Предыдущая: Биологическая ценность белков

Главными источниками белков для человека являются пищевые продукты животного и растительного происхождения. В табл. 36 представлены средние данные о содержании белка в основных пищевых продуктах.

Видно, что главным образом животные продукты (мясо, рыба, сыр) и только некоторые растительные продукты (горох, соя) богаты белками, в то время как наиболее распространенные растительные пищевые продукты содержат мало белка.

Белки пищи, за весьма редким исключением, не усваиваются организмом, если они не будут расщеплены в процессе переваривания пищи до стадии свободных аминокислот. Этот факт был подтвержден в многочисленных экспериментах с парентеральным введением чужеродных белков. Поскольку белки тела отличаются строгой видовой и тканевой специфичностью, живой организм обладает способностью использовать вводимый с пищей белок только после его полного гидролиза в желудочно-кишечном тракте до аминокислот, из которых затем в клетках организма строятся свойственные для данного вида специфические белки.

Весь сложный процесс гидролиза пищевых белков, начиная от желудка и кончая тонким кишечником, "настроен" таким образом, чтобы путем последовательного действия протеолитических ферментов лишить белки пищи видовой и тканевой специфичности и придать продуктам гидролиза способность всасываться в кровь через стенку кишечника. Показано, что примерно 95-97% белков пищи всасывается в виде свободных аминокислот. Следовательно, ферментный аппарат желудочно-кишечного тракта осуществляет поэтапное, строго избирательное расщепление пептидных связей белковой молекулы вплоть до конечных продуктов гидролиза белков - свободных аминокислот. Гидролиз химически сводится к разрыву пептидной связи -СО-NH-белковой молекулы с присоединением элементов воды к продуктам распада по следующей схеме:

Термодинамические условия способствуют подобному расщеплению, поскольку при этом имеет место снижение свободной энергии, приблизительно равное 16,8 кДж на одну гидролизуемую связь. Поэтому одного фермента, специфичного в отношении пептидной связи, теоретически должно быть достаточно для переваривания пищевых белков. Однако в действительности положение более сложное, так как протеолитические ферменты являются до некоторой степени более специфичными и могут быть чувствительными к размеру полипептида, локализации места или точки приложения гидролиза и к природе аминокислоты, участвующей в образовании пептидной связи, а точнее, к структуре радикала аминокислоты.

Прежде чем приступить к рассмотрению вопросов, связанных с особенностями переваривания белков в различных отделах желудочно-кишечного тракта, следует остановиться на характеристике тех главных ферментов пищеварения, которые щсуществляют гидролитический распад пищевых белков до стадии свободных аминокислот. В табл. 37 приводится список этих ферментов.

Следует подчеркнуть, что, хотя с пищей человек получает огромное разнообразие белков, все они подвергаются воздействию ограниченного числа протеолитических ферментов, катализирующих гидролиз пептидных связей. Эти ферменты относятся к классу гидролаз (см. Ферменты) и часто называются также пептидазами. К настоящему времени известны две группы пептидаз: экзопептидазы, катализирующие разрыв концевой пептидной связи с освобождением одной какой-либо концевой аминокислоты, и эндопептидазы, преимущественно гидролизующие пептидные связи внутри пептидной цепи, а также, в зависимости от природы аминокислот, и некоторые концевые пептидные связи.

Поскольку эндопептидазы обладают разной субстратной специфичностью действия, всецело определяемой природой радикалов аминокислот по соседству с разрываемой пептидной связью, белковая молекула распадается под действием разных эндопептидаз на строго определенное число пептидов, сравнительно легко идентифицируемых методами хроматографии и электрофореза. Это свойство эндопептидаз нашло широкое применение в исследовательской работе при выяснении первичной структуры индивидуальных белков (Сама "монотонная" пептидная связь белковой молекулы в специфичности действия этих ферментов не принимает существенного участия.).

Эндопептидазы

• Пепсин [показать]

  Одним из наиболее изученных и основных протеолитических ферментов пищеварительного тракта является пепсин. Он был открыт впервые еще в 1783 г. Спалланцани, по-видимому, в качестве первого известного в то время белкового тела, хотя в кристаллическом виде был получен Нортропом только в 1930 г. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что пепсин вырабатывается в клетках слизистой оболочки желудка в неактивной форме, в виде пепсиногена, и что превращение этого профермента в активный фермент пепсин осуществляется в желудочном содержимом.

  Несмотря на то что оба фермента - и пепсиноген и пепсин - получены в кристаллическом виде, выяснены N- и С-концевые аминокислоты, более того, полностью расшифрованы их первичные структуры, молекулярный механизм превращения неактивного пепсиногена в активный пепсин в деталях еще не раскрыт.

  Наиболее вероятным считается предположение, что этот процесс является последовательным и протекает в несколько этапов в присутствии ионов водорода соляной кислоты по механизму аутокаталитического действия активного пепсина. Поскольку молекулярная масса пепсиногена приблизительно равна 40400, а пепсина - 32700, превращение первого во второй связано с отщеплением 42 аминокислотных остатков с N-конца молекулы, что составляет примерно 5 нейтральных пептидов, имеющих молекулярную массу порядка 1000 каждый, и щелочной пептид (около 3200), содержащий главным образом основные аминокислоты. Последний пептид считается ингибитором пепсина. Полностью выяснена его первичная структура. Наиболее детально изучены пепсиноген и пепсин желудочного сока свиньи. Молекулы обоих ферментов построены из одной полипептидной цепи с одинаковой С-концевой аминокислотой (C-Ала) и разными N-концевыми аминокислотами (у пепсиногена N-Лей, а у пепсина- N-Иле). Оба фермента содержат по 3 дисульфидные связи. Для ферментативной активности пепсина существенными оказались 2 дисульфидные связи.

  Электронно-микроскопическими и гидродинамическими исследованиями было показано, что молекула пепсина содержит небольшое число α-спиральных участков, хотя и представлена весьма компактной структурой. Оба фермента можно сравнительно легко получить в кристаллическом виде. Укажем также, что в отличие от всех других протеиназ пепсин отличается высокой устойчивостью в сильнокислой среде и характеризуется низким значением изоэлектрической точки (рI<1). Эти условия обычно создаются в желудочном содержимом, куда поступает секретируемая клетками слизистой оболочки соляная кислота. pH чистого желудочного сока примерно равен 1,0-2,0. Эта среда является оптимальной для каталитического действия пепсина.

  Имеются доказательства, что у человека из пепсиногена скорее всего образуется не один активный пепсин, а несколько близких по строению пепсинов, и кроме того, пепсиноподобный фермент гастриксин, который имеет отличный от пепсина оптимум pH действия, равный 3,0.

• Реннин [показать]

  Подробно изучен реннин, выделенный из сока четвертого отдела желудка телят в кристаллическом виде. Реннин открыт также в желудочном соке детей грудного возраста. По механизму и специфичности действия реннин резко отличается от пепсина. По структуре он близок к пепсину, также состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 40 000 и изоэлектрической точкой рI-4,5.

  Три другие важные эндопептидазы - трипсин, химотрипсин и эластаза, участвующие в дальнейшем после действия пепсина переваривании белков, синтезируются в поджелудочной железе. Все они вырабатываются в неактивной форме, в виде зимогенов, и их превращение в активные ферменты осуществляется в тонком кишечнике, куда они поступают через панкреатический проток.

• Трипсин [показать]

  Трипсиноген и трипсин выделены из разных источников, получены в кристаллическом виде; полностью расшифрована первичная структура и получены существенные доказательства молекулярного механизма превращения первого во второй. В опытах in vitro превращение трипсиногена в трипсин катализируют не только энтерокиназа и сам трипсин, но и протеиназы, выделенные из плесеней. Активирующий эффект в этом процессе оказывают ионы кальция. В организме животных и человека пусковым ферментом в этом превращении является энтерокиназа, открытая впервые в лаборатории И. П. Павлова Н. П. Шеповальниковым. Весьма тщательные исследования, проведенные главным образом в нашей стране Г. К. Шлыгиным, показали, что энтерокиназа также вырабатывается в клетках слизистой оболочки кишечника в форме неактивного предшественника - киназогена и что процесс активации происходит в кишечном соке под действием активного трипсина или других пептидаз. Активная энтерокиназа представляет собой гликопротеид с недостаточно выясненными структурой и составом.

  

  Процесс превращения трипсиногена в трипсин под действием энтерокиназы, а затем аутокаталитически под влиянием трипсина химически сводится к отщеплению с N-конца полипептидной цепи 6 аминокислотных остатков (гексапептида следующего состава: Вал-Асп-Асп-Асп-Асп-Лиз-) и соответственно укорочению полипептидной цепи (рис. 101).

  Следует, однако, подчеркнуть, что в этом небольшом, казалось бы, химическом процессе - отщепление гексапептида от предшественника - заключено огромное биологическое значение, поскольку при этом происходит формирование активного центра и образование трехмерной структуры трипсина, а известно (см. Химия белков, Ферменты), что белки биологически активны только при сохранении своей нативной трехмерной конформации.

  В том, что трипсин, как и все другие протеиназы, вырабатывается в поджелудочной железе в неактивной форме, имеется определенный физиологический смысл, поскольку в противном случае трипсин мог бы оказывать протеолитическое воздействие не только на клетки железы, но и на другие ферменты, синтезируемые в железе (в частности, на амилазу, липазу и др.).

  Аналогичная ситуация часто наблюдается в клинике, например, при остром панкреатите, когда трипсин и другие ферменты поджелудочной железы появляются в сыворотке крови и уровень их находится в строгом соответствии с размером некротического участка. В этих случаях определение трипсина в сыворотке крови является надежным ферментным тестом в диагностике острого панкреатита.

  Трипсин, помимо структурного сходства с химотрипсином, обладает рядом свойств, характерных для последнего, в частности по активности, механизму действия и скорости синтеза. В то же время трипсин обладает более узкой субстратной специфичностью, разрывая пептидные связи, в образовании которых участвуют карбоксильные группы лизина и аргинина, т. е. основные аминокислоты.

• Химотрипсин [показать]

  В поджелудочной железе синтезируется ряд химотрипсинов (α-, δ-, π-химотрипсины) из двух предшественников - химотрипсиногена А и химотрипсиногена В. Активируются зимогены в кишечнике под действием активного трипсина и химотрипсина. Наиболее подробно из предшественников изучен химотрипсиноген А, выделенный из сока поджелудочной железы крупного рогатого скота. Полностью раскрыта последовательность аминокислотных остатков молекулы химотрипсиногена А, во многом сходная с последовательностью аминокислот в молекуле трипсина. Молекулярная масса его составляет примерно 25000. Он состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 246 аминокислотных остатков.

  Поскольку молекулярная масса активного химотрипсина примерно такого же порядка, что и химотрипсиногена А, процесс превращения зимогена, очевидно, не сопряжен с отщеплением большого участка молекулы. Получены доказательства того, что разрыв одной пептидной связи между аргинином и лейцином в молекуле химотрипсиногена А под действием трипсина приводит к формированию π-химотрипсина, обладающего наибольшей ферментативной активностью. Последующее отщепление дипептида серил-аргинина приводит к образованию δ-химотрипсина. Аутокаталитический процесс активирования зимогена, вызванный химотрипсином, сначала приводит к формированию неактивного промежуточного неохимотрипсина, который под действием активного трипсина превращается в α-химотрипсин; этот же фермент образуется из δ-химотрипсина, но под действием активного химотрипсина. Таким образом, благодаря сочетанному и перекрестному воздействию химотрипсина и трипсина из химотрипсиногена образуются разные химотрипсины, различающиеся как по ферментативной активности, так и по ряду физико-химических свойств, в частности по электрофоретической подвижности.

  Следует указать, что химотрипсин обладает более широкой субстратной специфичностью, чем трипсин. Он катализирует гидролиз не только пептидов, но и эфиров, гидроксаматов, амидов и других ацилпроизводных, хотя наибольшую активность он проявляет по отношению к пептидным связям, в образовании которых принимают участие карбоксильные группы ароматических аминокислот - фенилаланина, тирозина и триптофана.

  Химотрипсин является одним из наиболее изученйых ферментов, для которого в деталях расшифрован механизм ферментативного катализа, включающего образование промежуточного продукта ацилфермента. Доказана существенность для акта катализа гидроксильной группы серина и непротонированного остатка гистидина в активном центре фермента.

• Эластаза [показать]

  В поджелудочной железе синтезируется еще одна эндопептидаза - эластаза в виде проэластазы. Превращение профермента в эластин в тонком, кишечнике катализируется трипсином. Название фермент получил от субстрата эластина, который он гидролизует. Эластин богат глицином и аланином, содержится в соединительной ткани. Эластаза обладает широкой субстратной специфичностью, но предпочтительнее гидролизует пептидные связи, образованные аминокислотами с небольшими гидрофобными радикалами, в частности глицином, аланином и серином. Интересно, что ни трипсин, ни химотрипсин не гидролизуют пептидные связи молекулы эластина, хотя все три фермента, включая эластазу, имеют, по-видимому, одинаковую структуру, поскольку содержат сходные участки аминокислотных последовательностей и место положения дисульфидных мостиков, а также имеют в активном центре один и тот же ключевой серии. Последнее подтверждают опыты с ингибированием всех трех ферментов диизопропилфторфосфатом, а также фосфорорганическими соединениями, химически связывающими ОН-группу серина и, следовательно, выключающими серии из сферы ферментативной реакции.

  На основании этих и ряда других данных высказано предположение о том, что все три эндопептидазы поджелудочной железы - трипсин, химотрипсин и эластаза, возможно, имеют один и то же общий предшественник эндопептидазу и что природа и специфичность активного фермента будут всецело определяться конформационными изменениями профермента в процессе активирования.

Экзопептидазы

В переваривании как нативных белков, так и продуктов их гидролиза в тонком кишечнике активное участие принимает семейство экзопептидаз. Одни из них, карбоксипептидазы, синтезируются в недеятельном состоянии в поджелудочной железе и активируются трипсином в кишечнике. Другие, аминопептидазы, вырабатываются в клетках слизистой оболочки кишечника и также активируются трипсином.

• Карбоксипептидазы [показать]

  К настоящему времени подробно изучены две карбоксипептидазы - А и В, относящиеся к металлопротеидам и катализирующие отщепление от полипептида С-концевых аминокислот. Карбоксипептидаза А разрывает преимущественно пептидные связи, образованные концевыми ароматическими аминокислотами, а карбоксипептидаза В - связи, в образовании которых участвуют С-концевые лизин или аргинин, т. е. основные аминокислоты. Очищенный препарат карбоксипептидазы А обладает бифункциональной активностью - пептидазной и эстеразной - и содержит ион цинка (один атом на 1 моль фермента). При замене Zn на Са имеет место полная потеря пептидазной активности, но усиление исходной эстеразной активности, хотя при этом существенных изменений в третичной структуре фермента не отмечено. Это свидетельствует о высокой чувствительности карбоксипептидазы А к минимальным сдвигам в структуре фермента.

• Аминопептидазы [показать]

  В кишечном соке открыты два фермента - аланинаминопептидаза, преимущественно катализирующая гидролиз пептидной связи, в образовании которой участвует N-концевой аланин, и лейцинаминопептидаза, не обладающая строгой субстратной специфичностью и гидролизующая пептидные связи, образованные любой N-концевой аминокислотой. Оба фермента осуществляют ступенчатое отщепление аминокислот от N-конца полипептидной цепи.

  Известно также активирующее действие ионов магния и марганца на активность очищенных препаратов аминопептидаз.

• Дипептидазы [показать]

  Процесс переваривания пептидов, их расщепление до свободных аминокислот в тонком кишечнике завершают три- и дипептидазы. Среди дипептидаз кишечного сока хорошо изучена глицил-глицил-дипептидаза, гидролизующая соответствующий дипептид до двух молекул глицина. Известны также две другие дипептидазы: пролиназа, катализирующая гидролиз пептидной связи, в образовании которой участвует СООН-группа пролина, и пролидаза, которая гидролизует дипептиды, в которых азот пролина связан кислотно-амидной связью.

Еще сравнительно недавно протеиназы традиционно связывали только с процессами переваривания. Однако в настоящее время накапливается все больше данных о более широкой биологической роли протеолитических ферментов тканей в регуляции ряда внеклеточных и внутриклеточных процессов. Некоторые из них выполняют защитную функцию (свертывание крови, система комплемента, или лизис клеток), другие генерируют гормоны, токсины, вазоактивные агенты (ангиотензин, кинины). Ряд протеиназ регулирует образование пищеварительных ферментов и субклеточных частиц, взаимодействие между клетками и клеточными поверхностями, или развитие фортилизации (хитинсинтетаза) и дифференциации. Регуляция включает в большинстве случаев превращение неактивного предшественника в активный белок, что в свою очередь связано с разрывом ограниченного числа пептидных связей в молекуле белка. Специфичность определяется окружением пептидной связи и конформацией предшественника. Этот процесс, впервые описанный Линдерстром-Лангом еще в 50-е годы, в последнее время получил наименование ограниченного протеолиза, Значение этого процесса огромно как для понимания сущности и биологического значения синтеза в клетках неактивных пре-, пробелков, так и для широкого его практического применения.

Следует указать, что в регуляции синтеза протеолитических ферментов (помимо ограниченного протеолиза) активное участие принимает также процесс ингибирования активных протеиназ. Ингибиторы протеиназ белковой природы открыты не только в поджелудочной железе, но и в плазме крови, курином яйце и т. д.

Отделение панкретического и кишечного сока регулируется нейрогуморальными факторами. Эти вопросы подробно излагаются в курсе физиологии. Здесь мы рассмотрим только известные и достоверные данные литературы о гормональной регуляции секреции пищеварительных соков. Имеются бесспорные доказательства роли НСl в качестве пускового механизма выработки в кишечнике особых гормонов. В частности, НС1, попадая в двенадцатиперстную кишку, действует на слизистую оболочку и стимулирует секрецию секретина (вероятнее всего, из его предшественника просекретина), поступающего в кровь. С током крови секретин приносится в поджелудочную железу, стимулируя выработку и отделение щелочного панкреатического сока. Этот гормон способствует, кроме того, оттоку желчи. Показано, что секретин быстро исчезает из кровотока, а новые порции его не вырабатываются, поскольку НС1 нейтрализуется щелочным поджелудочным соком.

Таким образом, благодаря существованию тонкого механизма по типу обратной связи осуществляется регуляция секреции и отделения поджелудочного сока. Секретин с химической точки зрения представляет собой полипептид известной структуры с 27 остатками аминокислот. Он синтезирован химически. Поджелудочный сок, полученный при действии секретина, оказывается весьма бедным ферментами, но богатым бикарбонатами, создающими слабощелочную среду (pH 7,5-8,5), оптимальную для действия пищеварительных ферментов в кишечнике.

Вторым гормоном, также синтезирующимся в двенадцатиперстной кишке и регулирующим секрецию поджелудочного сока, является панкреозимин. Сок, полученный после его введения, напротив, богат ферментами и беден бикарбонатами. Известно, кроме того, семейство так называемых местных тканевых гормонов, оказывающих свой биологический эффект непосредственно в тканях, где они синтезируются. К таким гормонам относится и ряд "пищеварительных гормонов", синтез которых осуществляется в клетках слизистой оболочки кишечника.

Переваривание белков в желудке

В желудке имеются все условия для переваривания белков. Во-первых, в желудочном соке содержится активный фермент пепсин. Во-вторых, благодаря наличию в желудочном соке свободной соляной кислоты для действия пепсина создается оптимальная pH среды. Чистый желудочный сок имеет кислую среду (pH 0,9-1,6), а оптимум pH действия пепсина равен 1,5-2,5. Следует особо указать на существенную роль соляной кислоты в переваривании белков: она переводит неактивный пепсиноген в активный пепсин, создает оптимальную среду для действия пепсина, в присутствии свободной НС1 происходят набухание белков (увеличение поверхности соприкосновения фермента с субстратом), частичная денатурация и, возможно, гидролиз пищевых белков.

Кроме того, НС1 стимулирует выработку секретина или, что более вероятно, активирует просекретин в кишечнике, ускоряет всасывание железа и оказывает бактерицидное действие. В виду исключительной роли НС1 в переваривании белков были предприняты попытки объяснить механизм ее секреции в желудке. Хотя в деталях этот механизм до сих пор не расшифрован, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что образующиеся при диссоциации NaCl в крови ионы хлора диффундируют через клеточную мембрану и соединяются с ионами водорода, которые в свою очередь освобождаются при диссоциации Н₂СО₃, образующейся в обкладочных клетках из конечных продуктов обмена - Н₂0 и СO₂. Образовавшаяся НС1 затем секретируется обкладочными клетками в полость желудка.

Равновесие ионов между кровью и обкладочными клетками достигается поступлением отрицательно заряженных ионов НСO₃^- из клеток в кровь взамен ионов хлора (Cl^-), поступающих из крови в клетки. Предполагается участие АТФ, поскольку синтез НС1 требует доставки энергии. Укажем также, что при некоторых поражениях желудка (чаще всего при воспалительных процессах) имеет место нарушение секреции НС1 и соответственно переваривания белков.

Пепсин, как было указано выше, гидролизует преимущественно пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин). Он расщепляет практически все природные белки. Исключение составляют некоторые кератины, протамины, гистоны и мукопротеиды. Наибольший гидролитический эффект пепсин оказывает на денатурированные белки, содержащие свободные SH-группы. В зависимости от природы перевариваемого белка, pH среды и скорости опорожнения желудка белки пищи в желудке подвергаются пептическому перевариванию с образованием полипептидов меньшего размера (их иногда называют альбумозами и пептонами) или коротких пептидов и, возможно, небольшого числа свободных аминокислот. Подтвердилось мнение И. П. Павлова о том, что свертывание молока обусловлено действием самого пепсина, а не влияния гипотетического "сычужного фермента". Данные по этому вопросу свидетельствуют о том, что в желудочном соке взрослых особей, включая человека, действительно отсутствует фермент реннин, основное назначение которого сводится к превращению казеиногена в казеин. Эту функцию выполняет пепсин желудочного сока. Однако в желудочном соке грудных детей, а также в секрете четвертого желудочка телят и других молодых жвачных животных содержится весьма активный фермент реннин, отличающийся от пепсина (см. выше). Реннин катализирует свертывание (створаживание) молока, т. е. превращение растворимого казеиногена в нерастворимый казеин. Механизм этого процесса, несмотря на кажущуюся простоту, в деталях пока не раскрыт. Предложен следующий механизм этого процесса:

Предполагается, что реннин превращает растворимый казеиноген молока в параказеин, кальциевая соль которого нерастворима, и он выпадает в осадок в виде творога. Интересно отметить, что после удаления ионов кальция из молока образования осадка не происходит.

Наличие активного реннина в желудочном соке грудных детей имеет, по-видимому, важное физиологическое значение, поскольку при свертывании молока, являющегося основным пищевым продуктом в этом возрасте, резко замедляется продвижение выпавшего казеина через пищеварительный канал и соответственно увеличивается время действия протеиназ на казеин.

Переваривание белков в кишечнике

Дальнейшее превращение белков пищи осуществляется в тонком кишечнике, где на белки действуют ферменты панкреатического и кишечного соков. В поджелудочной железе вырабатываются три белковых фермента: трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза. Первые два фермента действуют на белки аналогично пепсину, но в отличие от него они разрывают другие внутренние пептидные связи. Кроме того, они активны в слабощелочной среде (оптимум pH действия их составляет 7,2-7,8). Благодаря гидролитическому действию всех трех эндопептидаз (пепсина, трипсина, химотрипсина) на белки 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. Всю эту группу ферментов относят к экзопептидазам, поскольку они катализируют гидролиз концевой пептидной связи в соответствии со следующей схемой:

Точкой приложения аминопептидазы является пептидная связь с N-конца пептида. Карбоксипептидаза разрывает пептидную связь с противоположного С-конца пептида.(Эти ферменты отщепляют по одной аминокислоте от полипептида и в конечном итоге остаются дипептиды (состоящие из двух аминокислот), на которые действуют специфические дипептидазы. При этом образуются свободные аминокислоты, которые затем подвергаются всасыванию.

Из других ферментов протеолиза следует упомянуть об эластазе и коллагеназе поджелудочной железы, гидролизующих соответственно эластин и коллаген. Топографически основные процессы гидролиза белков, как и углеводов и жиров, протекают на поверхности слизистой оболочки кишечника (так называемое пристеночное пищеварение по А. М. Уголеву).

ВСАСЫВАНИЕ ПРОДУКТОВ РАСПАДА БЕЛКОВ

Продукты гидролиза белков всасываются в желудочно-кишечном тракте в основном в виде свободных аминокислот. Кинетика всасывания аминокислот в кишечнике в опытах in vivo и in vitro свидетельствует о том, что аминокислоты, подобно глюкозе, всасываются свободно с ионами натрия. Для лизина, цистина, глицина и пролина, очевидно, существует более одной системы транспорта через стенку кишечника. Некоторые аминокислоты обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других аминокислот, что свидетельствует о вероятном существовании одной общей переносящей системы или общего механизма. Так, в присутствии лизина тормозится всасывание аргинина, но не изменяется всасывание аланина, лейцина и глутаминовой кислоты.

Современные представления о проблеме транспорта веществ через мембраны (включая мембраны эпителиальных клеток кишечника) не позволяют точно охарактеризовать молекулярный механизм транспорта аминокислот. Существует два представления, по-видимому дополняющих друг друга, о том, что требуемая для активного транспорта энергия поставляется за счет биохимических реакций (это так называемый направляемый метаболизмом транспорт) или за счет энергии переноса другого транспортируемого вещества, в частности, за счет энергии движения ионов Na⁺ (или других ионов) в клетку.

Много информации о специфичности транспорта было получено при анализе наследственных дефектов всасывания аминокислот в кишечнике и в почках. Классическим примером является цистинурия, при которой резко повышено содержание в моче цистина, аргинина, орнитина и лизина, обусловленное наследственным дефектом механизма почечной реабсорбции. Поскольку из указанных аминокислот цистин относительно нерастворим в воде, он легко выпадает в осадок в мочеточнике или мочевом пузыре, приводя к образованию цистиновых камней со всеми вытекающими нежелательными последствиями (закупорка мочевыводящего тракта, развитие инфекции и др.). Аналогичное нарушение всасывания аминокислот, в частности нейтральных аминокислот, наблюдается при болезни Хартнупа (наследственная иминоглицинурия), когда в почках нарушена реабсорбция пролина, оксипролина и глицина.

Следует указать, что многие из этих дефектов, хотя первоначально связаны с недостаточностью почечной реабсорбции, проявляются также в недостаточности всасывания аминокислот в кишечнике. В этих случаях в кишечнике, очевидно, создаются условия для всасывания небольших пептидов. Об этом свидетельствуют наблюдения над больными с наследственными дефектами транспорта аминокислот. Так, при болезни Хартнупа, например, фенилаланин практически не всасывается в кишечнике. В то же время после введения с пищей дипептида фенилаланил-фенилаланина в портальной крови повышается содержание фенилаланина. Аналогично при цистинурии, несмотря на наследственный дефект всасываний основных аминокислот, соответствующие аминокислоты появляются в крови воротной вены при поступлении с пищей ди- и трипептидов этих аминокислот. Доказано всасывание небольших пептидов, в особенности при патологии, опыты in vitro и in vivo, когда свободный глицин всасывался значительно медленнее, чем дипептид глицил-глицил или даже трипептид, образованный из трех остатков глицина.

Следует подчеркнуть, что в этих случаях введения олигопептидов с пищей в портальной крови обнаруживаются свободнце аминокислоты. Очевидно, олигопептиды подвергаются гидролизу после всасывания. Большие пептиды, очевидно, вообще не всасываются без предварительного гидролиза, поскольку они не проникают через двойной липидный слой. В некоторых, может быть исключительных, случаях всасывание больших пептидов все же отмечается. Например, некоторые растительные токсины, в частности абрин и рицин, а также токсины ботулизма, холеры и дифтерии всасываются непосредственно в кровь.

Дифтерийный токсин (молекулярная масса 63 000), наиболее изученный из этих токсинов, состоит из двух функциональных полипептидов: первого, связывающегося со специфическим рецептором на поверхности чувствительной (восприимчивой) клетки, и второго, проникающего внутрь клетки и оказывающего эффект, который чаще всего сводится к торможению внутриклеточного синтеза белка всего организма. Транспорт этих двух полипептидов или целого токсина через двойной липидный слой биомембран до сих пор считается уникальным и загадочным процессом.

Ряд вопросов, однако, до сих пор остается нерешенным, в частности вопрос об относительном количестве всасывания небольших пептидов, вопрос о месте их гидролиза (на клеточной поверхности или внутриклеточно), а также основная проблема: выяснение молекулярных механизмов работы транспортной системы. Отсюда возникает необходимость дальнейших исследований для установления истинной природы механизма всасывания аминокислот, как и других продуктов переваривания питательных веществ в кишечнике.

Продолжение: Использование аминокислот организмом