Биологическая химия - часть 105

гося основным пищевым продуктом в этом возрасте, резко замедляется

продвижение нерастворимого казеина через пищеварительный канал, в ре-

зультате чего он дольше подвергается действию протеиназ.

Переваривание белков в кишечнике

Дальнейшее превращение белков пищи осуществляется в тонкой кишке, где

на белки действуют ферменты панкреатического и кишечного соков.

Трипсин и химотрипсин действуют на белки аналогично пепсину, раз-

рывают другие внутренние пептидные связи; оба фермента наиболее ак-

тивны в слабощелочной среде (рН 7,2–7,8). Благодаря гидролитическому

действию на белки всех трех эндопептидаз (пепсин, трипсин, химотрипсин)

образуются различной длины пептиды и некоторое количество свободных

аминокислот. Дальнейший гидролиз пептидов до свободных аминокислот

осуществляется под влиянием группы ферментов – пептидаз. Помимо

панкреатической карбоксипептидазы, на пептиды действуют кишечная

аминопептидаза и разнообразные дипептидазы. Эта группа ферментов

относится к экзопептидазам и катализирует гидролиз пептидной связи по

схеме:

Точкой приложения аминопептидазы является пептидная связь с N-кон-

ца пептида. Карбоксипептидаза разрывает пептидную связь с противо-

положного С-конца пептида. Эти ферменты отщепляют по одной амино-

кислоте от полипептида.

В итоге остаются дипептиды, на которые действуют специфические

дипептидазы, при этом образуются свободные аминокислоты, которые

затем всасываются.

Из других ферментов протеолиза следует упомянуть об эластазе

и коллагеназе поджелудочной железы, гидролизующих соответственно

эластин и коллаген. Топографически основные процессы гидролиза бел-

ков, как и углеводов и жиров, протекают на поверхности слизистой

оболочки кишечника (так называемое пристеночное пищеварение, по

A.M. Уголеву).

ВСАСЫВАНИЕ ПРОДУКТОВ РАСПАДА БЕЛКОВ

Продукты гидролиза белков всасываются в пищеварительном тракте в

основном в виде свободных аминокислот. Кинетика всасывания амино-

кислот в опытах in vivo и in vitro свидетельствует, что аминокислоты,

подобно глюкозе, всасываются свободно с ионами Na

+

. Для лизина,

цистеина и цистина, глицина и пролина, очевидно, существует более одной

системы транспорта через стенку кишечника. Некоторые аминокислоты

обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других амино-

кислот, что свидетельствует о вероятном существовании общей перено-

сящей системы или одного общего механизма. Так, в присутствии лизина

тормозится всасывание аргинина, но не изменяется всасывание аланина,

лейцина и глутамата.

425

Аминопептидаза

Карбоксипептидаза

Современные представления о проблеме транспорта веществ через

мембраны (включая мембраны эпителиальных клеток кишечника) не позво-

ляют точно охарактеризовать молекулярный механизм транспорта амино-

кислот. Существует два представления, по-видимому, дополняющих друг

друга о том, что требуемая для активного транспорта энергия образуется за

счет биохимических реакций (это так называемый направляемый мета-

болизмом транспорт) или за счет энергии переноса другого транспорти-

руемого вещества, в частности энергии движения ионов Na

+

 (или других

ионов) в клетку.

Данные о специфичности транспорта аминокислот через биомембраны

клеток были получены при анализе наследственных дефектов всасывания

аминокислот в кишечнике и почках. Классическим примером является

цистинурия, при которой резко повышено содержание в моче цистина,

аргинина, орнитина и лизина. Это повышение обусловлено наследственным

нарушением механизма почечной реабсорбции. Цистин относительно не-

растворим в воде, поэтому он легко выпадает в осадок в мочеточнике или

мочевом пузыре, в результате чего образуются цистиновые камни и не-

желательные последствия (закупорка мочевыводящего тракта, развитие

инфекции и др.). Аналогичное нарушение всасывания аминокислот, в

частности триптофана, наблюдается при болезни Хартнупа. Доказано

всасывание небольших пептидов. Так, в опытах in vitro и in vivo свободный

глицин всасывался значительно медленнее, чем дипептид глицилглицин или

даже трипептид, образованный из трех остатков глицина. Тем не менее во

всех этих случаях после введения олигопептидов с пищей в портальной

крови обнаруживали свободные аминокислоты; это свидетельствует о том,

что олигопептиды подвергаются гидролизу после всасывания. В отдельных

случаях отмечают всасывание больших пептидов. Например, некоторые

растительные токсины, в частности абрин и рицин, а также токсины

ботулизма, холеры и дифтерии всасываются непосредственно в кровь.

Дифтерийный токсин (мол. масса 63000), наиболее изученный из токсинов,

состоит из двух функциональных полипептидов: связывающегося со спе-

цифическим рецептором на поверхности чувствительной клетки и другого –

проникающего внутрь клетки и оказывающего эффект, который чаще всего

сводится к торможению внутриклеточного синтеза белка. Транспорт этих

двух полипептидов или целого токсина через двойной липидный слой

биомембран до настоящего времени считается уникальным и загадочным

процессом.

Ряд вопросов, однако, до сих пор остается нерешенным. Это, в част-

ности, вопросы о количестве всасывающихся небольших пептидов и месте

их гидролиза (на клеточной поверхности или внутриклеточно), а также

основная проблема: выяснение молекулярных механизмов работы тран-

спортных систем.

Превращения аминокислот под действием

микрофлоры кишечника

Известно, что микроорганизмы кишечника для своего роста также нуж-

даются в доставке с пищей определенных аминокислот. Микрофлора

кишечника располагает набором ферментных систем, отличных от со-

ответствующих ферментов животных тканей и катализирующих самые

разнообразные превращения пищевых аминокислот. В кишечнике созда-

ются оптимальные условия для образования ядовитых продуктов распада

426

аминокислот: фенола, индола, крезола, скатола, сероводорода, метилмер-

каптана, а также нетоксичных для организма соединений: спиртов, аминов,

жирных кислот, кетокислот, оксикислот и др.

Все эти превращения аминокислот, вызванные деятельностью микро-

организмов кишечника, получили общее название «гниение белков в ки-

шечнике». Так, в процессе распада серосодержащих аминокислот (цистин,

цистеин, метионин) в кишечнике образуются сероводород H

2

S и метил-

меркаптан CH

3

SH. Диаминокислоты – орнитин и лизин – подвергаются

процессу декарбоксилирования с образованием аминов – путресцина и

кадаверина.

Из ароматических аминокислот: фенилаланин, тирозин и триптофан –

при аналогичном бактериальном декарбоксилировании образуются соот-

ветствующие амины: фенилэтиламин, параоксифенилэтиламин (или тира-

мин) и индолилэтиламин (триптамин). Кроме того, микробные ферменты

кишечника вызывают постепенное разрушение боковых цепей циклических

аминокислот, в частности тирозина и триптофана, с образованием ядо-

витых продуктов обмена – соответственно крезола и фенола, скатола и

индола.

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в пе-

чень, где подвергаются обезвреживанию путем химического связывания

с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так

называемых парных, кислот (например, фенолсерная кислота или ска-

токсилсерная кислота). Последние выделяются с мочой. Механизм обез-

вреживания этих продуктов изучен детально. В печени содержатся спе-

цифические ферменты – арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкоронилтран-

сфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты

из ее связанной формы – 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) и

остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы – уридил-

дифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных про-

дуктов.

427

Тирозин

Крезол

Фенол

Триптофан

Скатол

Индол

Индол

Индоксил

ФАФС

3,5'-АДФ

Индонсилсерная

кислота

Животный индикан

Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в ин-

доксил (соответственно скатоксил), который взаимодействует непосредст-

венно в ферментативной реакции с ФАФС или с УДФГК. Так, индол

связывается в виде эфиросерной кислоты. Калиевая соль этой кислоты

получила название животного индикана, который выводится с мочой (см.

главу 18). По количеству индикана в моче человека можно судить не только

о скорости процесса гниения белков в кишечнике, но и о функциональном

состоянии печени. О функции печени и ее роли в обезвреживании токсичных

продуктов часто также судят по скорости образования и выделения гип-

пуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты (см. главу 16).

Таким образом, организм человека и животных обладает рядом за-

щитных механизмов синтеза, биологическая роль которых заключается

в обезвреживании токсичных веществ, поступающих в организм извне или

образующихся в кишечнике из пищевых продуктов в результате жизне-

деятельности микроорганизмов.

Судьба всосавшихся аминокислот

Приведенная ниже схема дает представление о многообразных путях

использования аминокислот после всасывания в кишечнике. Поступив через

воротную вену в печень, они прежде всего подвергаются ряду превращений,

хотя значительная часть аминокислот разносится кровью по всему ор-

ганизму и используется для физиологических целей. В печени аминокислоты

участвуют не только в синтезе собственных белков и белков плазмы крови,

но также в синтезе специфических азотсодержащих соединений: пуриновых

и пиримидиновых нуклеотидов, креатина, мочевой кислоты, НАД и др.

428

3'-Фосфоаденозин-

5'-фосфосульфат (ФАФС)

Уридиндифосфоглюкуроновая

кислота (УДФГК)

Бензойная кислота

Глицин

Гиппуровая кислота

–Н

2

О