arrow



Переваривание белка

Большинство белков представляют собой компактные глобулы, значительная часть пептидных связей в которых недоступна для протеолитического гидролиза. Для решения этой проблемы необходима предварительная денатурация белка, которая осуществляется в желудке под действием секретируемой соляной кислоты с рН 2,0 (значение рН в желудке составляет 1-2,5 и является оптимальным для работы пищеварительных ферментов). В такой среде разрываются слабые водородные связи, стабилизирующие белковую глобулу, третичная структура белка разрушается, молекула белка разворачивается и становится возможным ферментативный гидролиз пептидных связей. В то же время кислота выполняет защитную функцию, убивая многие бактерии. Соляная кислота активирует некоторые протеолитические ферменты.



Внутриклеточный протеолиз

Внутри клетки также происходит расщепление белков. Этот процесс локализован в лизосомах, внутри которых поддерживается слабокислая среда (рН 5,0), необходимая для проявления активности лизосомальных ферментов, в том числе и протеиназ. Лизосомальные протеазы называются катепсинами. Лизосомальная мембрана устойчива к действию внутриклеточных протеиназ, поскольку белки мембраны лизосом сильно гликозилированы.

Лизосомальные гидролазы синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме, где подвергаютя также N-гликозилированию. Здесь же происходит их сворачивание с образованием сигнального участка (домена распознавания, формирующегося в результате сближения необходимых аминокислот при укладке полипептидной цепи). При переносе в аппарат Гольджи фермент аппарата Гольджи узнает сигнальный участок и модифицирует N-связанный олигосахарид, создавая специфический "лизосомный адрес".


 
Транспорт аминокислот в клетки

Образовавшиеся при переваривании белков аминокислоты всасываются в кишечнике и транспортируются через воротную систему печени или через кровь в грудной лимфатический проток по лимфатическим сосудам. Для всасывания аминокислот в кишечнике, т. е. для переноса через кишечную стенку от поверхности слизистой до кровеносного сосуда, необходимо затратить энергию. Перенос осуществляется рядом переносчиков при участии Na+-зависимых механизмов симпорта.

 
Механизм действия цистеиновых протеаз (папаина)

В активном центре цистеиновых протеиназ важное значение имеет триада аминокислотных остатков, главную роль в которой играет тиолатный анион. Эта триада аналогична триаде аминокислотных остатков в активных центрах сериновых протеаз (Ser, His, Asp). В состав цистеиновой триады входят Cys25, His159, Asn175. Первые два аминокислотных остатка образуют ионную пару, стабилизированную водородной связью с Asn175. Тиолатный анион атакует карбонильный углеродный атом разрываемой пептидной связи с образованием тетраэдрического интермедиата, при этом образовавшийся оксианион стабилизируется водородными связями с пептидной иминогруппой NH Cys25 и NH2-группой боковой цепи Gln19. Далее интермедиат переходит в ацилфермент с одновремен-ным освобождением С-концевой части субстрата.

 
Механизм действия аспартатных протеиназ (пепсина)

В активном центре аспартатных протеиназ, представителями которых выступают пепсин, химозин (реннин), гастриксин, обнаружено два остатка аспартата (в случае пепсина это Asp32 и Asp215) (рис. 5.9).

Подробнее...

Рис. 5.9. Механизм гидролиза пептидных связей, катализируемый аспартатными протеиназами (пепсином): 1 нуклеофильная атака молекулой воды, координированной в активном центре фермента остатками Asp32 и Asp215; 2 образование тетраэдрического интермедиата, стабилизированного водородной связью с Asp215; 3 и 4 расщепление пептидной связи согласованно с переносом протона на иминную группу от Asp215.

 
Механизм действия карбоксипептидаз

Карбоксипептидазы являются цинксодержащими ферментами и входят в состав группы металлопротеиназ.

На рис. 5.7 представлена схема активного центра карбоксипептидазы А. Как видно из рисунка, ион цинка расположен в углублении вблизи к поверхности фермента и образует в виде тетраэдра три координационные связи с двумя остатками гистидина (His69, His196) и остатком глутамата (Glu72), четвертая связь направлена на молекулу воды. Рядом с ионом цинка есть большой "карман", в котором фиксируется боковая цепь концевого аминокислотного остатка пептидного субстрата.

Подробнее...Подробнее...

Рис. 5.7. Пространственная структура карбоксипептидазы А. Показаны аминокислотные остатки, образующие постулированный каталитический активный комплекс (слева). С ионом цинка взаимодействуют Glu72, His69, His196.

 
Механизм действия сериновых протеаз

Наиболее изученная и широко представленная в окружающей среде группа сериновых протеиназ, к которой относятся известные пищеварительные ферменты (трипсин, химотрипсин и эластаза) и многие белки каскада свертывания крови (тромбин, факторы свертывания VIIa, IXa, Xa, XIa, XIIa). Для связывания и каталитического гидролиза пептидных связей в белковых субстратах представители этой группы используют триаду аминокислотных остатков в своих активных центрах: Ser195, His57, Asp102 (нумерация приведена для трипсина, но ее используют независимо от точного расположения в первичной структуре определенных сериновых протеаз). Активный центр располагается в расщелине между двумя доменами.

На рис. 5.5 представлен механизм гидролиза пептидных связей, катализируемый химотрипсином.

Подробнее...

Рис. 5.5. Механизм гидролиза пептидных связей, катализируемый химотрипсином.

 
Механизмы гидролиза пептидных связей протеазами

В зависимости от структуры активного центра и механизма гидролиза пептидных связей (относительно аминокислотных остатков, определяющих вид катализа) различают несколько групп протеиназ. Наиболее широко представлены четыре группы: сериновые, аспартатные, цистеиновые и металлопротеиназы. Ниже мы рассмотрим механизм действия каждой из перечисленных групп протеаз.

 
Защита клеток от действия протеаз

Эпителиальные клетки защищены от действия пищеварительных ферментов тем, что, во-первых, как упоминалось выше, эти ферменты синтезируются в виде проферментов и активируются, попадая в просвет кишечника, т. е. место синтеза и место действия пищеварительных ферментов разнесены, во-вторых, в клетках поджелудочной железы обнаружен белок, ингибирующий трипсин, связывая активную протеазу в прочный комплекс (в случае преждевременной активации), в-третьих, слизистая оболочка желудка и кишечника покрыта слоем вязкого слизистого геля, главной составной частью которого являются муцины и который выступает селективным защитным барьером клетки от микроорганизмов, токсинов и протеолитической атаки.

 
Возрастные особенности переваривания белков в желудке

У грудных детей, основным компонентом пищи которых является молоко, в желудке присутствует фермент реннин (химозин), вызывающий свертывание молока. Основным белком молока выступает k-казеин, представляющий собой смесь белков разного аминокислотного состава, характеризующихся разной электрофоретической подвижностью. Под действием реннина в k-казеине расщепляется одна пептидная связь Phe105 Ile106 и образуются N-концевой гликопептид и параказеин.

 
Активация панкреатических ферментов

Ряд протеаз поджелудочной железы синтезируется также в неактивной форме зимогенов: трипсиноген, химотрипсиноген, проэластаза, прокарбок-сипептидаза. В результате частичного протеолиза они превращаются в кишечнике в активные формы ферментов (таблица 1).
Так, трипсиноген активируется под действием энтеропептидазы эпителия кишечника путем отщепления с N-конца молекулы трипсиногена гексапептида следующего состава: Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys. Отщепление гексапептида приводит к изменению конформации белка и формированию активного центра (рис. 5.4). Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами аргинина и лизина.

Подробнее...

Рис. 5.4. Механизм активации трипсиногена.

 
<< Первая < Предыдущая 1 2 Следующая > Последняя >>

Страница 1 из 2