Параграф 61. Переваривание белков

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

Параграф № 61.
«Переваривание белков»

Переваривание белков – это расщепление белков пищи до аминокислот и последующее всасывание АК. (Значение переваривания белков).
Оно необходимо 1) для снабжения организма АК для синтеза белков и нейромедиаторов организма и 2) для предотвращения поступления белков пищи в толстый кишечник.
Переваривание белков нарушается, если человек ест слишком много белка или если есть патология органов пищеварения. Сначала будет сказано о  всасывании, а потом о расщеплении.               

В с а с ы в а н и е   А К
происходит в тонком кишечнике. Поэтому при атрофии тонкого кишечника или при другой патологии тонкого кишечника (энтериты) всасывание АК в частности и переваривание белков в целом нарушается; в сочетании со снижением всасывания витаминов и других веществ пищи организму становится еще сложнее восстановить кишечник, т.к. без всасывания веществ пищи организм почти лишен строительного материала для образования и роста новых клеток.
Сначала АК всасываются из полости кишечника в энтероциты (клетки слизистой оболочки тонкого кишечника). Затем из энтероцитов АК поступают в кровеносные капилляры (как и все гидрофильные вещества из полости кишечника). С током крови АК по воротной вене поступают в печень. Часть АК используется печенью: например 1) для синтеза ферментов печени – для катализа многочисленных химических реакций, 2) для синтеза белков плазмы крови (кроме антител). Часть АК поступает из печени в кровь и транспортируется кровью к тканям: к мышцам, мозгу и т.д.. Поступление АК в клетки происходит при участии специальных белков-транспортеров.
Всасывание АК в энтероциты (транспорт АК через мембраны энтероцитов внутрь энтероцитов). Происходит это при участии специальных белков-транспортеров, находящихся в мембранах энтероцитов. (Мутации генов, кодирующих эти белки, приводят к определенным наследственным).
Транспорт АК (через мембраны энтероцитов) протекает совместно с ионами натрия (Na+), поэтому говорят, что способ транспорта АК в энтероциты (способ всасывания АК) – симпорт с Na+. «Совместно» – это означает, что АК и Na+ транспортируются одним и тем же белком-транспортером и в одном направлении. При этом транспорт АК протекает против градиента АК (и поэтому требует затраты энергии), а транспорт Na+ протекает по градиенту Na+ (и поэтому сопровождается выделением энергии). Транспорт Na+ дает энергию для транспорта АК против градиента АК. Форма энергии, которая тратится при этом на транспорт АК, называется (ЭХП) ;;Na+.
После поступления в энтероцит вместе с АК Na+ транспортируется обратно – из энтероцита в полость кишечника. Транспорт Na+ из энтероцитов совершается так же, как и из других клеток, и осуществляется белком Na+/K+-АТФ-азой. Как понятно из  названия белка, при его работе белка тратится АТФ, поэтому тонкий кишечник является аэробной тканью (кислород тратится на выработку основного количества АТФ – путем ОФ, за счет энергии ДЦ). Транспорт АК в энтероциты называют вторично активным транспортом.
(Потому что происходит за счет транспорта ионов натрия в энтероциты, а транспорт ионов из энтероцитов натрия – обычный активный транспорт (первичный). Ионы натрия поступают в полость кишечника (сначала) перорально, с пищей, в виде поваренной соли. Возможно, что несоленая пища потому малосъедобна (несоленое мясо, картошка, макароны и т.д.), что без натрия продукты расщепления пищи (АК и глюкоза) не могут всасываться. О последствиях снижения всасывания АК – в таблице. Всасывание АК снижается в присутствии углеводов и жиров.)

Р а с щ е п л е н и е   б е л к о в
называется «лизисом протеинов» – протеолизом. При протеолизе происходит (гидролитическое) расщепление пептидных связей между остатками АК (аминоацилами). Белки пищи должны подвергаться полному протеолизу, то есть должны расщепиться все пептидные связи белков. Результатом полного протеолиза является набор АК, из (остатков) которых состоял белок. Расщепление белков пищи происходит в желудке и тонком кишечнике под действием ферментов, которые относятся к классу пептидаз (т.к. они расщепляют пептидные связи белков). Пищеварительные пептидазы (основные): пепсин, трипсин, химотрипсин, эластаза, дипептидаза, карбокси/пептидаза, амино/пептидаза, три/пептидаза.
(Локализация пептидаз). Пепсин находится и работает в желудке, остальные пептидазы работают в тонком кишечнике, при этом амино/пептидаза и дипептидаза локализованы на поверхности энтероцитов (пристеночное пищеварение). При патологии тонкого кишечника активность амино/пептидазы и дипептидазы может быть недостаточной…
Молекулы белков пищи могут быть в состоянии глобулы,  то есть «комочка» (особенно белки сырой пищи, т.к. при тепловой обработке белки денатурируются) – в этом случае многие пептидные связи белков находятся внутри глобулы и поэтому недоступны для действия пептидаз. Для ускорения пищеварения молекулы  белков пищи нужно переводить из состояния глобул в состояние полипептидной цепи, то есть подвергать денатурации. Денатурация белков происходит в кислой среде желудка (под действием соляной кислоты). Если [HCl] недостаточная (то есть при низкой кислотности желудка, при высоком рН), то это замедляет переваривание белков (еще и поэтому, что кислая среда нужна для образования пепсина; о последствиях уже говорилось: неполное расщепление, пептиды и т.д.). Причиной низкой кислотности может быть снижение функции клеток, вырабатывающих [HCl] (обкладочных клеток желудка). Должно быть понятно, что молекулы белка кусочка мяса, который проглочен целиком и не был тщательно пережеван, тоже недоступны для расщепления пептидазами, поэтому тщательное пережевывание – это первое условие нормального пищеварения, а глотание непережеванной пищи может быть причиной замедленного пищеварения, «тяжести после еды», неполного расщепления с последующими высыпаниями на коже, интоксикацией и тд.

Субстратная  с п е ц и ф и ч н о с т ь  пищеварительных пептидаз и их продукты.

Пепсин и химотрипсин расщепляют связи, образованные с участием ароматических АК (Фен, Три, Тир); продуктами пепсина и химотрипсина являются пептиды. Пепсин способен расщеплять связи с дикарбоновыми АК (Асп, Глу).
Трипсин расщепляет связи, образованные с участием положительно заряженных АК (Лиз, Арг);  продуктами трипсина являются пептиды (на концах которых находятся Лиз или Арг). Пепсин, трипсин и химотрипсин расщепляют связи, которые могут находиться далеко от концов белка или пептидов («внутри»), поэтому их называют эндо/пептидазами («эндо» – внутренний).
Карбокси/пептидазы (А и В) расщепляют связь с последней АК на С-конце (то есть на конце, где находится карбоксильная группа, не образовавшая пептидную связь – поэтому в названии пептидазы есть приставка «карбокси»); продуктами карбокси/пептидаз являются АК и укороченный на 1 АК пептид. Амино/пептидазы расщепляют связь с последней АК на N-конце (то есть на конце, где находится аминогруппа, не образовавшая пептидную связь – поэтому «амино» в названии пептидазы), поэтому продуктами амино/пептидазы являются АК и укороченный на 1 АК пептид. Карбокси/пептидазы и амино/пептидазы расщепляют связи, которые находятся «на концах» пептидов («снаружи»), поэтому их называют экзо/пептидазами («экзо» – внешний). Дипептидаза расщепляет связь в дипептидах (понятно по названию), в результате чего образуются 2 АК. Можно относить к экзо/пептидазам. В результате работы всего набора пептидаз расщепляются все пептидные связи белков и образуется набор АК (то есть происходит полный протеолиз). Далее АК должны всасываться.
Широкая или узкая специфичность у пептидаз? Отдельная пептидаза расщепляет связи с несколькими, но определенными АК, поэтому ее специфичность относительная. Но весь набор пептидаз может расщеплять тысячи разных белков (потому что все белки состоят из 20 типов АК) – поэтому говоря, что у набора пептидаз специфичность очень широкая. И это – достоинство пептидаз, т.к. благодаря этому почти любые белки можно употреблять в пищу.

А к т и в а ц и я   п е п т и д а з .
Эндопептидазы (пепсин, трипсин и химотрипсин) и карбокси/пептидаза вырабатываются (синтезируются в клетках) в неактивной форме.
Смысл выработки пептидаз в неактивной форме в том, что иначе они расщепили бы белки клеток, в которых вырабатываются неактивные формы, что привело бы к некрозу клеток (см. о панкреатите) – это было бы больно и привело бы к смерти. Превращение неактивной формы в активную называется активацией и происходит после поступления неактивной формы туда, где пептидаза должна работать (то есть в полости ЖКТ).
Названия неактивных форм образуют, добавляя приставку пре- или суффикс -ген: препепсин, претрипсин, прехимотрипсин, прекарбоки/пептидаза.
Где вырабатываются и где активируются пре/пептидазы? Препепсин вырабатывается главными клетками желудка и активируется (превращается в пепсин) в полости желудка. (Понятно, что при заболеваниях желудка его клетки могут работать меньше и выработка препепсина может быть снижена – это замедляет переваривание белков пищи).
Претрипсин, прехимотрипсин и прекарбокси/пептидаза вырабатываются в поджелудочной железе, поступают из нее по протоку в двенадцатиперстную кишку и только после этого активируются – чтобы расщеплять белки пищи. (Понятно, что при заболеваниях ПЖЖ ее клетки могут работать меньше и выработка пре/пептидаз может быть снижена – это замедляет переваривание белков пищи, о последствиях чего см. таблицу в № 60; основной причиной повреждения ПЖЖ является употребление алкоголя, а также острая и жирная пища, особенно запитая газированными напитками: тем же шампанским).
Способ активации пептидаз. Активация пептидаз происходит за счет «вырезания» (отщепления) определенных участков (пептидов) из полипептидных цепей препептидаз – этот способ активации ферментов называется ограниченным протеолизом (ОП). Почему до ОП пептидазы не активны, а после ОП – активны? Потому что после отщепления пептидаза при ОП полипептидная цепь пептидазы может свернуться так (принять такую трехмерную конформацию), чтобы образовался активный центр. А до отщепления пептида ППЦ не может свернуться так, чтобы образовался АЦ.
Катализаторами ограниченного протеолиза чаще всего являются пептидазы (потому что при ограниченном протеолизе происходит расщепление пептидных связей; не путайте пептидазу, которая подвергается протеолизу, и пептидазу, которая осуществляет протеолиз – это разные молекулы, даже если одного и того же фермента).  Для препепсина одним из активаторов является Н+.

А к т и в а ц и я   п р е п е п с и н а .
Превращение первых молекул препепсина в пепсин происходит под действием протонов (Н+ образуются в полости желудка при диссоциации соляной кислоты; участие в активации препепсина и тем самым способствование перевариванию белков – одна из функций HCl ; при снижении кислотности желудка переваривание белков пищи может замедлиться). Активированные молекулы пепсина способны не только расщеплять пептидные связи пищевых белков, но и некоторые пептидные связи препепсина, то есть осуществлять ОП еще не активированных молекул препепсина. (Пепсин – второй активатор препепсина; первый – протоны). Активация препепсина под действием пепсина называется аутокатализом (аутоактивацией). В чем смысл аутокатализа? – Благодаря аутокатализу ускоряется активация препепсина и переваривание белков.
А к т и в а ц и я   п р е т р и п с и н а  (в тонком кишечнике).
Превращение первых молекул претрипсина в трипсин происходит под действием специальной пептидазы, которая находится на поверхности энтероцитов и называется энтеро/пептидазой. («Энтер» – кишечник). Активированные молекулы трипсина способны осуществлять ОП еще не активированных молекул претрипсина. (Трипсин – второй активатор препепсина; первый – энтеропептидаза). Активация претрипсина под действием трипсина называется аутокатализом (аутоактивацией). Активатором прехимотрипсина и прекарбокси/пептидазы (тоже) является трипсин. Если активация претрипсина происходит не в тонком кишечнике, а в ПЖЖ, то трипсин расщепляет ее белки, что приводит к панкреатиту – см. № 62.

А к т и в а ц и я  пищеварительных  п е п т и д а з .
…
(таблица)

К л а с с и ф и к а ц и я   пептидаз.
1) эндо- и экзо-, 2) (по органу, клетками которого синтезируются, в том числе в неактивной форме) желудочные, панкреатические и кишечные, 3) работающие в желудке и в кишечнике, 4) вырабатываемые в неактивной форме и в активной. К пептидазам желудочного сока относится пепсин, к пептидазам панкреатического сока – трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза (но составе этого сока они должны быть в неактивной форме, а активироваться должны только в кишечнике, став часть кишечного сока), к пептидазам кишечного сока относятся аминопептидаза и дипептидаза (но находятся они при этом на поверхности энтероцитов, которыми и вырабатываются). Панкреатические пептидазы не относятся к пептидазам кишечного сока, хоть и активируются и работают в кишечнике.

З н а ч е н и е   п е п т и д а з .
Если их мало или они малоактивны, то происходит неполное расщепление белков, о последствиях чего говорилось выше (аллергии, дисбактериоз и т.д.). Причины дефицита пептидаз (или их сниженной активности): 1) снижение синтеза из-за: а) патологии клеток, которые их вырабатывают (желудка, поджелудочной железы, тонкого кишечника), б) мутаций кодирующих генов, в) недостатка стимуляции выработки (или секреции), г) дефицита пищевых белков, 2) недоступность пептидных связей белков для действия пептидаз (при плохом пережевывании пищи, при дефицит соляной кислоты), 3) дефицит активаторов (соляной кислоты, энтеро/пептидазы).

Таблица «Пищеварительные   п е п т и д а з ы».
(Таблица)



Таблица «Э т а п ы  п е р е в а р и в а н и я  б е л к о в  в ЖКТ»
…

С о л я н а я   к и с л о т а  (HCl)  в желудке.

Соляная кислота – это водный раствор гидрохлорида (HCl). В растворе соляная кислота находится в диссоциированном состоянии, то есть в виде «смеси» Н+ (протонов) и Сl – (ионов хлора, хлорида): протон отделяется от хлорида. Протоны создают в желудке кислую среду: рН около 1,5-2. При меньшей [H+] говоря о пониженной кислотности (рН более 2), при большей – о повышенной кислотности (рН менее 1,5).
Локализация HCl:
HCl должна быть в желудке (особенно когда в желудок поступает белковая пища) и НЕ должна быть в ДПК (иначе это может привести к развитию язвы ДПК) и в пищеводе. HCl попадает в ДПК при поступлении химуса из желудка, но должна быстро нейтрализоваться бикарбонатным соком, который поступает в ДПК из ПЖЖ под действием гормона секретина (вырабатывается клетками кишечника при поступлении кислоты). Нежелательно, чтобы HCl попадала из желудка в пищевод – это может привести к язве пищевода; в пищевод HCl попадает при нарушении работы сфинктера (например, из-за переедания, из-за лежания после еды, из-за наклонов после еды) и проявляется это знакомым многим людям ощущением «изжоги».
Ф у н к ц и и  HCl .
Уже говорилось, что HCl способствует перевариванию белков за счет денатурации белков пищи (1) и за счет участия в активации препепсина (2). Кроме этого, HCl создает для пепсина оптимум рН (около 2). Поэтому при дефиците HCl переваривание белков в желудке замедляется. Если в желудке не произошло расщепление тех пептидных связей, которые должен расщеплять пепсин, то их расщепление произойдет в кишечнике под действием химотрипсина. Но при дефиците HCl белки пищи могут оказаться недостаточно денатурированными, и тогда пептидазы кишечника могут не справиться с расщеплением всех пептидных связей белков. Причиной дефицита HCl может быть снижение функции обкладочных клеток при патологии желудка (в т.ч. при атрофии СОЖ).

HCl денатурирует наряду с белками пищи белки микробов, попавших с пищей – это приводит к гибели микробов, то есть HCl оказывает бактерицидное действие. Благодаря этому уменьшается риск заражения ЖКТ микроорганизмами пищи (что особенно актуально, если пища приготовлена в антисанитарных условиях и съедается немытыми руками; риск уменьшается, но остается, так что мыть руки все-таки желательно). При пониженной кислотности риск заражения увеличивается.

Патологическая роль HCl.
Избыток HCl способствует развитию язвы желудка (пептической), поэтому повышенная кислотность – признак наличия язвы или риска ее развития. Но нормальная кислотность не гарантирует отсутствия язвы – при нормальной кислотности язвы тоже бывают (см. о медиагастральной язве). Развитие язвы – результат денатурации белков клеток желудка и гибели клеток, когда клетки не защищены слизью. Язва доставляет (не всегда) очень болезненные ощущения и представляет угрозу для жизни (особенно при прободении) ; лечить обязательно. При лечении язвы принимают меры для снижения [HCl] (какие именно – далее).
Ф У Н К Ц И И  (роли) соляной кислоты (прежде всего протона: Н+)
…
(Таблица)

С е к р е ц и я   HCl.

Соляная кислота вырабатывается обкладочными клетками желудка, поэтому при повреждении обкладочных клеток (при атрофии СОЖ и др.) [HCl] снижается – см. последствия в таблице выше. Н+ и Cl – транспортируются в полость желудка через мембраны обкладочных клеток разными белками-транспортерами.

Транспорт Н+ из обкладочных клеток. Осуществляется одновременно с ионами калия, но в разных направлениях (Н+ – в полость желудка из клеток, а К+ – внутрь клеток) – этот способ транспорта протонов из клеток называется антипортом с ионами калия. Благодаря антипорту протонов с К+ «вынос» протонов не приводит к изменению заряда мембраны. Белок, осуществляющий антипорт Н+ и К+, называется Н+/К+-АТФ-азой (протон-калиевой АТФ-азой). АТФ-азой он называется, потому что расщепляет АТФ: расщепление АТФ обеспечивает энергией транспорт Н+ и К+ (оба иона транспортируются против своих градиентов). Снижение активности протон-калиевой АТФ-азы приводит к снижению [HCl] в полости желудка (то есть к пониженной кислотности) и ; к замедлению переваривания белков и снижению бактерицидной функции HCl. Ингибирование протон-калиевой АТФ-азы применяется как один из путей снижения [HCl] при лечении пептической язвы.
Откуда в обкладочных клетках столько протонов и хлоридов для секреции в полость желудка? 1) Из крови в обкладочные клетки поступает СО2 (углекислый газ, ангидрид угольной кислоты, карбангибрид), 2) в клетках СО2  вступает в реакцию с водой (гидратация ангидрида угольной кислоты): СО2 + Н2О ; Н2СО3; реакция катализируется карб/ангидр/аза (= бикарбонат-дегидратазой; работает с цинком), 3) Н2СО3 диссоциирует: Н2СО3 ; Н+ + НСО3 –. Таким образом, источник протонов – диссоциация угольной кислоты. Образовавшийся при этом бикарбонат выводится из клетки в кровь в обмен на хлорид («в антипорте с хлоридом»), поступающий из крови в обкладочную  клетку (в крови много ионов натрия и хлорида, то есть поваренной соли). Бикарбонат крови 1) буфер, 2) в легких поступает в эритроциты, превращается в СО2, который выдыхается, 3) выделяется с мочой (снижая ее кислотность). Транспорт Сl – (хлорид-ионов) из обкладочных клеток осуществляется хлоридным каналом.

Р е г у л я ц и я  выработки HCl и ; [HCl]. Гормоны, увеличивающие секрецию HCl, увеличивают [HCl] и тем самым способствуют развитию язвы. Гормоны, которые снижают секрецию HCl, снижают [HCl] в желудке и тем самым препятствую развитию язвы. Секрецию снижают простагландины ПГ Е2 и ПГ I2; эти же гормоны увеличивают выработку слизи (бокаловидными клетками), что защищает стенку желудка от HCl и от пепсина. Аспирин снижает синтез и [ПГ Е2 и ПГ I2], поэтому частый прием аспирина может способствовать развитию язвы. Увеличивают секрецию [HCl] гастрин, кортизол, ацетилхолин и гистамин. [кортизола] увеличивается при стрессе, и стрессы считаются важным фактором развития язвы, а умение не нервничать защищает от язвы. Ацетилхолин увеличивает секрецию через М1-рецепторы, гистамин – через Н2-рецепторы. Эти знания применяются при лечении язвы: наличие и применение блокаторов названных рецепторов позволяет снизить стимуляцию секреции HCl ацетилхолином и гистамином и добиться снижения [HCl] в желудке. Наряду со снижением [HCl] нужно стимулировать выработку слизи (ПГ) и регенерацию СОЖ.               

С е к р е ц и я  соляной кислоты:
…
(Таблица)

Р е г у л я ц и я секреции пептидаз.
Секреция препепсина, как и HCl, стимулируется гистамином и гастринами, которые секретируются в ответ на поступление в желудок белков.
Секреция препепсина снижается секретином и соматостатином.
Секреция панкреатического сока, в котором содержатся пептидазы и другие пищеварительные ферменты, происходит при стимуляции гормоном холецистокинином (он же стимулирует секрецию желчи), который секретируется при поступлении пептидов в ДПК