаза) нормальных неделящихся клеток печени взрослого животного содержат введенные в организм меченные изотопами аминокислоты; эти белки характеризуются периодами полураспада порядка нескольких недель. Менее

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

905

лабильными являются структурные белки, такие, как миозин мышц (гл. 36), период полураспада которых составляет более 6 месяцев. Это, однако, не отражает различий между печенью и мышцами в отношении всех конститутивных белков этих органов. Через 30 мин после инъекции кролику восьми меченых аминокислот удельные активности этих аминокислот оказались одинаковыми в трех различных кристаллических ферментах, выделенных из скелетной мышцы. Это показывает, что: 1) мышечные клетки постоянно синтезируют новые белки; 2) синтетический процесс является быстрым; 3) в данной клетке все белки образуются из общего пула свободных аминокислот; 4) рассматриваемый процесс является синтезом de novo всей белковой молекулы; ресин-теза белков из продуктов их частичной деградации не происходит; 5) индивидуальные белки данного типа клеток могут зна-тельнс различаться по скоростям обновления.

Белки, которые обычно находятся вне клеток, также обновляются с различными скоростями (гл. 29). В общем растворимые белки, уходящие из клеток, заменяются новыми белками относительно быстрее, чем белки, которые остаются внутри клеток. Так, у человека, находящегося в состоянии азотистого равновесия, период полураспада сывороточных белков составляет примерно 10 дней. Однако главный внеклеточный белок соединительной ткани коллаген у взрослых животных почти не включает меченых аминокислот; при этом меченые аминокислоты, включившиеся в коллаген в период роста животного, не уходят в дальнейшем из этого белка.

Введение меченых аминокислот позволило определить общую скорость синтеза белка. У человека, собаки и крысы скорости синтеза белка, выраженные в граммах азота на килограмм веса в день, составляют 0,6—1,0, 0,6 и 2,0 соответственно. Так, у взрослого человека весом 70 кг за сутки синтезируется и расщепляется около 400 г белка. Для сопоставления следует иметь в виду, что житель США получает в среднем ежедневно с пищей около 100 г аминокислот и что общее количество свободных аминокислот в жидкостях организма составляет примерно 30 г. Особенно примечательно то, что высокая скорость синтеза белка точно уравновешивается скоростью его деградации. Факторы, регулирующие синтез белков, в самом общем виде рассмотрены в гл. 26. Очевидно, что не имеется единой системы регуляции, а осуществляется независимая регуляция синтеза каждого белка, так что синтезы определенных белков протекают со скоростями, обеспечивающими соответствующие физиологические потребности. Синтез каждого белка весьма точно сбалансирован с его распадом. Однако факторы, регулирующие скорости синтеза и деградации белков, выяснены не до конца. Очевидно, однако, что в общем случае поступление аминокислот не является лимитирующим скорость син-

24—1358

soc

III. .МЕТАБОЛИЗМ

теза процессом, поскольку масштаб синтеза не может быть ускорен при увеличении поступления аминокислот (если оно уже является адекватным). Влияние различных эндокринных факторов на синтез белка будет рассмотрено в пятой части книги. В то время как аппарат синтеза белка обеопечивается энергией и информацией, 'внутриклеточный распад белка протекает, по-видимому, в результате простого гидролиза, катализируемого протеоли-тическими ферментами, находящимися в лизосомах, и другими ци-топлазматическими протеиназами.

Все клетки, по-видимому, содержат большой набор протеоли-тпческих ферментов; печень, почки и селезенка особенно богаты протеиназами. Следует, однако, иметь в виду, что внутриклеточные протеиназы этих тканей, часто называемые катепсинами, отличаются по характеру от образующихся (в форме зимогенов) в слизистой желудка и в панкреасе протеолитических ферментов, которые гидролизуют белки пищи в желудочно-кишечном тракте (разд. 21.1). С другой стороны, большинство пептидаз, обнаруженных в слизистой кишечника (разд. 21.2), широко распространены в тканях млекопитающих, например в почках, печени, мозге, мышцах и матке. Протеиназы и пептидазы всех клеток служат, следовательно, для деградации денатурированных внутриклеточных белков. Клетки печени и некоторых других тканей могут улавливать белки гемолизироваиных эритроцитов, денатурированные белки плазмы и др. и после гидролиза возвращать аминокислоты в общий пул организма. Далее, поскольку белковые и пептидные гормоны должны быть инактивированы после завершения ими своей функции, эти соединения также в основном гидролизуются до аминокислот. Следовательно, внутриклеточные протеолитиче-окие ферменты могут выполнять также регуляторные функции, удаляя биологически активные молекулы.

21.5.2. Регуляция метаболизма аминокислот

Рассматриваемые в этом разделе процессы являются в значительной мере саморегулируемыми. Синтез белка рассматриваться не будет; его механизм и регуляция описаны в гл. 26. Как отмечалось выше, синтез различных азотсодержащих соединений, не являющихся аминокислотами, но образующихся из них, должен протекать со скоростью, определяемой ключевой стадией на пути синтеза данного соединения, и, следовательно, не должен практически зависеть от уровня содержания исходной аминокислоты. Об этом свидетельствует относительно постоянное количество рассматриваемых азотсодержащих соединений в моче. Другой процесс удаляет азот из небелкового азотистого пула; это образование и экскреция почками NH3, которые наблюдаются в метаболических условиях, требующих экскреции кислой мочи. Аммиак образуется главным образом в результате гидролиза глутамина.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

907

Очевидно, что поддержание азотистого равновесия связано с регуляцией синтеза мочевины; азотистое равновесие достигается .в условиях, при которых количество мочевины в моче соответствует разности между суммарным количеством потребленного азота и количеством азота всех других (помимо мочевины) соединений в моче. Учитывая изложенные .выше сведения, можно считать, что азотистое равновесие саморегулируется; действительно, накопление аминокислот способствует их переаминированию с а-кетоглу-таровой кислотой. Образующийся глутамат окисляется с освобождением ??3, последний участвует в образовании карбамоилфосфата и аспартата и таким образом стимулирует образование аргн-иина — предшественника мочевины.

Рассмотренные выше соотношения являются, однако, не кинетическими, а термодинамическими. Другой уровень регуляции обеспечивает протекание рассматриваемых процессов со скоростями, соответствующими потребностям организма. Действительно, суммарная активность вовлекаемых ферментов зависит от нагрузки, создаваемой потребленным с пищей белком. При богатой белками диете активность многих (по-видимому, большинства) аминотранс-фераз в печени значительно увеличивается. Их активность повышается также в ответ на вызываемое богатой белками диетой увеличение секреции кортикостероидов. Следовательно, эффект может быть опосредован через кору надпочечников; однако остается неясным, на какой именно стимул отвечает эндокринная железа. Такого же характера влияние оказывает диета на ферменты, участвующие в биосинтезе аргинина. При богатой белками диете концентрация всех пяти ферментов биосинтеза медленно повышается. Учитывая наличие двух изоферментов аспартат-глутамат-амино-трансферазы, можно предполагать, что митохондриальный фермент, локализованный в одном ком.партменте с ферментами первых двух реакций системы синтеза мочевины, находится под индивидуальным контролем. При малобелковой диете количество всех рассмотренных ферментов уменьшается. Примечательно, что в условиях, когда экспериментальная диета бедна всеми аминокислотами, за исключением аргинина, набл

страница 75
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(09.12.2019)