WYKŁAD 11. METABOLIZM AMINOKWASÓW.
Białka pełnowartościowe - zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne w odpowiednich proporcjach.
Pełnowartościowe są białka zwierzęce np. mięso, ryby, drób, ser i mleko.
W odróżnieniu od białek zwierzęcych wiele białek roślinnych wykazuje względny niedobór niektórych aminokwasów egzogennych, np. kukurydza jest uboga w tryptofan i lizynę,
Białka pełno- i niepełnowartościowe
pszenica w lizynę, zaś niektóre rodzaje fasoli w metioninę.
Przy spożywaniu pokarmów mieszanych niedobór określonego aminokwasu egzogennego w jednym rodzaju białka może być wyrównany obfitym występowaniem tego aminokwasu w drugim białku. Takie białka określa się jako białka komplementarne, np. równoczesne spożywanie fasoli i pszenicy zapewnia zadawalającą jakość pobieranych aminokwasów.
Mieszanina dwóch białek niepełnowartościowych ma większą wartość biologiczną niż białka wyjściowe.
Zapotrzebowanie białkowe człowieka
Im więcej białek zwierzęcych zawartych jest w diecie tym mniejsza jest ilość białka konieczna do zaspokojenia potrzeb organizmu.
Rekomendowane dzienne zapotrzebowanie (RDA, ang. Recommended Dietary Allowance) dla białek wynosi ~0.8 g/kg masy ciała/dzień dla osób dorosłych. Dla osób uprawiających sport ilość ta rośnie do ~1 g/kg masy ciała.
Kobiety w ciąży i karmiące powinny spożywać dodatkowo ~30 g białka dziennie.
Dzieci w okresie intensywnego wzrostu powinny spożywać około ~2g/kg białka dziennie.
Nadmiar białka w diecie
Organizm NIE odnosi żadnych korzyści przy spożywaniu większej ilości białek niż wartość RDA.
Jeśli spożycie białek przekracza potrzeby organizmu ulegają one deaminacji a powstałe szkielety węglowe służą do syntezy ATP lub są przekształcane w acetylo-CoA służący następnie do syntezy tłuszczów
zapasowych. Nadmiar azotu białkowego jest wydalany w postaci mocznika, często towarzyszy temu nadmierne wydalanie jonów wapniowych prowadzące do kamicy nerkowej i osteoporozy.
Bilans azotowy
Organizm człowieka nie magazynuje azotu, który jest niezbędny do syntezy białek i innych, ważnych związków azotowych o znaczeniu fizjologicznym.
Bilans azotowy to różnica pomiędzy dzienną ilością azotu przyjętego wraz z dietą, głównie wraz z białkami (Nabs) a ilością azotu wydalonego z moczem (Nwyd), głównie z formie mocznika, jonów amonowych, kreatyniny i kwasu moczowego.
U zdrowych osób dorosłych:
(Nabs-Nwyd)=0 (równowaga azotowa)
U dzieci, młodzieży w okresie wzrostu, ciąży, budowy masy mięśniowej:
(Nabs-Nwyd)>0 (dodatni bilans azotowy)
U osób niedożywionych, w diecie ubogo-białkowej, w wyniszczających chorobach:
(Nabs-Nwyd) <0 (ujemny bilans azotowy)
Trawienie białek w przewodzie pokarmowym
a) enzymy i ich specyficzność
· Trawienie białek rozpoczyna się w żołądku, gdzie kontakt z HCl wytwarzanym przez komórki okładzinowe powoduje ich denaturację, tj. utratę struktury IV i III-rzędowej przez zniszczenie wiązań wodorowych, wyprostowanie polipeptydów i wzrost podatności na działanie proteaz.
· Główną funkcją żołądka jest trawienie białek. Komórki główne wytwarzają zymogen, który pod wpływem aktywacji proteolitycznej przez H+ ulega przekształceniu w pepsynę (A – dno, B – odźwiernik; optimum 1 – 2). Pepsyna rozkłada dalsze cząsteczki zymogenu na zasadzie autokatalizy.
· Pepsyna jest endopeptydazą atakującą wiązania peptydowe utworzone przez aa aromatyczne lub dwukarboksylowe, dzieląc zdenaturowane białko na duże polipeptydy.
· Rennina (chymozyna; optimum 4) występuje w żołądku niemowląt, gdzie w obecności Ca2+ przekształca kazeinęw parakazeinę, będącą substratem dla pepsyny, zapobiegając szybkiemu przedostaniu się mleka z żołądka do jelit.
· Treść żołądkowa przechodzi do dwunastnicy, gdzie jest neutralizowana przez zasadową żółć i zasadowy sok trzustkowy (optimum 7,5 – 8).
· Sok trzustkowy zawiera liczne enzymy proteolityczne. Do endopeptydaz zaliczamy: trypsynę, chymotrypsynę i elastazę – wszystkie wydzielane początkowo jako zymogeny. Śluzówka jelita
wydziela enteropeptydazę (enterokinazę), rozbijającą wiązania peptydowe Lys, przez co rozprostowuje i uaktywnia trypsynę (optimum 7,9; działa na aa zasadowe). Aktywna trypsyna przeprowadza autokatalizę oraz przekształca chymotrypsynogen w chymotrypsynę (optimum 8,0; działa na pozbawione ładunku), proelastazę w elastazę (działa na małe aa) oraz prokarboksypeptydazę w karboksypeptydazę (egzopeptydaza odłączająca pojedyncze C-końcowe aa od polipeptydów).
· Schemat aktywacji proteolitycznej chymotrypsyny:
pro-CT: 1 245
↓
π-CT: 1 15 16 245
α-CT: 1 A 13 16 B 146 149 C 245
· Sok jelitowy zawiera aminopeptydazę (ezgopeptydaza odcinająca N-końcowe aa poli- i oligopeptydów) oraz dwupeptydazy o różnej swoistości.
· Naturalne izomery L-aa transportowane są aktywnie przez rąbek szczoteczkowy przy udziale PLP (fosforan pirydoksalu, wit. B6) przez liczne przenośniki podobne do SGLT-1. Wyróżniamy następujące przenośniki:
o zależne od Na+: dla aa obojętnych, Phe i Met oraz Pro i Hyp,
o niezależne: dla aa lipofilnych i obojętnych (Leu, Phe) oraz zasadowych (Lys) (transport aa w kanalikach nerkowych – patrz punkt VII-6-a
· Flora bakteryjna jelita powoduje przekształcanie niewchłoniętych aa:
o dekarboksylaza bakteryjna wytwarza ptomainy (R-CH2-NH2): Lys → kadaweryna, Arg → agametyna, Tyr → tyramina, Orn → putrescyna, His → histamina, Trp → indol, metyloindol (skatol)
o aa siarkowe przekształcane są w tiole (metylomerkaptan, etylomerkaptan), z których powstaje siarkowodór: CH3SH + 2 H → CH4 + H2S
o powstały z deaminacji amoniak dostaje się do krążenia wrotnego, skąd eliminuje go wątroba; w schorzeniach tego narządu może rozwinąć się hiperamonemia, prowadząca do amoniakowej śpiączki wątrobowej i encefalopatii wątrobowej
o antybiotyki (np. neomycyna) hamują wzrost flory fizjologicznej zaburzenia trawienia i wchłaniania białek:
o wchłanianie nie strawionych białek może wywołać reakcje immunologiczne
o skaza rodzinna (nie tropikalna) powstaje gdy polipeptydy powstałe z glutenu uszkadzają śluzówkę jelita oraz powodują powstawanie przeciwciał p/glutenowych; jej odpowiednikiem u dzieci jej celiakia (choroba trzewna),
o złe wchłanianie produktów trawienia białek wywołuje obrzęki i osteoporozę
o defekt przenośnika jelitowego dla aa obojętnych wywołuje chorobę Hartnupów (uogólniona aminoacyduria, objawy przypominające pelagrę), kwashiorkor występuje gdy dziecko odstawione od piersi matki przechodzi na dietę niskobiałkową,
o wyniszczenie (kacheksja, marazmus) to niedobór energetycznego pożywienia oraz swoistych aa
Pula aminokwasów organizmu
Aminokwasy pochodzące z hydrolizy białek pokarmowych, syntetyzowane de novo oraz uwolnione podczas degradacji białek komórki tworzą pulę aminokwasów organizmu. Jeśli jedyną drogą metaboliczną dla tych aminokwasów byłoby przekształcenie ich w białka organizmu, organizm dorosłego człowieka nie potrzebowałby praktycznie dostarczania aminokwasów (białek) w diecie. Jednak tylko 75% aminokwasów pochodzących ze zdegradowanych białek komórkowych jest przekształcanych powtórnie w białka komórkowe. Pozostałe 25% jest metabolizowane do związków ulegających następnie wydaleniu lub ulega przekształceniu w związki niebiałkowe.
Źródłem wolnych aminokwasów może być:
-rozpad białek pokarmowych
-rozpad białek komórkowych
-rozpad białek pozakomórkowych
-biosynteza aminokwasów
Aminokwasy pochodzące z tych czterech źródeł tworzą PULĘ WOLNYCH AMINOKWASÓW. Są wykorzystywane do syntezy:
-peptydów i białek
-hormonów
-barwników (melanin, porfiryn)
-neuromediatorów
-zasad purynowych i pirymidynowych
-fosfolipidów i innych produktów
Niewykorzystane aminokwasy stanowią materiał energetyczny.
Prędkość obrotu metabolicznego białek
U osobników dorosłych całkowita ilość białek organizmu jest wartością stałą ponieważ synteza i degradacja białek organizmu zachodzą z jednakową szybkością.
Proces jednoczesnej syntezy i degradacji białek organizmu zwany jest obrotem metabolicznym białek i prowadzi do jednoczesnej degradacji i syntezy około 400 g białek dziennie.
Prędkość obrotu metabolicznego białek jest różna dla różnych ...
mariz.tbg