Утилизации продуктов метаболизма

В процессе жизнедеятельности человека ежедневно разрушается и образуется большое количество органических веществ, прежде всего белков. Это постоянное разрушение и синтез позволяют клеткам быстро приводить в соответствие метаболические потребности с внешними воздействиями. Внутриклеточное разрушение белков происходит частично в ли-

зосомах, частично в протеасомах (в них разрушаются неправильно свернутые или денатурированные белки).

Лизосомы - это органеллы диаметром 0,2-2,0 мкм, окруженные простой мембраной. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. Функция лизосом заключается в ферментативной деградации попавших в них макромолекул и клеточных компонентов - органелл. Лизосомы также осуществляют деградацию макромолекул и частиц, захваченных клетками путем эндоцитоза и фагоцитоза. Деградация достигается за счет присутствия в лизосомах различных расщепляющих ферментов - гидролаз с оптимумом действия в кислой области. Главный фермент лизосом - кислая фосфатаза. При рН близких к нейтральным, характерным для цитоплазмы, эти ферменты обладают низкой активностью. Очевидно, это служит механизмом защиты клеток от самопереваривания в том случае, если лизосо- мальный фермент случайно попадет в цитоплазму.

При нарушении процессов деградации накапливаются лизосомы с разрушаемыми негидролизовавшимися фрагментами органелл и макромолекул (остаточные тела), что может привести к необратимому повреждению клеток и как результат - к нарушению функций соответствующих органов.

Другая хорошо регулируемая система деградации белков локализована в цитоплазме. Она состоит из больших белковых комплексов, протеа- сом в виде бочковидной структуры. Это большие мультикаталитические комплексы с молекулярной массой около 2 млн, называемые 26S- протеасомами (то есть протеиназами, являющимися крупными частицами

- «сомами») (рис. 52). С торцов протеасомы запираются сложно устроенными, контролирующими доступ, структурами. Белки, которым предстоит разрушение в протеасоме (например, содержащие ошибки транскрипции или состарившиеся молекулы), метятся путем ковалентного связывания с небольшим белком убиквитином. Меченые убиквитином (убиквитиниро- ванные) молекулы попадают в протеосомы, где происходит их деградация. Убиквитин не разрушается и после активации используется вновь.

В ходе деградации белков если полученные аминокислоты повторно не используются для биосинтеза они расщепляются до конечного продукта

- аммиака. Аммиак является конечным продуктом метаболизма белков, аминокислот и других азотистых соединений, то есть конечным продуктом распада белка. Он высокотоксичен для организма человека, являясь клеточным ядом. Поэтому аммиак должен быстро инактивироваться и выводиться из организма. В организме человека это осуществляется, прежде всего, за счет образования мочевины, которое происходит преимущественно в печени. Накапливающийся в тканях аммиак, в соединяясь с глутаматом (в основном) и с аспарагиновой кислотой, образуют нетоксичные комплексы для транспортировки - глутамин и аланин.

Рис. 52. Строение и сборка 268-протеасомы.


В печени, за счет ферментов - трансаминаз, происходит высвобождение аммиака из глутамина и аланина. В дальнейшем аммиак синтезируется в нетоксичную мочевину. Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций с участием гидрокарбоната, N- ацетилглутамата, орнитина, аспартата и фумарата (орнитиновый цикл) (рис. 53). Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. При необходимости небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны. По этой причине, а также из-за ее хорошей растворимости в воде, мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой.

Часть аммиака выводится непосредственно почками, где он высвобождается из глутамина за счет гидролиза амидной группы и диффундирует через клеточные мембраны в просвет канальца (в мочу), где соединяется с протонами, образуя соответствующую кислоту. В этой форме он уже не может реабсорбироваться мембранами клеток почечных трубочек и поэтому экскретируется в составе мочи.

Другими повреждающими факторами для клетки, которые возникают в процессе нормального обмена веществ, являются свободные радикалы. Свободные радикалы отличаются от обычных молекул тем, что у них на внешней электронной оболочке имеется неспаренный (одиночный) электрон за счет добавления или удаления электрона из электронной пары. Это обычно происходит в ходе реакций одноэлектронного окисления или восстановления при участии свободнорадикальных форм кислорода. Обычно реакции своднорадикального окисления протекают в активном центре соответствующих ферментов, а промежуточные продукты не появляются во внешней среде. Свободные радикалы жизненно важные и необходимые для клетки соединения. Их образование осуществляется при уча-


стии определенных ферментных систем. Многие из них несут очень важные физиологические функции. Так, семихиноны, коэнзим Q и флавопро- теины, используются в качестве окислительно-восстановительных систем, служащих посредниками в передаче электрона. Г идроксидрадикал необходим для синтеза ряда биологических регуляторов (например, простаглан- динов). Радикалы оксида азота (NO) участвуют в регуляции сокращения стенок кровеносных сосудов, а пероксинитрит стимулирует запрограммированную клеточную гибель (апоптоз). Свободные радикалы участвуют в формировании клеточного иммунитета. Образование гидроперекисей жирнокислотных цепей повреждает бислой и способствует высвобождению жирных кислот из состава мембранных липидов. Полиненасыщенная ара- хидоновая кислота является обычной мишенью для свободнорадикальной атаки. Этот процесс может стимулировать ферментативные превращения ее по одному из двух путей - липоксигеназному или циклооксигеназному. В результате в клетке образуются важные биологические регуляторы: про- стагландины, лейкотриены, тромбоксаны.

rowspan=4 align=left>

NH-CH2—сн2

Аргининосукцинат

НООС-СН

сн-соон

Фумарат

Рис. 53. Орнитиновый цикл синтеза мочевины (по Березову Т.Т., Коровкину Б.Ф., 1998).

Однако при изменении условий функционирования дыхательной цепи, при воздействиях ионизирующего излучение, ультрафиолетового облучение, под воздействием попавших в организм посторонних соединений, ксенобиотиков, при взаимодействии кислорода с ионами металлов и т.д. в организме образуются весьма активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит и гидроперекиси липидов. Они являются сильными окислителями способными модифицировать белки, нуклеиновые кислоты, индуцировать ПОЛ и в результате цепных реакций приводить к множественным нарушениям мембран и к гибели клеток. Именно эти процессы приводят к развитию патологических состояний, и лежат в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенеративных болезней.

Для защиты от повреждающего действия радикалов в организме функционируют антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза и пероксидазы) и низкомолекулярные антиоксиданты (витамин С, глутатион, мочевая кислота и др.). Кроме этого, антиоксидантными свойствами обладают полифенолы (например, аналоги некоторых компонентов красного вина). Это своеобразные ловушки, или перехватчики свободных радикалов.

<< | >>
Источник: Савченко А.А.. Витамины как основа иммунометаболической терапии / А.А. Савченко, Е.Н. Анисимова, А.Г. Борисов, А.Е. Кондаков. - Красноярск: Издательство КрасГМУ2011. 2011

Еще по теме Утилизации продуктов метаболизма:

  1. Утилизация продуктов метаболизма
  2. Средства, способствующие утилизации продуктов метаболизма
  3. Стимуляция витаминами процессов утилизации продуктов метаболизма клетки
  4. Средства, устраняющие продукты метаболизма клетки
  5. Содержание белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и микроэлементов в различных пищевых продуктах. Основные пути их поступления в организм.Содержание белка в пищевых продуктах
  6. ОПЫТ КОМПЛЕКСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ НЕКОТОРЫХ МОРСКИХ ГИДРОБИОНТОВ
  7. ПРОМЫШЛЕННАЯ УТИЛИЗАЦИЯ НЕКОТОРЫХ НЕПРОМЫСЛОВЫХ И МАЛОЦЕННЫХ ГИДРОБИОНТОВ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
  8. Продукты липоксигеназы
  9. Другие продукты и напитки
  10. Избегайте «легких» пищевых продуктов
  11. ГЛАВА7 Анемии, связанные с нарушением синтеза или утилизации порфиринов (сидероахрестические, сидеробластные анемии)
  12. Сочетаемость продуктов (Н. Володина, 2003)
  13. Содержание железа (мг) в продуктах питания (в 100 г)
  14. 4. Ограниченное потребление продуктов животного происхождения
  15. Время задержки некоторых пищевых продуктов в желудке
  16. 2. Свежая пища и продукты минимальной обработки в рационе
  17. Анемии, связанные с нарушением синтеза или утилизации порфиринов (сидероахрестические, сидеробластные анемии)
  18. МЕТАБОЛИЗМ КЛЕТКИ И ВИТАМИНЫ
  19. ОБЩАЯ СТРУКТУРА МЕТАБОЛИЗМА КЛЕТКИ