Аминокислоты - кирпичики для белков
Люди - белковые существа. Это означает, что в основе нашего строения и нашей жизнедеятельности лежат белки. Белки строятся из аминокислот длинными цепочками, эти цепочки закручиваются в спирали, а спирали заматываются в разной формы клубки. Кроме того, к этим клубкам могут "прикрепляться" (либо внедряться в них на этапе формирования или закручивания) различные составные части: ионы металлов, кусочки жирных кислот или углеводов. Таким образом получаются сложные структурные и функциональные единицы, которые играют в организме различные роли.
На языке программистов это можно описать так: человек - это класс объектов. Люди - это конкретные экземпляры объекта "Человек". Они имеют одно и то же базовое строение, но в реализации деталей могут различаться. Базовое строение человека кодируется в его ДНК, и кодируется оно совершенно по-программистски: каждый белок записывается последовательностью кодонов, где каждый кодон состоит из трех "символов". Всего в "алфавите" четыре "символа", и с их помощью можно закодировать чертову прорву всего. Один кодон соответствует ровно одной аминокислоте, но при этом некоторым аминокислотам может соответствовать несколько обозначений, а некоторым - только одно.
И разумеется, ошибка даже в одном символе может привести к тому, что в цепочку встроится неправильная аминокислота, и это в свою очередь может привести к последствиям самой различной тяжести: от легких и незаметных до серьезных и даже несовместимых с жизнью. Почему "может"? Ну, если по ошибке получилось другое обозначение той же самой аминокислоты, то ничего плохого не произойдет. А если другой - то тогда да.
Итак, аминокислоты. С точки зрения химии аминокислота - это органическое соединение, которое состоит из атомов углерода, водорода, кислорода и азота (и, возможно, некоторых других). При этом ряд атомов в этих соединениях сгруппированы в так называемые функциональные группы, а именно аминогруппу -NH2 и карбоксильную группу -COOH.
В организме человека протеинообразующими аминокислотами являются 20 аминокислот. Белки образуются из них, и только из них.
Заменимые | Условно заменимые | Незаменимые |
---|---|---|
Аланин | Аргинин | Гистидин |
Аспарагин | Цистеин | Изолейцин |
Аспартат | Глутамин | Лейцин |
Глутамат | Глицин | Лизин |
Серин | Пролин | Метионин |
Тирозин | Фенилаланин | |
Треонин | ||
Триптофан | ||
Валин |
Некоторые аминокислоты могут синтезироваться в организме человека, а некоторые - не могут. Следовательно, они должны попадать в организм с пищей. Съеденная белковая пища распадается внутри на аминокислоты. Происходит это в желудке и затем - в кишечнике.
Краткий экскурс в физиологию пищеварения
Белковая пища, попадая в желудок, стимулирует выделение специального гормона гастрина. Этот гормон выделяет слизистая оболочка желудка. Под действием гастрина выделяются соляная кислота и вещество под названием пепсиноген. Этим занимаются соответственно клетки стенок (париетальные клетки) и главные клетки желез желудка. Желудочный сок имеет очень низкий pH - от 1 до 2,5; он действует и как антисептик, и как химический агент, "разворачивающий" белки (мы помним, что белки в норме смотаны в клубки, и чтобы разорвать белок на кусочки, его сначала надо размотать). Фокус здесь в том, что пепсиноген изначально неактивен (а иначе он будет растворять желудок). В кислой среде желудочного сока пепсиноген превращается в активный пепсин, который, собственно, и разрезает внутрибелковые связи, разделяя длинные белковые цепочки на куски.
Теперь понимаете, чем опасна пониженная кислотность желудочного сока? Если кислотности не хватает, то неактивная форма фермента не может превратиться в активную в достаточной мере, да и сама активная форма не будет настолько активной, как нужно. Результат - несварение (белковой пищи).
Дальше содержимое желудка перемещается в тонкий кишечник. Среда кишечника имеет гораздо более высокий pH - примерно 7-8. Что же происходит, когда кислое содержимое желудка вываливается туда? Кислотность среды кишечника понижается, и это понижение тут же вызывает выделение в кровь гормона секретина. Секретин выделяется слизистой оболочкой тонкого кишечника, но его целью является совсем другой орган, а именно - поджелудочная железа. Поджелудочная железа выделяет в кишечник для нейтрализации кислоты гидрокарбонат (у этой железы есть специальные протоки, ведущие в кишечник, по ним-то выделяемые железой вещества и попадают куда надо). Повышение pH вызывает замедление переваривания белков пепсином (который все еще содержится в пищевом комке, он никуда не девался). Однако некоторые аминокислоты уже начинают отщепляться, стенка кишечника их "чует", в ответ выделяется еще один гормон - холецистокинин. Под влиянием этого гормона поджелудочная железа (опять она!) выделяет ряд ферментов, опять же в неактивной форме. В кишечнике неактивные формы ферментов будут переведены в активные формы (трипсин, химотрипсин) специальным ферментом кишечника энтеропептидазой.
Такой сложный механизм нужен для того, чтобы ферменты, переваривающие белки, не начали переваривать собственные хозяйские органы (такое происходит, например, при остром панкреатите, когда неактивные формы ферментов превращаются в активные преждевременно, еще внутри поджелудочной железы. Во-первых, это страшно больно, а во-вторых, орган разрушается, и это может иметь фатальные последствия).
Гидрокарбонат - это кислотный остаток, получающийся при растворении обычной пищевой соды. Несмотря на свое название "кислотный", гидрокарбонат (натрия) имеет хорошую щелочную реакцию (примерно 9). В нашем теле имеются внутренние запасы гидрокарбоната, так называемые гидрокарбонатные буферы (которые получаются при растворении углекислого газа в воде). Эти буферы служат для поддержания кислотно-щелочного равновесия (КЩР) в организме. Оно постоянное и равно 7,4 плюс-минус 0,5. Сдвиги КЩР приводят к очень серьезным проблемам, вплоть до комы и летального исхода.
Пепсин, трипсин и химотрипсин разрезают пептидные связи, которыми аминокислоты сцеплены друг с другом, и делают это в разных местах (не пересекаясь между собой, так как они "распознают" "свои" аминокислоты, под которые и "заточены"). Дальше вступают в дело другие ферменты - пептидазы и аминопептидазы, они и завершают разрезание на отдельные аминокислоты. Смесь свободных аминокислот всасывается ворсинками, покрывающими слизистую оболочку тонкого кишечника, попадают через капилляры ворсинок в общий кровоток и отправляются в печень. А уже печень решает, что с этими аминокислотами делать: пустить их на синтез нужных белков или отправить в топку или на биосинтез других необходимых в данный момент веществ.
Здесь важно то, что в целях биосинтеза и/или в топливных целях аминокислоты сначала лишаются своей аминогруппы (которая моментально превращается в токсичный для человека аммиак). Что происходит с этим аммиаком дальше - это уже совсем другая история. Конечно, он тут же подхватывается, обезвреживается и выводится наружу. Как именно это происходит - об этом будет рассказано дальше.
Продолжение следует
Литература:
-
Д. Нельсон
Основы биохимии Ленинджера, том 1 "Основы биохимии. Строение и катализ"
Издательство "Бином. Лаборатория знаний", 2011 -
Д. Нельсон
Основы биохимии Ленинджера, том 2 "Биоэнергетика и метаболизм"
Издательство "Бином. Лаборатория знаний", 2014 -
А.Я. Николаев
Биологическая химия
"Медицинское информационное агентство", 2007