lärandemål
i slutet av detta avsnitt kommer du att kunna:
- beskriva hur kroppen smälter proteiner
- förklara hur ureacykeln förhindrar toxiska koncentrationer av kväve
- skilja mellan glukogena och ketogena aminosyror
- förklara hur protein kan användas för energi
mycket av kroppen är gjord av protein, och dessa proteiner tar på sig en myriad av former., De representerar cellsignalreceptorer, signalmolekyler, strukturella medlemmar, enzymer, intracellulära trafficking komponenter, extracellulära matrix ställningar, jonpumpar, jonkanaler, syre och CO2 transportörer (hemoglobin). Det är inte ens den fullständiga listan! Det finns protein i ben (kollagen), muskler och senor; hemoglobinet som transporterar syre; och enzymer som katalyserar alla biokemiska reaktioner. Protein används också för tillväxt och reparation. Bland alla dessa nödvändiga funktioner håller proteiner också potentialen att fungera som en metabolisk bränslekälla., Proteiner lagras inte för senare användning, så överskott av proteiner måste omvandlas till glukos eller triglycerider och användas för att leverera energi eller bygga energireserver. Även om kroppen kan syntetisera proteiner från aminosyror, är mat en viktig källa till dessa aminosyror, särskilt eftersom människor inte kan syntetisera alla 20 aminosyror som används för att bygga proteiner.
matsmältningen av proteiner börjar i magen. När proteinrika livsmedel kommer in i magen, hälsas de av en blandning av enzymet pepsin och saltsyra (HCL; 0,5 procent). Den senare producerar ett miljö pH på 1.,5-3.5 som denaturerar proteiner inom mat. Pepsin skär proteiner i mindre polypeptider och deras ingående aminosyror. När mat-magsaftblandningen (CHYMUS) kommer in i tunntarmen, släpper bukspottkörteln natriumbikarbonat för att neutralisera HCl. Detta bidrar till att skydda tarmens foder. Tunntarmen frigör också matsmältningshormoner, inklusive secretin och CCK, vilket stimulerar matsmältningsförfarandena att bryta ner proteinerna ytterligare. Secretin stimulerar också bukspottkörteln att frigöra natriumbikarbonat., Bukspottkörteln frigör de flesta av matsmältningsenzymerna, inklusive proteaserna trypsin, chymotrypsin och elastas, vilket hjälper proteinförtunning. Tillsammans bryter alla dessa enzymer komplexa proteiner till mindre individuella aminosyror, som sedan transporteras över tarmslimhinnan för att användas för att skapa nya proteiner, eller omvandlas till fetter eller acetyl CoA och används i Krebs-cykeln.
Figur 1. Enzymer i magen och tunntarmen bryter ner proteiner till aminosyror., HCl i magen aids i proteolys, och hormoner som utsöndras av tarmceller leder matsmältningsprocesserna.
för att undvika att bryta ner proteinerna som utgör bukspottkörteln och tunntarmen frigörs pankreasenzymer som inaktiva proenzymer som endast aktiveras i tunntarmen. I bukspottkörteln lagrar vesiklar trypsin och chymotrypsin som trypsinogen och chymotrypsinogen. När de släpps ut i tunntarmen, ett enzym som finns i väggen i tunntarmen, som kallas enterokinas, binder till trypsinogen och omvandlar den till sin aktiva form, trypsin., Trypsin binder sedan till chymotrypsinogen för att omvandla den till den aktiva chymotrypsin. Trypsin och chymotrypsin bryter ner stora proteiner i mindre peptider, en process som kallas proteolys. Dessa mindre peptider kataboliseras till deras beståndsdelar aminosyror, som transporteras över den apikala ytan av tarmslimhinnan i en process som medieras av natrium-aminosyratransportörer. Dessa transportörer binder natrium och binder sedan aminosyran för att transportera den över membranet. Vid den basala ytan av slemhinnecellerna frigörs natrium-och aminosyran., Natrium kan återanvändas i transportören, medan aminosyrorna överförs till blodomloppet för att transporteras till levern och celler i hela kroppen för proteinsyntes.
fritt tillgängliga aminosyror används för att skapa proteiner. Om aminosyror finns i överskott, har kroppen ingen kapacitet eller mekanism för lagring; således omvandlas de till glukos eller ketoner, eller de sönderdelas. Aminosyranedbrytning resulterar i kolväten och kväveavfall. Höga koncentrationer av kväve är emellertid giftiga., Ureacykeln bearbetar kväve och underlättar utsöndringen från kroppen.
Ureacykel
ureacykeln är en uppsättning biokemiska reaktioner som producerar urea från ammoniumjoner för att förhindra en toxisk nivå av ammonium i kroppen. Det förekommer främst i levern och i mindre utsträckning i njurarna. Före ureacykeln produceras ammoniumjoner från nedbrytningen av aminosyror. I dessa reaktioner byts en amingrupp, eller ammoniumjon, från aminosyran med en keto-grupp på en annan molekyl., Denna transaminationshändelse skapar en molekyl som är nödvändig för Krebs-cykeln och en ammoniumjon som går in i ureacykeln som ska elimineras.
i ureacykeln kombineras ammonium med CO2, vilket resulterar i urea och vatten. Urea elimineras genom njurarna i urinen (Figur 2).
Figur 2. Kväve transamineras, vilket skapar ammoniak och mellanprodukter i Krebs-cykeln. Ammoniak bearbetas i ureacykeln för att producera urea som elimineras genom njurarna.,
aminosyror kan också användas som energikälla, särskilt i tider av svält. Eftersom bearbetningen av aminosyror resulterar i skapandet av metaboliska mellanprodukter, inklusive pyruvat, acetyl CoA, acetoacyl CoA, oxaloacetat och α-ketoglutarat, kan aminosyror fungera som en källa till energiproduktion genom Krebs-cykeln (Figur 3).
Figur 3. Klicka för en större bild. Aminosyror kan brytas ner i prekursorer för glykolys eller Krebs-cykeln., Aminosyror (i fetstil) kan komma in i cykeln genom mer än en väg.
Figur 4 sammanfattar vägarna för katabolism och anabolism för kolhydrater, lipider och proteiner.
Figur 4. Klicka för en större bild. Näringsämnen följer en komplex väg från intag genom anabolism och katabolism till energiproduktion.,
Metabolismstörningar: Pyruvatdehydrogenaskomplexbrist och fenylketonuri
pyruvatdehydrogenaskomplexbrist (PDCD) och fenylketonuri (PKU) är genetiska störningar. Pyruvatdehydrogenas är det enzym som omvandlar pyruvat till acetyl CoA, den molekyl som är nödvändig för att börja Krebs-cykeln för att producera ATP. Med låga nivåer av pyruvatdehydrogenaskomplexet (PDC) reduceras cykelhastigheten genom Krebs-cykeln dramatiskt. Detta resulterar i en minskning av den totala mängden energi som produceras av kroppens celler., PDC-brist resulterar i en neurodegenerativ sjukdom som varierar i svårighetsgrad, beroende på nivåerna av PDC-enzymet. Det kan orsaka utvecklingsfel, muskelspasmer och död. Behandlingar kan inkludera kost modifiering, vitamintillskott och genterapi; men skador på centrala nervsystemet vanligtvis inte kan vändas.
PKU påverkar cirka 1 av varje 15 000 födslar i USA. Personer som lider av PKU saknar tillräcklig aktivitet av enzymet fenylalaninhydroxylas och kan därför inte bryta ner fenylalanin i tyrosin på ett adekvat sätt., På grund av detta ökar nivåerna av fenylalanin till toxiska nivåer i kroppen, vilket resulterar i skador på centrala nervsystemet och hjärnan. Symtom inkluderar fördröjd neurologisk utveckling, hyperaktivitet, mental retardation, anfall, hudutslag, tremor och okontrollerade rörelser i armar och ben. Gravida kvinnor med PKU löper stor risk att utsätta fostret för för mycket fenylalanin, vilket kan passera placentan och påverka fosterutvecklingen. Barn som utsätts för överskott av fenylalanin i utero kan förekomma med hjärtfel, fysisk och/eller mental retardation och mikrocefali., Varje spädbarn i USA och Kanada testas vid födseln för att avgöra om PKU är närvarande. Ju tidigare en modifierad diet börjar, desto mindre allvarliga kommer symtomen att vara. Personen måste noggrant följa en strikt diet som är låg i fenylalanin för att undvika symtom och skador. Fenylalanin finns i höga koncentrationer i konstgjorda sötningsmedel, inklusive aspartam. Därför måste dessa sötningsmedel undvikas. Vissa animaliska produkter och vissa stärkelse är också höga i fenylalanin, och intaget av dessa livsmedel bör övervakas noggrant.,
Kapitel Review
nedbrytning av proteiner börjar i magen, där HCl och pepsin börjar processen att bryta ner proteiner i deras beståndsdelar aminosyror. När chymen kommer in i tunntarmen blandar den med bikarbonat och matsmältningsenzymer. Bikarbonatet neutraliserar den sura HCl, och matsmältningsenzymerna bryter ner proteinerna i mindre peptider och aminosyror., Digestive hormoner secretin och CCK frigörs från tunntarmen för att hjälpa till i matsmältningsprocesser, och matsmältningsproenzymer frigörs från bukspottkörteln (trypsinogen och chymotrypsinogen). Enterokinas, ett enzym som ligger i tunntarmen, aktiverar trypsin, vilket i sin tur aktiverar chymotrypsin. Dessa enzymer befriar de enskilda aminosyrorna som sedan transporteras via natrium-aminosyratransportörer över tarmväggen in i cellen., Aminosyrorna transporteras sedan in i blodomloppet för spridning till levern och celler i hela kroppen som ska användas för att skapa nya proteiner. När överskott bearbetas och lagras aminosyrorna som glukos eller ketoner. Kväveavfallet som frigörs i denna process omvandlas till urea i ureasyracykeln och elimineras i urinen. I tider av svält kan aminosyror användas som energikälla och bearbetas genom Krebs-cykeln.
självkontroll
svara på frågorna nedan för att se hur bra du förstår de ämnen som omfattas av föregående avsnitt.,
kritiska tänkande frågor
- aminosyror lagras inte i kroppen. Beskriv hur överskott av aminosyror bearbetas i cellen.
- frisättning av trypsin och chymotrypsin i sin aktiva form kan resultera i matsmältning av bukspottkörteln eller tunntarmen själv. Vilken mekanism använder kroppen för att förhindra självförstörelse?