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

• Częściowo niepełnowartościowe (zawierają wszystkie aminokwasy niezbędne, ale przynajmniej jeden w ilości niewystarczającej [mąka, kasze])

• 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:

• Trawienie i wchłanianie białek zajmuje 2-3 h, w efekcie czego wchłaniane są one stopniowo i w niewielkich ilościach

• 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

• Endopeptydaza

• Rozkłada denaturowane białko do dużych polipeptydów

• Hydrolizuje wiązania utworzone przez aminokwasy aromatyczne lub dikarboksylowe

• Maksymalna aktywacja przy pH 1-2

• Rennina (podpuszczka, chymozyna)

• Enzym ważny w trawieniu białek u niemowląt

• Przekształca kazeinę w para kazeinę

• Nie występuje w żołądku dorosłych

Dwunastnica

• Trypsyna

• Endopeptydaza

• Hydrolizuje wiązania tworzone przez aminokwasy zasadowe

• Chymotrypsyna

• Endopeptydaza

• Hydrolizuje wiązania tworzone przez aminokwasy pozbawione ładunku elektrycznego, np. aromatyczne

• Elastaza

• Endopeptydaza

• Hydrolizuje wiązania tworzone przez małe aminokwasy, np. Gly, Ser, Ala

• Karboksypeptydaza

• Egzopeptydaza

• Działa na C-końcowe wiązania peptydowe, uwalniając pojedyncze aminokwasy

Jelito cienkie

• Aminopeptydaza

• Egzopeptydaza

• Rozrywa N-końcowe

• Dipeptydaza

• Wykazuje różną swoistość

• 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:

• ulegają hydrolizie w świetle jelita, a następnie absorpcji

• oligopeptydy przenoszone ze światła jelita do cytoplazmy, gdzie ulegają rozpadowi do wolnych aminokwasów pod wpływem peptydaz cytoplazmatycznych

• 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:

• Histydynę: histamina (hormon tkankowy, pobudza sekrecję HCl przez nabłonek śluzówki żołądka, rozszerza naczynia włosowate)

• Tryptofan: serotonina (neurotransmiter, kurczy mięśnie gładkie małych naczyń tętniczych)

• Serynę: etanolamina (składnik glicerofosfolipidów)

• Glutaminian: kwas γ-aminomasłowy (neurotransmiter)

2

---