<<
>>

Утилизация 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 эндо- 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 лизосомальный 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 (т.е. протеиназами, являющимися крупными частицами - «сомами») (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Строение и сборка 26Б-протеасомы.

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 (убиквитинированные) 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, т.е. конечным продуктом распада белка. Он высокотоксичен для организма человека, является клеточным ядом, поэтому быстро инактивируется и выводится из организма. В организме человека это осуществляется прежде всего за счет образования мочевины, которое происходит преимущественно в печени. Накапливающийся в тканях аммиак, соединяясь с глутаматом (в основном) и с аспарагиновой кислотой, образует нетоксичные комплексы для транспортировки - глутамин и аланин.

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.

1.13. Орнитиновый цикл синтеза мочевины [по: Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1998].

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. Они 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 участии определенных ферментных систем. Многие из них несут очень важные физиологические функции. Так, семихиноны, коэнзим Q и флавопротеины, используются в качестве окислительно-восстановительных систем, служащих посредниками в передаче электрона. Гидроксидрадикал необходим для синтеза ряда биологических регуляторов (например, простагландинов). 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 арахидо- новая 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.

Однако при изменении условий функционирования дыхательной цепи, при воздействиях ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения, 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.. Основы клинической иммунометаболомики . Новосибирск: Наука 2012. 2012

Еще по теме Утилизация продуктов метаболизма:

  1. Утилизации 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. ГЛАВА7 Анемии, связанные с нарушением синтеза или утилизации порфиринов (сидероахрестические, сидеробластные анемии)
  11. Избегайте «легких» пищевых продуктов