Біохімізм порушення перетравлення білків і всмоктування амінокислот

    Відщеплення окремих амінокислот у шлунково-кишковому тракті відбувається нерівномірно. Так, тирозин і триптофан в нормі відщеплюються від білків вже в шлунку, а інші амінокислоти - лише під дією протеолітичних ферментів кишкового соку. Склад амінокислот у вмісті кишечнику на початку і наприкінці кишкового перетравлювання різний. Амінокислоти можуть надходити в систему ворітної вени в різному співвідношенні. Відносний дефіцит навіть однієї незамінної амінокислоти утруднює весь процес біосинтезу білків і створює відносний надлишок інших амінокислот з накопиченням в організмі проміжних продуктів обміну цих амінокислот. Подібні порушення обміну, пов'язані з запізненням відщеплення тирозину і триптофану, виникають при ахілії і субтотальній резекції шлунка.

      Причини:

1) Дефіцит пепсину може  виникати при частковій резекції шлунка за рахунок зменшення секреції пепсиногену головними клітинами слизової (їх кількість скорочена), крім того, при зниженій кислотності (низький вміст соляної кислоти) пепсиноген погано активується до пепсину. У результаті цього білки не повністю розщеплюються до пептидів і все навантаження щодо їх подальшого перетравлювання лягає на тонкий відділ кишечника.

2) Дефіцит трипсину, ентеропептидази, карбоксипептидази може бути як результат зміщення рН в більш кислу сторону, патології панкреатичної залози або порушення секреції шлунком гормону гастрину, який контролює секрецію ферментів підшлункової залози. У результаті негідролізовані білки і пептиди не можуть всмоктатися в стінки кишечника і надходять у товстий відділ, де піддаються масовому гниттю. При цьому відбувається аутоінтоксикація організму на фоні низького вмісту в крові амінокислот.

3) Порушення роботи гамма-глутамільного  циклу всмоктування амінокислот  через дефіцит будь-якого ферменту, що каталізує ці реакції. Молекулярні  порушення обміну амінокислот  зазвичай мають спадковий характер, при цьому амінокислоти та  їх метаболіти надають токсичний  ефект на організм. У першу чергу це виражається у вигляді розладів діяльності центральної нервової системи (ЦНС).

1.3. Порушення біосинтезу та розпаду білків в органах і тканинах

    Білковий обмін забезпечує безперервність відтворення і поновлення білків організму. Показано, що в середньому кожні 3 тижні половина білкових компонентів людського тіла повністю оновлюється шляхом розпаду і ресинтезу. При цьому загальна швидкість синтезу білків в організмі в стані азотистої рівноваги досягає 500 г на день, тобто майже в 5 разів перевершує середнє споживання з їжею. Природно, що такий результат, може бути забезпечений тільки за рахунок повторного використання амінокислотних попередників і продуктів розпаду білків. Білки органів і тканин потребують постійного оновлення. У кінцевому рахунку, тваринам необхідний не білок як такий, а певні амінокислоти, що звільняються при його гідролізі.

    В організмі практично немає депо білків. Джерелом амінокислот для їх синтезу служать компоненти їжі. Для нормального синтезу білків необхідно активне функціонування відповідних генетичних структур, на яких відбувається цей синтез. При пошкодженні генетичного апарату змінюється синтез білків або синтезуються білки зі зміненою структурою. Змінений синтез білків може бути наслідком порушення однієї з ланок білоксинтезуючої системи - апарату трансляції або посттрансляційної модифікації молекул. Зі збільшенням частоти помилок трансляції в процесі життя пов'язують старіння організму. Відносна нестача транспортної РНК обмежує функціональні можливості органів і тканин при підвищених навантаженнях. Порушення синтезу білків може бути пов'язане з дефектом регуляції; на клітинному рівні - це вплив метаболітів, на рівні організму - гормони і нервова система. При підвищеній продукції соматотропіну збільшується синтез білків, спостерігається посилений ріст організму. Неадекватність цього гормону викликає протилежний ефект. У денервованих  тканинах при перерізці нервів не тільки знижується синтез білків і розвивається атрофія, а й з'являються якісно нові білки - аутоантигени.

   Синтез білка може бути порушений під дією різних зовнішніх і внутрішніх хвороботворних чинників: а) при неповноцінності амінокислотного складу білків, що надходять з їжею, б) при патологічних мутаціях генів, пов'язаних як з появою патогенних структурних генів, так і з відсутністю нормальних регулюючих і структурних генів; в) при блокуванні гуморальними факторами ферментів, що відають процесами репресії та депресії синтезу білка в клітинах; г) при порушенні співвідношення анаболічних і катаболічних факторів, які регулюють синтез білка. Відсутність у клітинах навіть однієї незамінної амінокислоти припиняє синтез білка. Біосинтез білка може порушуватися не тільки при відсутності окремих незамінних амінокислот, але і при порушенні співвідношення між кількістю незамінних амінокислот, які надходять в організм. Потреба в окремих незамінних амінокислотах пов'язана з їх участю в синтезі гормонів, медіаторів, біологічно активних речовин. Недостатнє надходження в організм незамінних амінокислот викликає не тільки загальні порушення синтезу білка, а й вибірково порушує синтез окремих білків. Недолік незамінної амінокислоти може супроводжуватися характерними для неї порушеннями.

  Замінні амінокислоти істотно впливають на потребу в незамінних амінокислотах. Наприклад, потреба в метіоніні визначається змістом цистину в дієті. Чим більше в їжі цистину, тим менше витрачається метіоніну для біологічного синтезу цистину. Якщо в організмі швидкість синтезу замінної амінокислоти стає недостатньою, з'являється підвищена потреба в ній. Деякі замінні амінокислоти стають незамінними, якщо вони не надходять з їжею, тому що організм не справляється з швидким їх синтезом. Так, нестача цистину веде до гальмування росту клітин навіть за наявності всіх інших амінокислот в середовищі. Порушення синтезу білка виникають при патологічній мутації структурних генів. Якщо в опероні синтезу навіть один із структурних генів буде патологічним, то синтезована і-РНК несе помилкову інформацію про вид і місце включення однієї з амінокислот в молекулу білка. Таке порушення синтезу білка - гемоглобіну лежить в основі серповидноклітинної анемії. Порушення синтезу білка можуть виражатися в генетично обумовленому припиненні синтезу окремих видів білка: глобулінів (агаммаглобулінемія), ферментів. Припинення синтезу ферментів, що регулюють перетворення білків та амінокислот, веде до патологічних змін проміжного обміну білків і до порушень амінокислотного обміну.

1.4 Спадкові дефекти біосинтезу білків

    Генетично зумовлені порушення структури, а отже, і властивостей білків є по суті група моногенних спадкових хвороб. Вони виникають в результаті точкових мутацій як структурних, так і регуляторних генів і передаються в поколіннях відповідно до законів Менделя.  Фенотипові прояви цих захворювань обумовлені функціональними властивостями білків, їх органною та тканинною приналежністю, значущістю для метаболізму і т.д. Ензимопатія є найбільш вивченою і представницької групою цих захворювань, що характеризуються спадковою недостатністю каталітичної активності окремих ферментів. Цей дефект успадковується, як правило, за аутосомно-рецесивним типом. Фенотипічні прояви багато в чому обумовлені порушеннями біохімічних закономірностей перебігу реакцій. До них відносяться надлишок субстрату, нерозщеплюваних мутантним ферментом, вада продуктів реакції, що каталізується цим ферментом і, нарешті, поява сполук, що були продуктами функціонування суміжних або побічних метаболічних шляхів (наприклад, при алкаптонурії, альбінізмі).

1.5 Вторинні порушення біосинтезу та розпаду білків в організмі

    Інтенсивність фаз анаболізму і катаболізму білків в клітинах залежить від їх функціонального стану, зміни регуляторних впливів, характеру та розвитку патологічних процесів. Знання активності і співвідношення цих фаз становить певний практичний інтерес. У ряді випадків реальна можливість для оцінки метаболізму білків в органах і тканинах з'являється при дослідженні білків крові. Це пов'язано з тим, що білки плазми крові синтезуються в клітинах різних органів і систем: у печінці, імуноцитах, клітинах системи мононуклеарних фагоцитів і т.д. Патологічні та компенсаторні процеси в цих структурах відбиваються в кінцевому підсумку на показниках білкового складу плазми крові. Інший механізм зміни білкового спектру крові полягає в тому, що при порушенні цілісності мембран клітин у кров можуть надходити білки, невластиві нормальному складу крові. У даному випадку мова йде про ферменти, визначення змін активності яких в крові має велике діагностичне та прогностичні значення. Ряд патологічних процесів в органах супроводжується підвищенням активності деяких ферментів в крові - гіперферментомією. При розвитку некрозів в окремих органах (інфаркт міокарда, гострі гепатити та панкреатити, отруєння CCl4 та ін) внаслідок руйнування клітин тканинні трансамінази (аспартат-і аланінамінотгрнсферази) надходять в кров і підвищення їх активності в таких випадках є одним з діагностичних тестів.. Кількісні зміни в білковому складі крові можуть виявлятися у вигляді: гіперпротеїнемії і гіпопротеїнемії. Однак ці показники далеко не завжди відображають зміни в білковому складі. У разі різноспрямованих змін білкових фракцій, а також при порушеннях синтезу окремих білків, концентрація яких у плазмі невелика, сумарний вміст білків залишається незмінним. У зв'язку з цим отримав широке поширення термін диспротеїнемія. Його використовують не тільки для позначення змін сумарної кількості білків у крові, але і у випадках зміни співвідношення в отриманні окремих білкових фракцій. Надзвичайно тісні взаємини існують між процесами біосинтезу білків в печінці та білковим складом плазми крові. У гепатоцитах синтезуються всі альбуміни крові, до 90% альфа-глобулінів, у клітинах Купфера утворюється до 50% бета-глобулінів плазми крові.

  Тому патологічні процеси в печінці (запалення, дистрофія, пухлини, цироз і ін) супроводжуються порушенням біосинтезу білків плазми крові.

    Зменшення альбумінів проявляється не тільки в зниженні вмісту цієї фракції в крові (гіпоальбумінемії), а й позначається на загальній кількості білків - розвивається гіпопротеїнемія, головним наслідком якої є зниження онкотичного тиску крові та розвиток набряків.

  Порушення біосинтезу деяких білків плазми крові часто не позначаються на загальному їх утриманні, однак можуть стати причиною розвитку ряду патологічних станів. Прикладами можуть служити:

 • геморагічні синдроми  при порушеннях утворення протромбіну,  фібриногену та інших факторів  згортання крові;

 • порушення механізмів  антимікробної резистентності при  недостатньому синтезі компонентів  системи комплементу; 

• анемії, обумовлені недостатністю  трансферину та феритину - білків, необхідних для реутилізації заліза;

 • гепатоцеребральна дистрофія (хвороба Вільсона) при порушеннях церулоплазміну, що бере участь у транспорті міді.

      Патологічні зміни білкового обміну на етапах біосинтезу і розпаду білків можуть відбуватися через порушення процесів регуляції, які здійснюються нервово та ендокринною системами. Нервовий вплив може реалізуватися або прямим впливом на метаболізм білків, або опосередковано через залози внутрішньої секреції. Денервація органів і тканин призводить до порушення їх живлення, розвитку атрофії. При цьому відбувається активація протеолізу і гальмування біосинтезу білків. Прикладами таких станів можуть служити прогресуючі м'язові дистрофії, що розвиваються внаслідок уражень вегетативної нервової система на різних рівнях.  Механізми впливів гормонів на білковий обмін різні. Ці впливи можуть здійснюватися шляхом впливу на геном клітини, що визначає в кінцевому підсумку кількість знову утвореного білка. Під гормональним контролем знаходиться активність ферментів. Це зумовлює можливість регуляторних впливів як на швидкість течії окремих біохімічних реакцій, так і на різні фази обміну. Прикладами патологічних станів, обумовлених порушенням ендокринних впливів на фази білкового обміну, можуть бути акромегалія і гігантизм, гіпофізарна кахексія (хвороба Симмондса), гіпофізарний нанізм, виснаження з вираженим негативним азотистим балансом, що спостерігаються при тиреотоксикозі та ін .

   Посилення розпаду білків у тканинах може спостерігатися при розбіжностях типових патологічних процесів (запалення, алергія, ішемія і т.д.) і при ряді інфекційних захворювань, що супроводжуються лихоманкою, при інтоксикаціях, великих опіках і травмах м'яких тканин. Підвищений катаболізм білків у цих випадках може носити як локальний, так і генералізований характер. Серед інших факторів, що обмежують синтез білка, слід зазначити гіпоксію. Дефіцит кисню в тканинах викликає порушення всіх видів обміну, в тому числі і пластичного. Біосинтез білка (як досить енергоємний процес) знижується. Це особливо впливає на синтез тих білків, які мають короткий час напівжиття, наприклад, фактори згортання. Концентрація амінокислот в крові підвищується. Збільшується вміст аміаку, знижується кількість глутаміну, встановлюється негативний азотистий баланс.

1.6 Клініко-дагностичні методи визначення порушення білкового обміну

     При обстеженні  хворих з порушеннями білкового  обміну діагностичне значення  має визначення загального білка,  альбумінів і білкових фракцій.  У клінічній практиці в якості єдиного методу визначення загального білка прийнятий колориметричний біуретовий метод. Перевагою методу є можливість його використання як при роботі в неавтоматизованих лабораторіях з вітчизняними реактивами і реактивами фірми "Лахема", так і під час роботи на аналітичних системах типу ФП-900 фірми "Лабсістемс" (Фінляндія). У ряді клініко-діагностичних лабораторій для оцінки стану білкового обміну застосовують прості колоїдні реакції, що дозволяють побічно виявляти зміни в складі білків сироватки крові. Позитивний результат колоїдно-хімічних проб пов'язаний зі змінами співвідношення між білковими фракціями. Найчастіше з флокуляційних проб використовують тимолову пробу.

 Визначення білкових  фракцій сироватки крові методом  електрофорезу (принцип методу)

       При вивченні білкового спектру крові в якості уніфікованого методу використовується зональний електрофорез з підтримуючим середовищем-носієм. Під впливом постійного електричного поля білки сироватки, що мають негативний заряд, рухаються по змоченим буферним розчином папері у напрямку до позитивного електрода зі швидкістю, що залежить від величини заряду і молекулярної маси частинок. Внаслідок цього білки сироватки крові розділяються на п'ять фракцій: альбуміни, α1-, α2-, β-, γ-глобуліни. Альбуміни володіють вираженим негативним зарядом і невеликою молекулярною масою, тому вони просуваються в електричному полі з найбільшою швидкістю і далі за інших фракцій відстають від лінії старту. З меншою швидкістю рухаються α1-, α2-і β-глобуліни. Найменшою швидкістю просування відрізняються γ-глобуліни, вони практично залишаються на лінії старту. γ-глобуліни - великі білкові молекули, їх заряд близький до нейтрального. Пофарбовані плями білкових фракцій, отримані методом електрофорезу на папері або інших носіях, носять назву електрофореграма. Вимірювання та розрахунок змісту білкових фракцій проводять при денситометричному скануванні електрофореграми. Отримувані денситограмми представляють собою графіки залежності оптичної щільності і рухливості кожної фракції. Площа піку пропорційна кількості білків, що знаходяться у відповідній фракції.

     Кожна фракція має певний склад білків. Процентний вміст окремих білкових фракцій змінюється при багатьох захворюваннях, хоча загальний вміст білка в сироватці крові може залишатися в межах норми (диспротеїнемія). За допомогою електрофорезу можна провести перший етап оцінки наступних патофізіологічних процесів: імунодефіцит, активація гуморальної ланки імунітету, запальний процес, активація комплементу, зниження синтезу білка, стан втрати білка, внутрішньосудинний гемоліз, генетичні варіанти білків, моно-і поліклональні γ-патіі.