Date post: | 11-Aug-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | iulia-matache |
View: | 963 times |
Download: | 7 times |
Metabolismul proteic
Proteinele sunt constituenţi esenţiali ai materiei vii, fiecare specie
animală şi fiecare ţesut fiind caracterizate printr-un anumit tip de proteină
structurală, care îi conferă direct sau indirect specificitate. În afara rolului plastic
proteinele au şi rol funcţional, intervenind în reglarea activităţilor funcţionale
tisulare, intrând în constituţia enzimelor, a unor hormoni (corticitrofina hipofizară,
vasoprasină, insulină, etc) şi a unor mediatori chimici (catecolamine, serotonină,
histamină). Datorită proprietăţilor lor fizico-chimice proteinele participă la reglarea
echilibrului acido-bazic, a presiunii coloid-osmotice şi a balanţei hidroelectrolitice,
iar unele proteine sanguine deţin importanţă vitală : hemoglobina, factorii
plasmatici ai coagulării, anticorpii imunitari, etc. În fine în carenţele nutritive
proteinele sunt utilizate şi ca material energogenetic, oxidarea lor furnizând 4,1
cal/g, având însă inconvenientul că duce la sinteza unor produşi terminali nocivi
pentru organism.
Proteinele sunt substanţe organice cu moleculă mare, în constituţia
cărora intră C, H, O, N şi uneori S, P, Fe. Orice proteină este constituită dintr-un
anumit număr de aminoacizi, de la 3 – 4 în protamine la câteva sute în
moleculele viruşilor. În moleculele proteice aminoacizii sunt legaţi cel mai
frecvent prin legături peptidice, în care gruparea amino a unuia se leagă de
gruparea carboxil a celuilalt, cu pierderea unei molecule de apă. Deoarece
moleculele constituite din legarea mai multor aminoacizi se numesc polipeptide,
proteinele pot fi considerate ca polipeptide extrem de complexe, adesea alcătuite
din mai multe lanţuri polipeptidice legate între ele.
Secvenţa specifică aminoacizilor în lanţul polipeptidic constituie
structura primară a unei proteine. Răsucirea lanţurilor polipeptidice într-o
structură complexă, menţinută prin legături disulfurice sau de hidrogen, constituie
structura secundară a prroteinei, cea mai obişnuită fiind aceea a unei spirale (α-
helix). Aranjarea lanţurilor răsucite în straturi, cristale sau fibre specifice
constituie structura terţiară a proteinei, menţinută de forţe interatomice slabe, ca
legăturile de hidrogen sau forţele van der Waals. Structurile secundare sau
terţiare sunt determinate, de fapt, de secvenţa aminoacizilor în lanţul polipeptidic,
cu alte cuvinte de structura primară, deoarece grupările chimice ale aminoacizilor
din lanţ dirijează răsucirea specifică (structura secundară) şi apoi agregarea
lanţurilor răsucite (structura terţiară). Structura cuaternară constă în agregarea a
două sau mai multe molecule identice sau asemănătoare într-un complex
heteroproteic (hemoglobina).
Numărul diferit şi posibilităţile multiple de combinare a aminoacizilor
(aproximativ 1 milion) constitutivi explică variabilitatea extremă a proteinelor
narurale. În plus, în afara proteinelor constituite numai din aminoacizi – proteine
simple (protamine, histone, globuline, etc), există proteine conjugate, de o
importanţă biologică deosebită, realizate prin combinarea proteinei cu grupări
chimice de altă natură: nucleo-proteine, cromoproteine, glico-proteine,
fosfoproteine, metaloproteine.
Forma moleculelor proteice este alungită, fibrilară (miozina, keratina,
colagenul) sau globuloasă (albuminele plasmatice, enzimele, anticorpii), după
cum sunt constituite din lanţuri polipeptidice frânte la intervale regulate – „în dinţi
de fierăstrău” – sau din polipeptide îndoite – „în zig-zag” – răsucite şi plicaturate.
Moleculele proteice, având la suprafaţa lor grupări libere COOH şi NH2,
pot acţina fie ca acizi slabi, fie ca baze slabe, în funcţie de pH-ul mediului în care
se găsesc. Deoarece în soluţii acide se comportă ca baze, iar în soluţii, alcaline
se comportă ca acizi, atât proteinele cât şi aminoacizii sunt deminute electroliţi
amfoteri. La un anumit pH, sau mai exact la o anumită zonă de pH, variabilă de
la o proteină la alta, proteinele nu se mai comportă nici ca acizi nici ca baze. La
acest nivel, denumit punct sa zonă izoelectrică, proteinele au cea mai mică
solubilitate şi deci vor precipita uşor cu diverşi reactivi sau chiar spontan,
deoarece au un număr egal de sarcini electrice pozitive şi negative şi se
disociază într-un număr egal de ioni bazici şi acizi.
În mediul apor proteinele se găsesc în mod obişnuit sub formă
coloidală (emulsii) şi pot fi separate prin precipitare în prezenţa de electroliţi şi
prin alcool la temperaturi scăzute şi în medii cu pH diferit.
Hidroliza completă a proteinelor eliberează aminoacizii constitutivi,
aceştia reprezentând deci unităţi structurale fundamentale ale proteinlor. Din
punct de vedere chimic aminoacizii pot fi consideraţi ca derivaţi ai acizilor graşi
saturaţi, în care atomul de H din poziţia α a fost înlocuit cu griparea amino.
Cei mai mulţi aminoacizi pot fi sintetizaţi în organism în cantităţi
necesare chiar şi în lipsa aportului protidic adecvat, din produşi ai metabolismului
intermediar lipidic şi glucidic. Un număr de opt aminoacizi (fenilalanina, valina,
triptofanul, treonina, leucina, izoleucina, lizina, metionina) nu pot fi sintetizaţi, ci
trebuie aduşi de proteinele alimentare şi de aceea se numesc aminoacizi
esenţiali. În lipsa lor echilibrul azotat nu se poate menţine şi apar tulburări
metabolice grave care se pot solda cu deces. În perioada de creştere a
organismului sunt necesare mari cantităţi de arginină şi histidină, care depăşesc
capacitatea de sinteză hepatică; de aceea este necesar un aport alimentar
suplimentar. Aceşti aminoacizi se numesc „relativ esenţiali”.
Plasma sanguină conţine o anumită cantitate de aminoacizi –
aminoacidemia – variabilă între 35 şi 65 mg%. La fel ca şi glicemia
aminoacidemia reprezintă forma de transport a aminoacizilor, fiind expresia
echilibrului dinamic dintre cantitatea de aminoacizi care se adaugă plasmei şi
cele care se pierd permanent.
În perioadele postprandiale, ca urmare a scindării hidrolitice a
proteinelor alimentare sub acţiunea enzimelor proteolitice, se elimină în intestin
aminoacizii constitutivi, care se absorb în cea mai mare parte pe cale portală şi,
într-o măsură foarte mică, pe cale limfatică. Cota redusă de aminoacizi resorbiţi
pe cale limfatică ajunge direct în circulaţia sistemică, în timp ce aminoacizii care
au luat cale portală străbat ficatul, fiind opriţi şi metabolizaţi aici în proporţie de
20 – 80%. Procentul de aminoacizi reţinuţi de ficat este în funcţie de necesităţile
metabolice locale şi variază la diverşi aminoacizi : unii sunt metabolizaţi aproape
exclusiv la nivelul ficatului (arginina, histidina, lizina), în timp ce alţii sunt
metabolizaţi şi în alte ţesuturi. Ficatul eliberează în circulaţia sistemică nu numai
aminoacizii de provenienţă exogenă, ci şi pe cei sintetizaţi prin reaminarea şim
transaminarea unor cetoacizi rezultaţi din metabolismul intermediar protidic,
lipidic şi glucidic.
În afară de aminoacizii de provenienţă hepatică în plasmă se descarcă
permanent şi o cantitate apreciabilă de aminoacuzu eliberaţi ca urmare a
catabolismului şi remaierilor proteinelor tisulare. Cercetări efectuate cu
radioizotopi au precizat că turoverul proteinelor endogene, reprezentând
degradarea şi sinteza lor, corespunde unui ritm mediu de 80 – 100 g proteină
tisulară zilnic, cel mai intens fiind cel al mucoasei intestinale; acest turnover
reprezintă nu numai reînoirea celulară, dar şi înlocuirea produşilor de secreţie.
Aminoacizii exogeni, împreună cu cei endogeni, intră, fără nici o
diferenţiere, în „fondul metabolic comun de aminoacizi”, constituit nu numai din
toţi aminoacizii liberi din sânge şi celelalte lichide alte organismului, dar şi din cei
eliberaţi prin degradarea unei părţi din proteinele tisulare. Din acest fond comun
fiecare ţesut şi fiecare celulă extrag permanent aminoacizii necesari sintezei de
noi proteine în procesele de creştere şi remaniere a proteinelor uzate, precum şi
pentru sinteza unor constituenţi proteici specifici (hormoni, enzime, etc) şi a unor
substanţe azotate neproteice (creatină, colină, glutation). În fine din fondul
comun de aminoacizi se pierde zilnic prin urină o anumită cotă, deoarece
aminoacizii filtraţi la nivelul glomerulului renal nu se reabsorb total în tubii
uriniferi. Pe cale urinară se elimină zilnic 1,1 g aminoacizi liberi şi 2 g conjugaţi.
Metabolismul intermediar al aminoacizilor constă în utilizarea lor pentru
diverse sinteze (proteine, creatină, purine şi pirimidine, etc), fie în catabolizarea
lor, deoarece, spre deosebire de glucide şi lipide care se depun ca rezerve când
aportul lor este excesiv, organismul nu face rezerve de aminoacizi.
Utilizarea aminoacizilor se face predominent pentru sinteza de proteine
tisulare şi sanguine, proces care se desfăşoară permanent în toate celulele.
Proteinele tisulare sunt constituenţi extrem de labili, care suferă permanent
procese de catabolism şi degradare, concomitent cu procese de sinteză şi
remaniere. La adultul normal există un echilibru dinamic între aceste procese. În
schimb în perioada de creştere ritmul sintezelor îl depăşeşte pe cel al
degradărilor proteice şi, ca urmare, se acumulează noi proteine în organism. În
perioada de senescenţă avansată, precum şi la cei cu boli caşectizante,
echilibrul este deviat în sens invers.
Prin administrare de aminoacizi cu atomi marcaţi s-a constatat că
aminoacizii sunt utilizaţi rapid pentru sinteza unei noi molecule proteice tisulare şi
plasmatice, precum şi pentru remanierea proteinelor din diverse ţesuturi.
Majoritatea ţesuturilor utilizează aminoacizii doar pentru sinteza proteinelor
structurale sau funcţionale proprii. Excepţie fac celulele sistemului reticulo-
histiocitar şi cele hepatice, care sintetizează şi descarcă în sânge proteine
necesare întregului organism (proteine plasmatice, factori ai coagulării, anticorpi,
enzime, etc).
Pentru a sintetiza lanţul polipeptidic caracteristic oricărei molecule
proteice este necesar ca în fondul metabolic celular să fie prezenţi toţi
aminoacizii necesari, lipsa unuia singur făcând imposibilă sinteza. Realizarea
secvenţei caracteristice a aminoacizilor în lanţul peptidic este controlată de acizii
nucleici celulari.
Catabolismul aminoacizilor se efectuează predominant în ficat (peste
80%), iar restul în rinichi şi alte ţesuturi. Degradarea aminoacizilor începe prin
dezaminare, reacţie catalizată de o enzimă specifică foarte activă prezentă în
toate ţesuturile. Degradarea aminoacizilor începe prin transferul grupului amino
către acidul α-cetoglutaric, cu formare de acid glutamic şi cetoacidul
corespunzător acidului aminat degradat. Apoi acidul glutaric este dezaminat de
dehidrogenaza sa specifică, rezultând acid α-cetoglutaric şi amoniac.
Procesul cuprinde deci o transaminare şi o dezaminare, de aceea a
fost denumit transdezaminare şi este reversibil, permiţând nu numai degradarea,
dar şi sinteza de aminoacizi. Prin mecanismul dezaminării se sintetizează, de
exemplu, acid oxalacetic din acid glutamic, acid piruvic din alanină, acid acetic
din glicocol, etc.
Cetoacidul care rezultă din dezaminare poate urma mai multe căi
metabolice :
a. Intrarea în ciclul acizilor tricarboxilici (Krebs), în care este oxidat
complet până la CO2 şi H2O, eliberare de energie. Această cale este parcursă în
special când organismul se găseşte în carenţă energetică.
b. Intrarea în ciclul Krebs, pe care îl parcurge în sens anabolic,
sintetizând în final glucoză şi glicogen. Această variantă metabolică constitue
substratul procesului de gluconeogeneză (care se realizează în cea mai mare
parte la nivelul ficatului şi în mai mică măsură la nivelul rinichiului) şi este
accesibilă numai pentru anumiţi aminoacizi denumiţi glucoformatori (glicocol,
alanină, treonină, valină, histidină, acid aspartic, acid glutamic, serină, lizină,
cistină, prolină şi hidroxiprolină).
c. Sinteza de lipide este un proces la care participă atât aminoacizii
glucoformatori cât şi cei cetoformatori. Din aminoacizii glucoformatori se
formează acid piruvic prin dezaminare, acid din care se formează apoi acetat
activ. Din aminoacizii cetoformatori – leucină, izoleucină, triptofan, fenilalanină,
tirozină – se sintetizează, prin dezaminare, corpi cetonici.
d. Sinteza de noi aminoacizi prin procesul de transaminare, adică de
transfer al gripării amino desprinse de pe un anumit aminoacid pe un cetoacid
care poate proveni din metabolismul intermediar glucidic sau prin dezaminarea
unui alt aminoacid. Procesul are loc în diverse ţesuturi, fiind catalizat de
transaminaze, şi explică posibilitatea sintezei de aminoacizi pentru care există
cetoacizii respectivi.
În afara dezaminării aminoacizii mai pot fi catabolizaţi şi prin
decarboxilare, sub acţiunea unor decarboxilaze specifice. Reacţia este
caracteristică în special pentru degradarea bacteriană a aminoacizilor şi stă la
baza proceselor de putrefacţie care au loc în colon, atunci când ajung cantităţi
mari de proteine nedigerate. Prin decarboxilarea aminoacizilor se obţin amine,
dintre care unele de importanţă biologică deosebită printre care cadaverina din
lizină, putresceina din ornitină, histamina din histidină, etc. Tot prin procese de
decarboxilare se sintetizează noradrenalina din tirozină, serotonina din triptofan,
etc.
Amoniacul rezultat al dezaminării aminoacizilor, precum şi cel care
ajungela ficat ca urmare a proceselor de dezaminare şi putrefacţie intestinală,
fiind o substanţă toxică în special pentru celulele nervoase, va fi detoxifiat în
special de către ficat prin diverse mecanisme.
La nivelul ficatului cea mai mare parte a amoniacului ia calea
urogenezei, proces care se realizează printr-un ciclu de reacţii descris de Krebs
şi Henselein (1932) sub denumirea de ciclul ornitinei. Proceul începe prin sinteza
unui aminoacid – citrulina – dintr-o moleculă de ornitină şi carbamilfosfat, un
compus intermediar format din interacţiunea dintre CO2, NH3 şi ATP, întraga
reacţie fiind activată de N-acetilglutamic.
Citrulina se condensează apoi cu acidul aspartic, formând acidul
arginino-succinic, care este apoi desfăcut în acid fumaric şi arginină, la rândul
său degradată în uree şi ornitină, care reîncepe ciclul. Ureea reprezintă produsul
final al catabolismului proteic endogen şi exogen. Fiind o substanţă foarte
difuzibililă se găseşte în toate lichidele organismului, în sânge având valori
cuprinse între 18 şi 35 mg%. În urină se elimină zinic o cantitate de 20 – 30 mg la
un adult cu un regim alimentar obişnuit, această cantitate reprezentând 80 – 90%
din azotul urinar. Cantităţi mici de uree se mai elimină şi prin sudoare, salivă şi
bilă.
Creatina şi creatinina sunt de asemenea produşi ai metabolismului
proteic, prima fiind o substanţă de o importanţă biologică deosebită, iar cea de-a
doua un deşeu. Creatina se găseşte în organism în cantitate de circa 120 g, din
care 98% în musculatură, în special în fibrele rapide, 1,5% în sistemul nervos
central şi 0,5% în alte organe (testicul). În ţesutul muscular creatina se găseşte
în proporţie de 80% combinată cu acid fosforic sub formă de creatinfosfat (CP),
constituent de bază al contracţiei musculare care furnizează energie pentru
sinteza ATP-ului.
Sinteza creaqtinei cuprinde trei aminoacizi – metionină, glicocol şi
arginină. Procesul începe printr-o reacţie de transaminare, grupul amidic al
argininei fiind transferat glicocolului şi rezultând acid guanidinacetic. Reacţia nu
are loc numai în rinichi, ci şi în alte ţesuturi. În a doua etapă acidul guanidinacetic
este metilat în special în ficat, gruparea metilică fiind furnizată de metionină,
rezultând creatina. Substanţa se elimină prin urină la ambele sexe până la
pubertate, iar după aceea numai femeile prezintă creatinurie intermitentă. În
timpul sarcinii, precum şi 2 – 3 săptămâni după naştere şi în bolile caşectizante,
se elimină creatină prin urină.
Creatinina, anhidrida creatinei, provine din aceasta prin pierderea
ireversibilă de apă.
Fiind un produs final de metabolism creatinina se elimină prin urină în
cantităţi medii de 1,5 – 2 g la bărbat şi 0,8 – 1,5 g la femeie. Eliminările urinare
de creatinină sunt independente de aportul protidic alimentar, reprezentând un
indice al catabolismuluitisular şi în special al celui muscular.
Bilanţul azotat se poate efectua prin determinarea raportului dintre
azotul ingerat şi cel eliminat pe diverse căi. În condiţii fiziologice organismul se
află în stare de bilanţ azotat echilibrat, eliminările fiind egale cu cantitatea
ingerată, respectiv 13, g azot urinar şi 1,5 g prin fecale, corespunzând unei
ingestii proteice de aproximativ 50 g, deoarece 1 g azot este conţinut de 6,25 g
proteine. În anumite limite organismul se poate menţine în stare de bilanţ azotat
echilibrat, chiar dacă sunt temporar crescute sau diminuate aporturile proteice
alimentare. Cantitatea minimă de proteine necesară pentru menţinerea unui
bilanţ azotat echilibrat este de circa 50 g/zi, corespunzătoare eliminărilor urinare
minime de azot, care sunt de aproximativ 7 g/zi. Cînd aportul proteic alimentar
scade sub acest minim, eliminările depăşesc ingestia şi se instalează im bilanţ
azotat negativ, plusul de azot provenind din catabolizarea proteinelor proprii
(musculatură, ficat, etc). În schimb, în perioada de creştere, în timpul sarcinii şi al
lactaţiei, organismul trece printr-o perioadă de bilanţ pozitiv în care eliminările
azotate sunt inferioare aportului, pusul de azot fiind încorporat în proteinele
sintetizate.
Valoarea nutritivă a proteinelor, determinată de compoziţia lor şi de
digestibilitate, se calculează prin diferenţa dintre azotul conţinut de proteinele
ingerate şi cel eliminat prin tubul digestiv (0,5 – 1,5 g/zi), proteinele animale fiind
în general mai digerabile decât cele vegetale. Substanţele proteice introduse în
organism au proprietatea de a stimula metabolismul, acţiunea stimulatoare fiind
denumită „acţiune dinamică specifică” (ADS). Proteinele posedă cea mai mare
ADS.
Reglarea metabolismului proteic se realizează prin mecanisme
extrem de complexe. Deşi atât sinteza cât şi catabolismul proteinelor tisulare
depind de interrelaţii care se stabilesc între diverşii factori intracelulari aceste
procese sunt coordonate de sisteme de reglare metabolică de tip hormonal. În
funcţie de influenţa pe care o exercită asupra echilibrului aminoacizi = proteine
unii hormoni stimulează sinteza de proteine din aminoacizi şi, de aceea, sunt
denumiţi anabolizanţi, iar alţii intesifică degradarea proteinelor, fiind denumiţi
catabilizanţi.
Hormonii anabolizanţi (STH, hormonii sexuali, insulina) au mecanisme
diferite de acţiune şi ăşi exercită efectul predominant asupra anumitor ţesuturi.
De exemplu, testosteronul favorizează în special sinteza de proteinelor din
rinichi, ficat, miocard, în timp ce estrogenii stimulează în special creşterea
uterului. Hormonul specific stimulant al sintezei proteice este STH-ul, sub
acţiunea căruia creşte fondul metabolic de aminoacizi din ţesuturi şi diminuă
catabolismul lor. Acţiunea sa necesită prezenţa insulinei, aceasta exercitând, de
asemenea, un efect anabolizant protidic, prin stimularea directă a sintezelor
proteice, precum şi prin intensificarea oxidărilor celulare de glucoză, proces care
cruţă aminoacizii şi permite dirijarea lor spre sinteza de proteine. Hormonii
androgeni sunt de asemenea anabolizanţi proteici importanţi, în special prin
acţiunea lor de a inhiba catabolismul aminoacizilor.
Hormonii catabolizanţi (ACTH, glucocorticoizii) accelerează
dezaminarea aminoacizilor şi stimulează oxidarea lor în procese de
gluconeogeneză. Deşi nu acţionează specific asupra metabolismul protidic şi
hormonii tiroidieniexercită efecte metabolizante proteice, prin stimularea reacţiilor
metabolice tisulare şi intensificarea metabolismului general al organismului, ceea
ce are ca efect încetinirea ritmului sintezelor proteice faţă de catabolizarea lor.
Într-un organism normal există un echilibru între activitatea glandelor
endocrine cu acţiune antagonistă. În condiţii patologice secreţia excesivă a unor
hormoni determină dereglări corespunzătoare ale echilibrului azotat.