Глава 13. Обмен белка и его регуляция
Белковый обмен включает следующие процессы:
ферментативное расщепление белков в желудочно-кишечном тракте до аминокислот (экзогенных – поступивших из вне с кормом) и всасывание через кишечную стенку в кровь;
-
расщепление тканевых белков в процессе обновления с освобождением аминокислот (эндогенных – внутренних);
-
синтез из экзогенных и эндогенных аминокислот белков органов и тканей, крови, лимфы, молока, яиц, ферментов, гормонов, иммунных тел, нейромедиаторов и других биологически активных веществ;
-
образование конечных продуктов распада тканевых, ферментативных и других белков, лишних экзогенных аминокислот и выведение их из организма в виде конечных продуктов – мочевины, креатина, креатинина, аммиака, аминокислот;
-
взаимопревращение аминокислот (заменимых из незаменимых), взаимодействие с углеводами и другими веществами;
-
участие аминокислот в качестве источников энергии в цикле Кребса.
У растущих животных биосинтез белков превышает их распад, у взрослых, закончивших рост, интенсивность синтеза и распада выравниваются.
Белки тела (мускулов, нервной
ткани, внутренних органов)
распад синтез
Аминокисло- Пул свободных аминокислот дезаминирование:
ты:всасывание из (кровь, цитоплазма клеток мочевина, мочевая
кишечника органов и тканей) кислота
Синтез заменимых аминокис- Синтез белков: молоко, мясо, яйцо,
лот в печени (трансаминиро- ферменты, гормоны, иммунные тела,
вание) кровь, лимфа
Рисунок 13.1 – Схема обмена белка (аминокислот) в организме животных
Гормон роста, инсулиноподобный фактор роста, инсулин, мужские половые гормоны являются основными регуляторами синтеза, а тироксин - деградации белка в мускулах. Тиреоидные гормоны повы-
шают содержание протеаз и гидролаз в лизосомах мускулов и печени, что является причиной одновременной деградации белка в этих органах. Инсулин и инсулиноподобный фактор роста вызывают быстрое снижение концентрации свободных аминокислот в крови и увеличение их в мускулах, где повышается синтез белка. Гормон коры надпочечников кортизон вызывают снижение количества белка в мускулах и повышение в печени и других внутренних органах.
Печень играет ключевую роль в регуляции обмена. После переваривания белков в желудочно-кишечном тракте освободившиеся аминокислоты по воротной вене сначала проходят через печень. Рецепторы печени через блуждающий нерв сигнализируют в головной мозг (гипоталамус, переднюю кору грушевидной доли) о степени комплектности аминокислот, участвуя тем самым в регуляции пищевого поведения животного. Большинство аминокислот, за исключением валина, лейцина и изолейцина, деградируются в печени. Она является главным местом обезвреживания аммиака, излишних аминокислот с образованием мочевины и производных аминокислот. В печени происходит синтез собственных белков и белков крови (альбуминов, глобулинов, фибриногена), дезаминирование и переаминирование аминокислот, образование заменимых аминокислот и азотистых оснований нуклеиновых кислот, катаболизм гемопротеинов и образование желчных пигментов.
Декарбоксилирование аминокислот происходит в тканях. Оно сопровождается выделением углекислого газа и образованием биогенных аминов, обладающих высокой биологической активностью.
| Аминокислота | Биогенный амин | Основная роль |
|---|---|---|
| Гистидин | Гистамин | Гормон пищевого тракта, возбуж- дающий медиатор в синапсах |
| Глютаминовая кислота | γ-аминомасляная кислота (ГАМК) | Тормозной медиатор в синапсах |
| Лизин | Карнитин | Участвует в реакциях окислитель- ного фосфорилирования в митохон- дриях |
| Триптофан | Серотонин | Гормон стимулирующий секрецию НCl в желудке; тормозной медиатор |
| Цистеин | Таурин | Медиатор, участвующий в переносе Са2+ через мембраны митохондрий |
Для синтеза белков организма используются свободные аминокислоты. Пул (фонд) свободных аминокислот формируется из аминокислот, поступивших в кровь из желудочно-кишечного тракта, как продуктов переваривания белков корма, и аминокислот освобожденных из белка тела в процессе обновления. Интенсивность биосинтеза белков в клетках зависит от наличия субстрата, которым являются свободные аминокислоты. При низкой концентрации, отсутствии или недостатке
какой-либо незаменимой аминокислоты снижается концентрация матричных РНК и биосинтез белка.
13.1. Обновление белка
Положительный баланс азота – это состояние организма, когда в нем происходит отложение азота (белка), что, как правило, бывает у растущих животных. Нулевой баланс, когда количества потребленного и выделенного с мочой и калом азота равны. Нулевой баланс наблюдается у непродуктивных, закончивших рост животных. Отрицательный баланс встречается, когда потери азота выше количества азота, потребленного с кормом, что происходит при скудном кормлении, значительном недостатке белка в рационе. Отрицательный баланс наблюдается у лактирующих животных, когда потребление белка с кормом не покрывает его потери с молоком, особенно на ранних стадиях лактации.
Белки клеток, тканей и органов подвержены старению и потере своих функций. Поэтому им свойственно постоянное обновление. Обновление является динамическим балансом двух противоположных процессов – синтеза белка и его деградации (разрушения). У молодых животных скорость обновления выше, чем у взрослых. Белки более важных органов (слизистой кишечника, печени, почек, мозга) обновляются быстрее менее важных (мускулов, соединительных тканей). Так белки печени в 5 раз, слизистой кишечника в 10 раз обновляются быстрее белков скелетных мускулов (табл. 13.1).
С помощью меченых аминокислот по методу, разработанному Д. Ватерлоу и Д. Стефаном (1967), установлено, что количество синтезируемого белка значительно превышает его потребление и отложение в теле. Например, у свиньи живой массой 70 кг ежедневно синтезируется в организме 700 г и распадается 600 г белка при потреблении его с кормом в количестве 300 г. Прирост белка в теле свиньи составил лишь 100 г, а среднесуточный прирост живой массы 700 г (Garlick et al., 1976).
Зачем организму такой расточительный процесс с точки зрения затрат энергии и аминокислот? Деградация белка (как и синтез) является важнейшим процессом жизнедеятельности организма. Логика беспрерывного обновления закладывалась в процессе эволюции живых организмов, как механизм адаптации в ответ на постоянные изменения условий окружающей среды. Обновление белка обусловлено необходимостью: а) быстрого изменения уровня энзимов; б) мобилизации белков на энергетические нужды в период голодания; в) удаления ошибочных белков, образуемых в результате нарушений процессов транскрипции, трансляции в процессе биосинтеза белков; г) реструктирования клеток в размере и форме в ответ на функциональные потребности (например, клеточных мембран).
