Окисно-відновні реакції – основа біохімічних процесів в організмі людини

цій реакції здебільшого беруть участь насичені і ненасичені С16-С18 похідні КоА.

У клітинах фосфатидна кислота міститься в мізерних кількостях. Однак, незважаючи на це, вона є важливою проміжною сполукою, що утворюється при синтезі як тригліцеридів, так і фосфоліпідів.

На наступній стадії біосинтезу тригліцеридів фосфатидна кислота, що утворилась, піддається гідролізу за участю ферменту ?-фосфатид-фосфогідролази. При цьому утворюється ?, ?-дигліцерид і виділяється фосфорна кислота:

Далі ?, ?-дигліцерид взаємодіє з іншою молекулою ацил-КоА з утворенням тригліцериду:

Описаний вище процес біосинтезу тригліцеридів називають фосфатидним, оскільки проміжним продуктом є фосфатидна кислота.

Другий шлях біосинтезу тригліцеридів - моногліцеридний - характерний в основному для слизової оболонки кишок. Він здійснюється шляхом взаємодії ?-моногліцериду з двома молекулами ацил-КоА. При цьому утворюється відповідний тригліцерид. Реакцію каталізує фермент дигліцерид-трансацилаза:

[2, с. 468-487]

2.3 Специфіка окиснення білків

Обмін білків займає центральне місце у всьому різноманітті обмінних процесів організму. Це пояснюється, з одного боку, тим, що всі структурні елементи клітин, тканин і органів людини і вищих тварин побудовані з білків; з іншого боку, маючи специфічні фізико-хімічні і біологічні властивості, білки є тим інструментом, який реалізує геном клітини. Організм людини і тварин не може існувати без регулярного надходження білків із їжею. Якщо на тривалий час вилучити з їжі жири і вуглеводи, то це не викличе в організмі таких тяжких розладів, як відсутність білка. Тривале безбілкове харчування, навіть за інтенсивного вживання з їжею вуглеводів і жирів, неминуче закінчується смертю. Дуже значною є роль білків як пластичного матеріалу. З моменту народження організму і до його смерті постійно відбувається руйнування і відновлення клітин. Пластична функція білків настільки важлива, що ніякими іншими органічними сполуками їх замінити неможливо. Все це потребує обов'язкового надходження в організм білків. У цьому відношенні продукти рослинного походження, що є основним джерелом вуглеводів, мають другорядне значення. Перше місце в забезпеченні організму людини білками займають продукти тваринного походження.

Білки не можуть бути використані організмом у тому вигляді, в якому вони надходять з їжею, оскільки їм властива строго видова специфічність. Більш того, кожний орган і кожна тканина організму людини складаються з характерних для них білків. Якщо ввести, наприклад, у кров людини альбуміни і глобуліни крові якоїсь тварини, то вони будуть поводитись як чужорідні тіла. Тому перед тим, як використовувати білки, що надходять із їжею, організм має позбавити їх видової специфічності. Отже, білки розщеплюються на окремі амінокислоти. Це необхідно ще й тому, що молекули білків не можуть проникати через клітинну мембрану, тоді як амінокислоти вільно через неї проходять. Розщеплення білків на амінокислоти відбувається в травному каналі. Весь же процес обміну білків включає перетравлювання, усмоктування продуктів розщеплення і внутрішньоклітинний обмін.

У слині немає ферментів, що розщеплюють білки. Перетравлювання білків відбувається в шлунку і тонких кишках. Під дією хлороводневої кислоти, що міститься в шлунковому соку, який виділяється слизовою оболонкою шлунку (близько 2,5 л на добу), відбувається набрякання білків, що полегшує їх гідролітичне розщеплення ферментами.

Найбільш важливими ферментами шлункового соку є пепсин і гастриксин. Під дією пепсину відбувається розщеплення пептидних зв'язків у молекулах білків, утворених аміногрупами ароматичних і моноамінодикарбонових амінокислот.

Під впливом цих двох протеолітичних ферментів молекули білків розщеплюються на окремі амінокислоти і поліпептиди різного розміру. У шлунку добре перетравлюються альбуміни і глобуліни як тваринного, так і рослинного походження, погано розщеплюються білки сполучної тканини (колаген і еластин) і зовсім не перетравлюються кератин і протаміни.

Вільні амінокислоти, що утворилися в шлунку, поліпептиди і нерозщеплені білки надходять у дванадцятипалу і тонкі кишки, де зазнають впливу великої групи протеолітичних ферментів, що виробляються підшлунковою залозою і слизовою оболонкою тонкої кишки. Ферменти підшлункової залози надходять у дванадцятипалу і далі в тонку кишку, де змішуються з кишковим вмістом. До складу цієї суміші входять ферменти, які здійснюють розщеплення білків і окремих поліпептидів до вільних амінокислот - трипсину, хімотрипсину, карбоксипептидази, еластази і великої групи три- і дипептидаз. Оптимум дії зазначених ферментів лежить у слаболужному середовищі (рН - 7,8-8,1). Ці ферменти виділяються в просвіт тонкої кишки в неактивному стані у вигляді трипсиногену, хімотрипсиногену, прокарбоксипептидази і проеластази, що перетворюються в активну форму під час надходження в кишки окремих поліпептидів і білків, які не розщепилися.

Під дією ентерокінази (що виділяється стінкою кишок) або самого трипсину трипсиноген перетворюється в активний трипсин, який виявляє максимальну активність при рН - 7,0. Він розщеплює пептидні зв'язки, утворені карбоксильними групами аргініну і лізину, у будь-якому місці поліпептидного ланцюга.

Активний хімотрипсин гідролізує пептидні зв'язки, утворені карбоксильними групами триптофану, фенілаланіну або тирозину, а також лейцину і метіоніну.

Кінцеві пептидні зв'язки розщеплюють карбоксипептидази. Відомі карбоксипептидази А і В. Перша розщеплює всі СООН-кінцеві пептидні зв'язки за винятком тих, де знаходяться СООН-залишки лізину або аргініну. Друга, навпаки, гідролізує тільки ті кінцеві пептидні зв'язки, що утворені СООН-групами лізину й аргініну.

Еластаза розщеплює пептидні зв'язки між залишками різних нейтральних кислот. Слизова оболонка тонкої кишки секретує амінопептидазу під назвою лейцинамінопептидаза. Цей фермент, незважаючи на свою назву, має слабо виражену специфічність і відщеплює NH2-кінцеві залишки більшості амінокислот.

Так, у результаті спільної дії різних протеолітичних ферментів, що виділяються стінкою шлунка, підшлунковою залозою і стінкою тонкої кишки, харчові білки зазнають повного гідролітичного розщеплення до вільних амінокислот. Останні всмоктуються клітинами стінки тонкої кишки, звідки потім надходять у кров і розносяться по всіх органах і тканинах, де відбувається подальше перетворення.

У клітинах окремих органів і тканин амінокислоти зазнають різних перетворень. Утворенню кінцевих продуктів білкового обміну передує попереднє внутрішньоклітинне окиснення амінокислот. При цьому для окиснення двадцяти різних амінокислот, що входять до складу білків, існує і двадцять різних шляхів, кожний з яких: свою чергу складається з великої кількості ферментативних ре акцій. Шляхи включення вуглецевих скелеті двадцяти амінокислот у цикл Кребса показані на схемі:

Перетворення амінокислот в організмі, людини відбувається переважно в клітинах печінки, нирках і незначною мірою - у клітинах скелетних м'язів. Перед включенням вуглецевих скелетів вільних амінокислот у цикл Кребса відбувається їх дезамінування.

Дезамінування амінокислот. Найбільш важливими процесами, за допомогою яких відбувається відщеплення аміногруп від амінокислот у ссавців, є трансамінування й окиснювальне дезамінування.

Трансамінування є складним процесом, що відбувається у два етапи. На першому етапі здійснюється перенос NH2-групи від амінокислоти на фосфопіридоксаль амінотрансферази. При цьому амінокислота перетворюється у відповідну кетокислоту, а фосфопіридоксаль у фосфопіридоксамін:

На другому етапі аміногрупа з фосфопіридоксаміну передається на кетокислоту, яка перетворюється в амінокислоту:

Отже, незалежно від початкових реакцій трансамінування кінцевим акцептором аміногруп більшості амінокислот є а-кетоглутарова кислота. Перетворюючись у глутамінову кислоту, вона служить каналом, за допомогою якого аміногрупи передаються в заключну серію реакцій, які ведуть до утворення кінцевих продуктів азотистого обміну.

Окиснювальне дезамінування полягає у відщепленні аміногрупи від амінокислот з виділенням аміаку. Аміногрупи різних амінокислот, зібрані в складі глутамінової кислоти, звільняються у вигляді іонів NH4+:

Відомі й інші шляхи дезамінування а-амінокислот, такі, як відновне, гідролітичне і внутрішньомолекулярне:

а) відновне дезамінування:

б) гідролітичне дезамінування:

в) внутрішньо молекулярне дезамінування:

Ці види дезамінування ?-амінокислот найбільш характерні для мікроорганізмів і рослин.

Декарбоксилювання амінокислот є одним із шляхів перетворення амінокислот, утворених в результаті гідролітичного розщеплення білків їжі. У результаті реакцій декарбоксилування амінокислот у тканинах людини і вищих тварин утворюються аміни.

Аміни (тирамін, адреналін, гістамін, серотонін і ін.) - це біологічно активні речовини, деякі з них є отрутами. Аміни виконують в організмі важливу роль. Так, гістамін, тирамін і серотонін мають потужний фармакологічний вплив на кров'яний тиск і кровоносні судини.

Проте реакції декарбоксилування амінокислот на відміну від реакцій переамінування не є основним шляхом перетворення амінокислот, незважаючи на велике фізіологічне значення утворених продуктів реакції. Швидкість цих реакцій дуже мала.

У результаті різних перетворень амінокислот у тканинах організму утворюються аміак, вуглекислий газ і вода.

Після дезамінування ?-амінокислот утворюються безазотисті сполуки. Ми вже знаємо, що в основному це ?-кетокислоти, які на певних ділянках включаються в цикл трикарбонових кислот, де піддаються дегідруванню і декарбоксилюванню, і зрештою перетворюються в Н2О і СО2.

Деякі кетокислоти, зазнаючи окислювального декарбоксилування, утворюють кислоти з різною хімічною структурою, залежно від якої в одних випадках вони окиснюються шляхом перетворення вуглеводів. Проте й у цих випадках врешті-решт утворюються СО2 і Н2О. Вуглекислий газ частково виводиться з організму, частина, що залишилася, використовується для синтетичних процесів, наприклад, для синтезу вищих жирних кислот, пуринових основ та ін.

Якість білкового харчування

Білки, як уже відомо, є основним пластичним матеріалом нашого організму, який іншими речовинами замінити неможливо.

Білки відрізняються один від одного вмістом окремих амінокислот. Тому залежно від амінокислотного складу для покриття потреб організму в білку необхідна різна кількість окремих білків. Різні білки мають неоднакову біологічну цінність. Чим ближчий амінокислотний склад того або іншого білка до складу білків даного організму, тим вища його біологічна цінність.

Найбільш цінними є білки, які в достатній кількості містять всі необхідні організмові незамінні амінокислоти (тобто такі, що в організмі зовсім не синтезуються або синтезуються в дуже малій кількості).

Таким чином, біологічна цінність білка визначається якісним і кількісним складом амінокислот, що входять до його молекули.

Для людини цінними є білки молока, м'яса і курячого яйця, із рослинних білків - білок картоплі, що за своєю біологічною цінністю перевищує не тільки білок хліба, але й за деякими амінокислотами навіть білок коров'ячого молока.

2.4 Механізм взаємоперетворення органічних речовин

Обмін речовин в організмі як один з основних проявів життєдіяльності - єдиний біологічний процес. Всі перетворення речовин і енергії, процеси синтезу і розкладання, анаболізму і катаболізму взаємозв'язані, взаємозумовлені і тонко координовані нейрогуморальними механізмами, що забезпечує існування організму як єдиної впорядкованої високоорганізованої системи.

Обмін основних класів органічних сполук - білків, вуглеводів і ліпідів - є єдиним метаболічним процесом, який підлягає основним діалектичним закономірностям взаємозалежності, взаємоузгодженості і взаємоперетворення. Тому неможливо уявити в живих системах ізольованого перетворення кожного з цих класів органічних сполук. У клітинах організму перетворення жирів, білків і вуглеводів, їх розщеплення і синтез здійснюються одночасно й узгоджено, внаслідок чого забезпечується сукупність метаболічних реакцій, які становлять гармонічний баланс організму, що нормально функціонує.

З біохімічної точки зору взаємозв'язок між перетворенням вуглеводів, білків і ліпідів виявляється в тому, що з вуглеводів їжі за певних умов можуть утворюватись ліпіди, а з білків - вуглеводи. Тому при нестачі вуглеводів потреба в білках зростає, а недостатнє надходження ліпідів може компенсуватись вуглеводами.

Взаємозв'язок між цими класами органічних сполук можна розглядати в двох аспектах - перетворення вуглеводів на ліпіди (ліпогенез за рахунок вуглеводів) і перетворення ліпідів на вуглеводи.

Синтез жирів із вуглеводів. Протікання процесу перетворення вуглеводів на ліпіди було доведено численними спостереженнями й експериментальними дослідженнями. У людей, які споживають велику кількість борошняних і кондитерських виробів, часто спостерігається ожиріння. З енергетичної точки зору процес перетворення вуглеводів на жири слід розглядати як депонування енергії, хоч синтез жиру теж супроводжується певними енергетичними затратами, які компенсуються під час окислення їх до кінцевих продуктів.

З біохімічної точки зору процес перетворення вуглеводів на жири можна досить легко обґрунтувати. Відомо, що молекула жиру побудована з гліцерину і вищих жирних кислот. Отже, основні процеси перетворення вуглеводів у ліпіди зводяться до утворення цих основних компонентів жиру.

Біосинтез вищих жирних кислот, необхідних для синтезу ліпідів, здійснюється за участю центрального метаболіту вуглеводного обміну - піровиноградної кислоти, в результаті окислювального декарбоксилування її і утворення активного ацетату - ацетил-КоА. Ацетил-КоА вступає у реакцію конденсації, внаслідок чого утворюється ацетооцтова кислота, з якої далі синтезуються одноосновні високомолекулярні кетокислоти, які беруть участь в утворенні жирних кислот.

Отже, синтез жирних кислот із вуглеводів здійснюється через ацетил-КоА. Це припущення повністю підтверджено дослідженнями з застосуванням мічених атомів. Так, при введенні в організм оцтової кислоти, міченої атомами радіоактивного вуглецю (14С), їх було виявлено в ацетооцтовій кислоті і високомолекулярних жирних кислотах - складових компонентах жиру. Активна форма гліцерину і жирні кислоти (у вигляді ацил-КоА) використовуються для синтезу жиру.

Нижче наведено загальну схему перетворення вуглеводів на ліпіди»

Синтез вуглеводів із ліпідів. Питання про можливість синтезу вуглеводів із ліпідів довгий час було дискусійним, оскільки існувало дві протилежні точки зору. Однак на основі численних досліджень і експериментальних даних було доведено можливість синтезу вуглеводів із ліпідів, хоч цей процес не є обов'язковим для організму і частіше спостерігається за певних фізіологічних умов.

Важливим підтвердженням можливості синтезу вуглеводів із ліпідів послужили дані з вивчення проміжних продуктів обміну вуглеводів та ліпідів в організмах людини і тварин, а також ферментних систем, які каталізують ці реакції. Виявилось, що спільним проміжним продуктом обміну вуглеводів і ліпідів є ацетил-КоА, який утворюється під час ?-окислення жирних кислот і окислювального декарбоксилювання піровиноградної кислоти. Саме ацетил-КоА і є сполучною ланкою між обміном вуглеводів і ліпідів і становить молекулярну основу перетворення вуглеводів на ліпіди і ліпідів на вуглеводи.

Однак це не означає, що весь ацетил-КоА, що утворюється під час ?-окислення жирних кислот, використовується для синтезу вуглеводів, а утворена при розщепленні вуглеводів ацетооцтова кислота перетворюється на жири.

Крім синтезу вуглеводів з ацетил-КоА незначна кількість їх може утворюватись із гліцерину - продукту розщеплення жирів шляхом окислення його в діоксіацетонмонофосфат і гліцеринальдегідмонофосфат. Разом з цим гліцеринальдегідмонофосфат здатний окислюватись до ацетил-КоА, який використовується для синтезу глікогену.

Між обміном цих класів органічних сполук існує тісний взаємозв'язок, який полягає в можливості їх взаємного перетворення в ході метаболічних процесів. При цьому важливим у біологічному відношенні є перетворення білків на вуглеводи і обмежене значення має перетворення вуглеводів на білки.

Синтез вуглеводів із білків. Найінтенсивніше вуглеводи синтезуються з тих амінокислот, які в процесі метаболізму перетворюються на піровиноградну кислоту. Такі амінокислоти дістали назву глюкогенних. Це аспарагінова і глутамінова кислоти, серин і валін, орнітин, цистеїн, гліцин, аланін, метіонін, гістидин та ін. Глюкогенні амінокислоти після переамінування і дезамінування перетворюються на кетокислоти - щавлевооцтову, ?-кетоглутарову, піровиноградну. Серед них саме піровиноградна кислота є основним метаболітом, який забезпечує перетворення амінокислот на вуглеводи. Щавлевооцтова й ?-кетоглутарова кислоти після декарбоксилювання також перетворюються на піровиноградну кислоту.

Перетворення піровиноградної кислоти у вуглеводи може здійснюватись через ацетил-КоА, який утворюється під час її окислювального декарбоксилювання або внаслідок протилежно напрямлених реакцій гліколізу.

Процес перетворення білків на вуглеводи за звичайних фізіологічних умов протікає незначною мірою, оскільки розщеплення амінокислот направлене переважно в бік утворення кінцевих продуктів.

Синтез білків із вуглеводів. З вуглеводів можна синтезувати амінокислоти, які входять до складу білків. Відомо, що вуглеводи є основним джерелом, з якого в організмі утворюються піровиноградна, щавлевооцтова та ?-кетоглутарова кислоти. Дані кетокислоти внаслідок амінування перетворюються на відповідні амінокислоти: аланін, аспарагінову і глутамінову амінокислоти.

Утворення ліпідів із білків. Експериментально встановлено, що при значному вмісті білків у харчовому раціоні частина їх перетворюється на жири. Сполучною ланкою у цьому процесі є піровиноградна кислота, яка утворюється під час дезамінування і переамінування аланіну, серину та інших амінокислот.

Піровиноградна кислота внаслідок декарбоксилювання перетворюється на ацетил-КоА, який може використовуватись для синтезу вищих жирних кислот.

Піровиноградна й оцтова кислоти можуть утворюватись з аспарагінової і глутамінової амінокислот після їх дезамінування і декарбоксилювання. Амінокислоти, які в процесі перетворення утворюють метаболіти, можуть використовуватись для синтезу жирів і називаються кетогенними.

Деякі амінокислоти мають однакову здатність до перетворення в жири і вуглеводи, тобто вони є глюкогенними і кетогенними (ізолейцин, лізин, фенілаланін, тирозин).

З продуктів білкового обміну може синтезуватись також гліцерин. Так, аланін легко перетворюється в піровиноградну кислоту, яка під час зворотного гліколізу перетворюється в діоксіацетонмонофосфат - спільний метаболіт вуглеводного і жирового обміну, а далі легко перетворюється на гліцерин.

Утворення білків із ліпідів. Цей процес в організмах людини і тварин має обмежене значення. Однак частковий синтез замінних амінокислот із жирів може здійснюватись з ?-кетокислот - піровиноградної, ?-кетоглутарової, щавлевооцтової, тобто з тих амінокислот, які легко піддаються амінуванню і переамінуванню.

Центральне місце в перетворенні ліпідів у білки займає ?-кетоглутарова кислота, оскільки вона легко піддається прямому амінуванню за участю аміаку і перетворенню в глутамінову. Оскільки з жирів утворюється незначна кількість кетокислот жири не можуть бути важливим джерелом синтезу білків.

Отже, процеси обміну білків, ліпідів і вуглеводів в організмі взаємозв'язані. [6, с. 419-438]

Висновок

Окисно-відновні реакції мають величезне значення для підтримування життєдіяльності біологічних систем. Процеси фотосинтезу, дихання, травлення - все це ланцюги окисно-відновних реакцій. Ці реакції відіграють чи не найважливішу роль при утворенні власних полімерних компонентів, забезпечуючи організм структурними складовими та енергією.

Проте живий організм є набагато складнішою системою тому і процеси, що в ньому протікають, характеризуються великою складністю, ступінчістю та участю складних ферментативних комплексів.

Живий організм нерозривно пов'язаний з навколишнім середовищем, з якого він одержує необхідні для життя харчові речовини, воду та кисень. З цих речовин в організмі утворюються складні біоорганічні сполуки, які безпосередньо беруть участь у біохімічних перетвореннях.

Життя людини - це складний багатогранний процес, пов'язаний із постійним розщепленням і відновленням в організмі хімічних сполук, що супроводжується витратами енергії. Все це потребує достатнього надходження в організм необхідних неорганічних та органічних речовин, які людина споживає з їжею. Від кількості і якості їжі, режиму харчування залежить рівень функціонального стану, його здоров'я, ріст і розвиток, а також здатність до високопродуктивної розумової і фізичної діяльності.

Список використаної літератури

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1983. - 752 с.

2. Боєчко Ф.Ф. Біологічна хімія: Навчальний посібник. - К.: Вища школа, 1995. - 536 с.

3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х томах. Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.

4. Основы биохимии / Под ред. А.А. Анисимова. - М.: Высш. шк., 1986. - 547 с.

5. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підручник для студентів вищ. навч. закладів. - Київ;Ірпінь: ВТФ «Перун», 1998. - 480 с.

6. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии: Учеб. пос. - М.: Высш. шк., 1985. - 503 с.

7. Явоненко О.Ф., Яковенко Б.В. Біохімія: підручник для студентів спеціальності «Фізична культура» педагогічних університетів. - Суми: ВТД «Університетська книга», 2002. - 380 с.

Страницы: 1, 2