Основним структурним елементом клітин і тканин організму є білки. Мабуть, немає жодної функції, яка могла б здійснюватися в організмі без участі білків. Багато хімічних реакцій прискорюються біологічними каталізаторами - ферментами, що представляють собою білкові сполуки. Деякі гормони, як наприклад, регулює вуглеводний обмін інсулін, теж мають білкову природу. Железосодержащий білок гемоглобін бере участь в газообміні. Білкову природу мають особливі речовини - антитіла, що виробляються в організмі після попадання в нього чужорідних речовин (антигенів). М'язи складаються з білків, основним компонентом опорних тканин (кістки, сухожилля, зв'язки) також є білок - колаген
Процеси розпаду і синтезу білків в ході тканинного метаболізму. Всі білкові сполуки можна розділити на власне білки - протеїни і протеїди. Протеїни складаються з амінокислот, в структурі протеидов містяться, крім того, складні речовини небілкової природи (нуклеїнові кислоти і ін.). Амінокислотний склад білків харчових продуктів визначає їх біологічну цінність для тваринного організму, що пов'язано з особливостями обміну білків організму. Істотна відмінність білкового обміну від вуглеводного або жирового обміну полягає в тому, що в тваринному організмі білки, а точніше багато складових їх амінокислоти не можуть синтезуватися з органічних речовин і з аміаку.
Синтез амінокислот можливий лише при наявності в організмі відповідної а-кетокислот, що утворюється як проміжний продукт метаболізму вуглеводів і жирів. Амінокислоти, які можуть бути синтезовані в тваринному організмі, називаються замінними (аланін, глутамінова кислота, тирозин і ін.). Замінні амінокислоти синтезуються в значній кількості незалежно від надходження їх з білками їжі. Інші - незамінні амінокислоти (лейцин, триптофан, фенілаланін і ін.) Не можуть синтезуватися в організмі і повинні надходити з їжею. Залежно від змісту в білках їжі незамінних амінокислот ці білки ділять на біологічно повноцінні (з повним набором незамінних амінокислот) і неповноцінні (при відсутності однієї або декількох незамінних амінокислот).
Відмітна особливість білкового обміну полягає в тому, що в організмі немає депо білкових з'єднань. Весь білок організму входить в структуру клітинних елементів тканин і рідин організму. Тому при відсутності регулярного припливу білкових речовин спостерігається часткове руйнування різних клітинних структур, т. Е. З'являються ознаки «білкового голодування».
Травоїдні тварини отримують з їжею рослинні білки, синтезовані зеленими рослинами, хижі тварини - білки тваринного походження.
Харчові продукти, які споживаються людським організмом, містять різну кількість білка: багаті білками - м'ясо, риба, боби, яйця і ін. Бідні білками - овочі, фрукти. Проміжне місце в цьому відношенні займають хліб та інші продукти.
Щодня людський організм повинен отримувати близько 100 г білкових з'єднань, які у вигляді амінокислот надходять в кровоносне русло і потім розносяться по всіх органах і тканинах. Амінокислоти в організмі виконують в основному пластичну функцію: служать матеріалом для синтезу специфічних білків, гормонів (наприклад, інсуліну, глюкагону, гормонів гіпофіза і ін.), Азотистих небілкових складових частин клітин і тканин. За рахунок амінокислот харчового білка відновлюються білкові сполуки, зруйновані в процесі життєдіяльності організму. У молодому організмі, що росте харчової білок йде не тільки для синтезу розпалися білків, але і для збільшення біомаси: білкових компонентів тканин і клітин. У дорослих тварин білки тіла заміщуються, оновлюються з різною швидкістю: період оновлення загального білка становить у людини 80 днів, у щура - 17 днів. Білкові сполуки у тварин піддаються складним циклом хімічних перетворень, в результаті яких утворюються кінцеві продукти азотистого обміну - сечовина, сечова кислота та інші сполуки, що виділяються з організму і надходять в грунт. У грунті ці речовини під впливом мікроорганізмів перетворюються в аміак, нітрати і нітрити, службовці продуктами азотистого живлення рослин.
Цикл складних хімічних перетворень білкових речовин в організмі тварини починається з гидролитического їх розщеплення в шлунково-кишковому тракті під дією протеолітичних ферментів. Утворені спочатку досить складні високомолекулярні білкові сполуки (альбумоз, пептони) в наступних відділах кишечника під дією інших протеолітичних ферментів розпадаються на три- і дипептиди і, нарешті, на окремі амінокислоти. Щодня в кров дорослої людини всмоктується з кишечника більше 100 г різних амінокислот, утворених в результаті гідролітичного розщеплення білків їжі.
При синтезі білків в клітинах і тканинах організму можуть бути використані не тільки окремі амінокислоти, але »і більш складні білкові сполуки типу. поліпептидів. У біосинтезі тканинного білка важлива роль належить нуклеїнових кислот, що входять в структуру ядра і протоплазми клітин. Розщеплення білка в клітинах відбувається в два етапи: спочатку білкова молекула гідролізується до амінокислот, потім розщеплюється молекула амінокислоти. Амінокислоти, не використані для синтезу білкових речовин та інших азотистих сполук, що утворюють структуру живої клітини, піддаються глибокому розпаду з утворенням кінцевих продуктів. Руйнування амінокислоти відбувається шляхом дезамінування, т. Е. Отщеплением аміногрупи. Безазотисті залишок молекули через ряд проміжних стадій перетворюється в глюкозу, що зазнає потім ряд хімічних перетворень за типом вуглеводного обміну. Азот білка, який не має енергетичного значення, у вигляді аміаку перетворюється потім у ссавців в сечовину і виділяється з сечею (у птахів у вигляді сечової кислоти).
Зазвичай білкові сполуки окислюються в тканинах тваринного організму не до кінця, в результаті чого з організму виділяється певна частина білкових з'єднань у вигляді продуктів неповного окислення. При розпаді білкової молекули в організмі звільняється деяка кількість шкідливих отруйних продуктів, нейтралізація яких відбувається в печінці.
Всмоктування амінокислот. Основним механізмом надходження амінокислот в ентероціт є Nа + -залежний активний транспорт. Разом з тим можлива і дифузія амінокислот по електрохімічного градієнту. Наявністю двох механізмів транспорту пояснюють той факт, що D-амінокислоти всмоктуються швидше (за рахунок активного транспорту), ніж L-ізомери, що надходять в клітину пасивно, шляхом дифузії. У дорослих тварин дифузія, очевидно, відбувається лише при порушенні механізму активного транспорту. У нормальних же умовах надходження амінокислот в ентероціт забезпечується механізмами полегшеної дифузії і активного транспорту, що реалізуються за участю переносників. Припускають наявність різних транспортних систем для нейтральних, основних, N-заміщених та дикарбонових амінокислот.
Практично єдиним видом продуктів гідролізу білка, що всмоктуються в кровоносне русло у вищих тварин і людини, є амінокислоти. Виняток становлять оксіпроліновие пептиди, які, мабуть, всмоктуються шляхом дифузії. У вельми невеликій кількості через кишковий епітелій здатні проникати деякі дрібні пептиди, наприклад гліцілгліцін. Крім того, у новонароджених ссавців, коли ще не функціонують механізми розщеплення білка, можливо всмоктування інтактного білка за допомогою піноцитозу. Таким шляхом в організм новонародженого з молоком матері надходять антитіла, що забезпечують несприйнятливість до інфекцій.
Існує точка зору, відповідно до якої олігопептиди, що утворюються в процесі порожнинного гідролізу, надходять в ентероціт, де і розщеплюються до амінокислот під дією внутрішньоклітинних ферментів. У той же час показано, що проміжні та заключні етапи розщеплення білкових молекул здійснюються не внутрішньоклітинно, а в зоні щіткової облямівки ентероцитів за допомогою знаходяться тут пептідаз.
В ентероцитах поряд з транспортною системою апікальної мембрани є також транспортна система, розташована в базальної і латеральних мембранах, яка здійснює вихід транспортуються амінокислот з клітки. Ця система функціонує за участю транспортерів за механізмом полегшеної дифузії. Припускають можливість і Nа + залежного активного транспорту.
Процес травлення і всмоктування білків можна представити в наступному вигляді. У просвіті кишки відбувається розщеплення поліпептидів до олігопептидів, ді-і тріпепті-дів і амінокислот. У мембрані мікроворсинок щіткової облямівки - подальше розщеплення специфічними пеп-тідазамі, поглинання амінокислот і олігопептидів. У цитоплазмі - розщеплення ди-і олігопептидів цитоплазма-тическими пептидазами до амінокислот. У базальній мембрані - вихід амінокислот з клітки в кров.
Азотистий баланс. Про стан білкового обміну в організмі прийнято судити по азотистого балансу. Це пов'язано з тим, що весь N білкових речовин, що надходять в організм тварини з їжею, виділяється у вигляді азотистих речовин переважно з сечею. Частка азотистих речовин, що виділяються з організму з калом, незначна, і тому при відповідних розрахунках до уваги не береться.
Азотистих рівновагою називається такий стан організму, при якому надходження N (засвоєння його) в організм з білками харчових продуктів дорівнює кількості азотистих сполук, що виділяються з сечею у вигляді сечовини або сечової кислоти.
У процесі життєдіяльності організму можливе порушення азотистого рівноваги, відхилення його в ту або іншу сторону. Якщо кількість прийнятого з їжею N перевищує його кількість, виведене з організму, то такий стан називається позитивним баланс азоту, якщо кількість виведеного N перевищує його кількість, що надійшла в організм, - негативний баланс азоту.
Порушення азотистого балансу зазвичай свідчить про істотне порушення нормального процесу білкового обміну речовин (наприклад, негативний баланс азоту при частковому або повному голодуванні, при «білковому голод») і не може не відбитися на життєдіяльності організму. Однак в ряді випадків порушення азотистого балансу - нормальне фізіологічне явище. Так, в стадії росту людського або тваринного організму позитивний азотистий баланс - перевищення надходження білкових речовин над їх витратою є фізіологічною нормою.
Регуляція білкового обміну. Регуляція білкового обміну здійснюється нейрогуморальним шляхом, однак кінцевою ланкою керуючих впливів, як правило, є гуморальні впливу (дія гормонів, вітамінів). Активну участь в біосинтезі білків організму приймають вітамін. B12 - нікотинова кислота; гормон островковой тканини підшлункової залози - інсулін впливає на азотистий обмін, сприяючи синтезу білка в тканинах; на білковий обмін в організмі впливають також гормони гіпофіза (гормон росту), гормон щитовидної залози (тироксин), гормони кори надниркових залоз і статеві гормони. Білковий обмін в організмі істотно змінюється під дією центральної нервової системи, включаючи кору великих півкуль. Добре відомі випадки умовно-рефлекторного зміни інтенсивності обміну білків. Про значну роль сложнорефлекторной регуляції білкового обміну свідчить факт специфічної динамічної дії прийому їжі, коли зміни інтенсивності обміну речовин, включаючи і білковий обмін, починаються задовго до розпаду харчових речовин і потрапляння в кров кінцевих продуктів їх гідролізу. Так, наприклад, основний обмін організму підвищується в середньому на 16% при прийомі білкової їжі.
1. Загальна фізіологія, керівництво по фізіології, Изд. «Наука», 1979 г.
3. Фізіологія, Павлов І. П.
4. Введення в Фізіологію. Підручник для ВНЗ. Під загальною редакцією І.Т. Фролова.
5. Основи фізіології. А.Г. Спиркин.