24.4: Protini kimetaboliki

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi mwili unavyopunguza protini
• Eleza jinsi mzunguko wa urea huzuia viwango vya sumu ya nitrojeni
• Tofauti kati ya asidi glucogenic na ketogenic amino
• Eleza jinsi protini inaweza kutumika kwa ajili ya nishati

Mengi ya mwili hufanywa kwa protini, na protini hizi huchukua fomu nyingi. Wao kuwakilisha seli ishara receptors, ishara molekuli, wanachama wa miundo, Enzymes, vipengele biashara ndani ya seli, extracellular matrix scaffolds, pampu ion, njia ion, oksijeni na CO ₂ wasafirishaji (hemoglobin). Hiyo sio orodha kamili! Kuna protini katika mifupa (collagen), misuli, na tendons; hemoglobin inayosafirisha oksijeni; na enzymes zinazochochea athari zote za biochemical. Protini pia hutumiwa kwa ukuaji na ukarabati. Katikati ya kazi hizi zote muhimu, protini pia zinashikilia uwezo wa kutumika kama chanzo cha mafuta ya metabolic. Protini hazihifadhiwa kwa ajili ya matumizi ya baadaye, hivyo protini za ziada zinapaswa kubadilishwa kuwa glucose au triglycerides, na kutumika kutoa nishati au kujenga hifadhi ya nishati. Ingawa mwili unaweza kuunganisha protini kutoka asidi amino, chakula ni chanzo muhimu cha asidi amino hizo, hasa kwa sababu binadamu hawawezi kuunganisha yote ya asidi amino 20 zinazotumiwa kujenga protini.

Digestion ya protini huanza ndani ya tumbo. Wakati vyakula vyenye protini vinaingia tumboni, vinasalimiwa na mchanganyiko wa pepsin ya enzyme na asidi hidrokloric (HCl; asilimia 0.5). Mwisho hutoa pH ya mazingira ya 1.5—3.5 ambayo inaashiria protini ndani ya chakula. Pepsin hupunguza protini katika polypeptides ndogo na asidi zao za amino. Wakati mchanganyiko wa juisi ya gastric (chyme) huingia kwenye tumbo mdogo, kongosho hutoa bicarbonate ya sodiamu ili kuondokana na HCl. Hii husaidia kulinda kitambaa cha tumbo. Utumbo mdogo pia hutoa homoni za utumbo, ikiwa ni pamoja na secretini na CCK, ambayo huchochea michakato ya utumbo ili kuvunja protini zaidi. Siri pia huchochea kongosho ili kutolewa bicarbonate ya sodiamu. Kongosho hutoa enzymes nyingi za utumbo, ikiwa ni pamoja na proteases trypsin, chymotrypsin, na elastase, ambayo husaidia digestion ya protini. Kwa pamoja, enzymes hizi zote huvunja protini tata ndani ya asidi amino ndogo ya mtu binafsi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)), ambazo husafirishwa katika mucosa ya tumbo kutumiwa kutengeneza protini mpya, au kugeuzwa kuwa mafuta au CoA ya asetili na kutumika katika mzunguko wa Krebs.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Enzymes ya utumbo na homoni. Enzymes ndani ya tumbo na tumbo mdogo huvunja protini ndani ya amino asidi. HCl katika misaada ya tumbo katika proteolysis, na homoni zilizofichwa na seli za matumbo huelekeza michakato ya utumbo.

Ili kuepuka kuvunja protini zinazounda kongosho na utumbo mdogo, enzymes za kongosho hutolewa kama proenzymes zisizo na kazi ambazo zinaanzishwa tu kwenye tumbo mdogo. Katika kongosho, vesicles kuhifadhi trypsin na chymotrypsin kama trypsinogen na chymotrypsinogen. Mara baada ya kutolewa ndani ya utumbo mdogo, enzyme iliyopatikana kwenye ukuta wa utumbo mdogo, inayoitwa enterokinase, hufunga kwa trypsinogen na kuibadilisha kuwa fomu yake ya kazi, trypsin. Trypsin kisha hufunga kwa chymotrypsinogen ili kuibadilisha kuwa chymotrypsin ya kazi. Trypsin na chymotrypsin huvunja protini kubwa katika peptidi ndogo, mchakato unaoitwa proteolysis. Hizi peptidi ndogo ni catabolized katika asidi zao constituent amino, ambayo ni kusafirishwa katika uso apical ya mucosa INTESTINAL katika mchakato ambao ni mediated na wasafirishaji sodiamu-amino asidi. Wasafirishaji hawa hufunga sodiamu halafu hufunga asidi amino ili kuisafirisha kwenye utando. Katika uso wa basal wa seli za mucosal, asidi ya sodiamu na amino hutolewa. Sodiamu inaweza kutumika tena katika transporter, ambapo amino asidi ni kuhamishiwa katika mfumo wa damu kwa kusafirishwa kwa ini na seli katika mwili kwa protini awali.

Asidi za amino zinazopatikana kwa uhuru hutumiwa kuunda protini. Ikiwa amino asidi zipo kwa ziada, mwili hauna uwezo au utaratibu wa uhifadhi wao; hivyo, hubadilishwa kuwa glucose au ketoni, au zinaharibika. Uharibifu wa asidi ya amino husababisha hidrokaboni na taka za nitrojeni. Hata hivyo, viwango vya juu vya nitrojeni ni sumu. Mzunguko wa urea huchukua nitrojeni na kuwezesha excretion yake kutoka kwa mwili.

Urea mzunguko

Mzunguko wa urea ni seti ya athari za biochemical zinazozalisha urea kutoka ioni za amonia ili kuzuia kiwango cha sumu cha amonia katika mwili. Inatokea hasa katika ini na, kwa kiwango kidogo, katika figo. Kabla ya mzunguko wa urea, ions ya amonia huzalishwa kutokana na kuvunjika kwa amino asidi. Katika athari hizi, kundi la amine, au ioni ya amonia, kutoka asidi amino hubadilishana na kundi la keto kwenye molekuli nyingine. Tukio hili la transamination linajenga molekuli ambayo ni muhimu kwa mzunguko wa Krebs na ioni ya amonia inayoingia katika mzunguko wa urea ili kuondolewa.

Katika mzunguko wa urea, amonia ni pamoja na CO ₂, na kusababisha urea na maji. Urea huondolewa kupitia figo katika mkojo (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Urea Cycle. Nitrogen ni transaminated, na kujenga amonia na intermediates ya mzunguko wa Krebs. Amonia inachukuliwa katika mzunguko wa urea ili kuzalisha urea inayoondolewa kupitia figo.

Amino asidi pia inaweza kutumika kama chanzo cha nishati, hasa wakati wa njaa. Kwa sababu usindikaji wa asidi amino husababisha kuundwa kwa intermediates metabolic, ikiwa ni pamoja na piruvati, acetyl CoA, acetoacyl CoA, oxaloacetate, na α-ketoglutarate, amino asidi inaweza kutumika kama chanzo cha uzalishaji wa nishati kupitia mzunguko wa Krebs (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kielelezo\(\PageIndex{4}\) muhtasari njia za catabolism na anabolism kwa wanga, lipids, na protini.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Nishati kutoka Amino Acids. Amino asidi inaweza kuvunjwa katika watangulizi wa glycolysis au mzunguko wa Krebs. Amino asidi (kwa ujasiri) inaweza kuingia mzunguko kupitia njia zaidi ya moja.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Catabolic na Anabolic pathways. Virutubisho kufuata njia tata kutoka kumeza kupitia anabolism na catabolism kwa uzalishaji wa nishati.

MATATIZO YA...

Metabolism: Pyruvate Dehydrogenase Complex Upungufu na Phenylketonuria

Piruvati dehydrogenase tata upungufu (PDCD) na phenylketonuria (PKU) ni matatizo ya maumbile. Piruvati dehydrogenase ni enzyme kwamba waongofu piruvati katika acetyl CoA, molekuli muhimu kuanza mzunguko Krebs kuzalisha ATP. Kwa viwango vya chini vya tata ya piruvati dehydrogenase (PDC), kiwango cha baiskeli kupitia mzunguko wa Krebs kimepungua sana. Hii inasababisha kupungua kwa jumla ya nishati inayozalishwa na seli za mwili. Upungufu wa PDC husababisha ugonjwa wa neurodegenerative ambao ni kati ya ukali, kulingana na viwango vya enzyme ya PDC. Inaweza kusababisha kasoro za maendeleo, misuli ya misuli, na kifo. Matibabu yanaweza kujumuisha urekebishaji wa chakula, nyongeza za vitamini, na tiba ya jeni; hata hivyo, uharibifu wa mfumo mkuu wa neva kwa kawaida hauwezi kuachwa.

PKU huathiri takriban 1 katika kila kuzaliwa 15,000 nchini Marekani. Watu wanaosumbuliwa na PKU hawana shughuli za kutosha za enzyme phenylalanine hydroxylase na hivyo hawawezi kuvunja phenylalanine kuwa tyrosine vya kutosha. Kwa sababu hii, viwango vya phenylalanine huongezeka kwa viwango vya sumu mwilini, ambayo husababisha uharibifu wa mfumo mkuu wa neva na ubongo. Dalili ni pamoja na maendeleo ya neva ya kuchelewa, kutokuwa na nguvu, ulemavu wa akili, kukata tamaa, ngozi ya ngozi, kutetemeka, na harakati zisizo na udhibiti wa mikono na miguu. Wanawake wajawazito walio na PKU wana hatari kubwa ya kufichua fetusi kwa phenylalanine sana, ambayo inaweza kuvuka placenta na kuathiri maendeleo ya fetusi. Watoto walio na phenylalanine ya ziada katika utero wanaweza kuwasilisha na kasoro za moyo, kimwili na/au ulemavu wa akili, na microcephaly. Kila mtoto wachanga nchini Marekani na Canada anajaribiwa wakati wa kuzaliwa ili kuamua kama PKU iko. Mapema mlo uliobadilishwa umeanza, dalili mbaya zaidi zitakuwa. Mtu lazima afuate kwa karibu chakula kali ambacho ni cha chini katika phenylalanine ili kuepuka dalili na uharibifu. Phenylalanine hupatikana katika viwango vya juu katika vitamu vya bandia, ikiwa ni pamoja na aspartame. Kwa hiyo, vitamu hivi vinapaswa kuepukwa. Baadhi ya bidhaa za wanyama na nyasi fulani pia ni za juu katika phenylalanine, na ulaji wa vyakula hivi unapaswa kufuatiliwa kwa uangalifu.

Sura ya Mapitio

Digestion ya protini huanza ndani ya tumbo, ambapo HCl na pepsin huanza mchakato wa kuvunja protini ndani ya asidi zao za amino. Kama chyme inaingia kwenye tumbo mdogo, inachanganya na bicarbonate na enzymes ya utumbo. Bicarbonate haina neutralizes HCl tindikali, na enzymes ya utumbo huvunja protini ndani ya peptidi ndogo na asidi za amino. Homoni ya utumbo secretin na CCK hutolewa kutoka utumbo mdogo ili kusaidia katika michakato ya utumbo, na proenzymes ya utumbo hutolewa kutoka kongosho (trypsinogen na chymotrypsinogen). Enterokinase, enzyme iliyo kwenye ukuta wa tumbo mdogo, inaleta trypsin, ambayo huwasha chymotrypsin. Enzymes hizi hukomboa asidi amino ya mtu binafsi ambayo ni kisha kusafirishwa kupitia wasafirishaji sodiamu-amino asidi katika ukuta wa matumbo ndani ya seli. Asidi amino kisha husafirishwa katika mfumo wa damu kwa ajili ya kutawanya kwa ini na seli katika mwili kutumiwa kutengeneza protini mpya. Wakati wa ziada, amino asidi hutumiwa na kuhifadhiwa kama glucose au ketoni. Taka ya nitrojeni iliyokombolewa katika mchakato huu inabadilishwa kuwa urea katika mzunguko wa asidi ya urea na kuondolewa katika mkojo. Wakati wa njaa, amino asidi inaweza kutumika kama chanzo cha nishati na kusindika kupitia mzunguko wa Krebs.

Mapitio ya Maswali

Swali: Digestion ya protini huanza katika ________ ambapo ________ na ________ kuchanganya na chakula kuvunja protini katika ________.

A. tumbo; amylase; hCl; amino asidi

B. kinywa; pepsin; HCl; asidi ya mafuta

C. tumbo; lipase; HCl; amino asidi

D. tumbo; pepsin; HCl; amino asidi

Jibu: D

Swali: Amino asidi zinahitajika ________.

A. kujenga protini mpya

B. kutumika kama maduka ya mafuta

C. ugavi wa nishati kwa kiini

D. kujenga seli nyekundu za damu

Jibu: A

Swali: Ikiwa asidi ya amino haitumiwi kuunda protini mpya, inaweza kuwa ________.

A. kubadilishwa kuwa acetyl CoA

B. kubadilishwa kwa glucose au ketoni

C. waongofu na nitrojeni

D. kuhifadhiwa ili kutumika baadaye

Jibu: B

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Amino asidi hazihifadhiwa katika mwili. Eleza jinsi amino asidi nyingi zinazotumiwa kwenye seli.

A. amino asidi si kuhifadhiwa katika mwili. Asidi amino ya mtu binafsi huvunjika katika piruvati, acetyl CoA, au intermediates ya mzunguko wa Krebs, na kutumika kwa nishati au kwa athari za lipogenesis kuhifadhiwa kama mafuta.

Swali: Kuondolewa kwa trypsin na chymotrypsin katika fomu yao ya kazi inaweza kusababisha digestion ya kongosho au tumbo mdogo yenyewe. Ni utaratibu gani mwili unaotumia kuzuia uharibifu wake?

Trypsin na chymotrypsin hutolewa kama proenzymes inaktiv. Wao ni ulioamilishwa tu katika tumbo mdogo, ambapo hufanya juu ya protini zilizoingizwa katika chakula. Hii husaidia kuepuka uharibifu usiotarajiwa wa kongosho au tumbo mdogo.

faharasa

chymotrypsin

enzyme ya kongosho ambayo hupungua protini

chymotrypsinogen

proenzyme ambayo imeanzishwa na trypsin ndani ya chymotrypsin

elastase

enzyme ya kongosho ambayo hupungua protini

enterokinase

enzyme iko katika ukuta wa utumbo mdogo kwamba activates trypsin

proenzymes isiyoweza

aina ambazo proteases huhifadhiwa na kutolewa ili kuzuia digestion isiyofaa ya protini za asili za tumbo, kongosho, na tumbo mdogo

pepsini

enzyme ambayo huanza kuvunja protini ndani ya tumbo

proteolysis

mchakato wa kuvunja protini katika peptidi ndogo

secretini

homoni iliyotolewa katika utumbo mdogo kwa misaada katika digestion

sodium bicarbonate

anion iliyotolewa ndani ya utumbo mdogo ili kupunguza pH ya chakula kutoka tumbo

uhamisho

uhamisho wa kundi la amine kutoka molekuli moja hadi nyingine kama njia ya kugeuza taka ya nitrojeni kuwa amonia ili iweze kuingia mzunguko wa urea

trypsini

kongosho enzyme kwamba activates chymotrypsin na digests protini

trypsinogen

aina ya proenzyme ya trypsin

mzunguko wa urea

mchakato kwamba waongofu uwezekano sumu nitrojeni taka katika urea ambayo inaweza kuondolewa kwa njia ya figo