Механизм гниения белков в кишечнике и обезвреживания продуктов гниения

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра биомедицинской химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ на тему:

«Механизм гниения белков в кишечнике и обезвреживания продуктов гниения»

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка

стоматологического факультета

II курса 8 группы

Касьянова Л.И.

 

 

Проверил

кандидат медицинских наук, доцент кафедры

Пиликин А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Архангельск, 2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Механизм гниения белков в кишечнике_________________________________________________________________________3
2. Последствия гниения белка в кишечнике человека_____________________________________________________________5
3. Обезвреживание продуктов гниения_____________________________________________________________________________6
4. Заключение_________________________________________________________________________________________________________9
5. Список литературы________________________________________________________________________________________________10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Механизм гниения белков в кишечнике

 

Известно, что микроорганизмы кишечника для своего роста нуждаются в доставке с пищей определенных аминокислот. Микрофлора кишечника располагает набором ферментных систем, отличных от соответствующих ферментов животных тканей и катализирующих самые разнообразные превращения пищевых аминокислот. При избыточном потреблении животных белков и ряде патологий в кишечнике возможно развитие гнилостных и бродильных процессов. В кишечнике создаются оптимальные условия для образования ядовитых продуктов распада аминокислот: фенола, индола, крезола, скатола, сероводорода, метилмеркаптана, а также нетоксичных для организма соединений: спиртов, аминов, жирных кислот, кетокислот, оксикислот и др. Все эти превращения аминокислот, вызванные деятельностью микроорганизмов кишечника, получили общее название «гниение белков в кишечнике».

Так, в процессе распада серосодержащих аминокислот (цистин, цистеин, метионин) в кишечнике образуются сероводород H2S и метил-меркаптан CH3SH. Диаминокислоты – орнитин и лизин – подвергаются процессу декарбоксилирования с образованием аминов – путресцина и кадаверина.

Из ароматических аминокислот: фенилаланин, тирозин и триптофан – при аналогичном бактериальном декарбоксилировании образуются соответствующие амины: фенилэтиламин, параоксифенилэтиламин (или тира-мин) и индолилэтиламин (триптамин). Кроме того, микробные ферменты кишечника вызывают постепенное разрушение боковых цепей циклических аминокислот, в частности тирозина и триптофана, с образованием ядовитых продуктов обмена – соответственно крезола и фенола, скатола и индола.

 

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот (например, фенолсерная кислота или ска-токсилсерная кислота). Последние выделяются с мочой. Механизм обезвреживания этих продуктов изучен детально. В печени содержатся специфические ферменты – арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкоронилтран-сфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы – 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) и остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы – уридил-дифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных продуктов.

 

 

 

 

 

Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в индоксил (соответственно скатоксил), который взаимодействует непосредственно в ферментативной реакции с ФАФС или с УДФГК. Так, индол связывается в виде эфиросерной кислоты. Калиевая соль этой кислоты получила название животного индикана, который выводится с мочой (см. главу 18). По количеству индикана в моче человека можно судить не только о скорости процесса гниения белков в кишечнике, но и о функциональном состоянии печени. О функции печени и ее роли в обезвреживании токсичных продуктов часто также судят по скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты.

 

 

 

Таким образом, организм человека и животных обладает рядом защитных механизмов синтеза, биологическая роль которых заключается в обезвреживании токсичных веществ, поступающих в организм извне или образующихся в кишечнике из пищевых продуктов в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Последствия гниения белка в кишечнике человека

 

Закисление тканей и нарушение микроциркуляции 

Вследствие того, что в организме человека все вышеперечисленные токсичные продукты гниения белка подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой, в тканях тела происходит накопление кислых продуктов метаболизма. А, как известно, при сдвигах рН в кислую сторону, происходит дегидратация соединительной ткани и переход межклеточного вещества в состояние плохо проницаемого геля.

 В итоге у человека возникает  отек и ухудшение микроциркуляции тканей, что неизбежно приводит к нарушению их нормального метаболизма и ослаблению функциональной активности.

 

Воспалительный процесс в кишечнике и печени

Как известно, в зависимости от характера предпочитаемого пищевого субстрата кишечную микрофлору человека разделяют на две основные группы:

Сахаролитическая нормофлора (расщепляет сахара) относится в преимущественно к грамположительным микроорганизмам это бифидобактерии, лактобактерии, энтерококки, клостридии и т.д.

Протеолитическая микрофлора (расщепляет белки) относится в основном к грамотрицательным микроорганизмам это кишечная палочка, бактероиды, протей, фузобактерии и т.д.

Примечательным моментом в этом распределении кишечной микрофлоры является то, что все гнилостные микроорганизмы помимо того, что отравляют организм человека трупными ядами, ещё ивыделяют особый эндотоксин - липополисахарид. Это биологически активное вещество является компонентом наружной стенки ВСЕХ грамотрицательных бактерий.

В организме человека эндотоксин проникает через слизистую в ткани и кровь, где распознаётся иммунными клетками (в первую очередь макрофагами) и вызывает сильный иммунный ответ. Именно поэтому бактериальный эндотоксин гнилостной микрофлоры играет ключевую роль в развитии воспалительного процесса в толстом кишечнике, печени и эндотелии кровеносных сосудов.

 

Гипераммониемия

Гипераммониемия - повышение уровня аммиака в организме. В результате гниения белков в кишечнике человека образуется и всасывается в кровь аммиак.

Аммиак - токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего на ЦНС. Этот ядовитый газ легко проникает через мембраны в клетки и изменяет течение некоторых биохимических реакций в митохондриях. Результатом воздействия аммиака на метаболизм тканей мозга является кислородное и энергетическое голодание нейронов, изменение нормального обмена аминокислот, а также подавление синтеза некоторых нейромедиаторов. Поэтому активное гниение белковой пищи в кишечнике может приводить к различным неврологическим и психическим нарушениям.

 

Агрегация эритроцитов

Избыток белка в рационе, приводит к ещё одному нежелательному последствию - агрегации (склеиванию) эритроцитов в монетные столбики или в более крупные комки. 

Происходит это потому что при обезвреживания эндотоксинов активированные купферовские клетки и гепатоциты являются источником свободных радикалов, которые инициируют гибель этих клеток.

В этом процессе клетки печени выделяют особые соединения - белки острой фазы воспаления. Как известно именно эти вещества в плазме крови создают оптимальные условия для склеивания красных клеток крови. В свою очередь, появление слипшихся монетных столбиков и других агрегатов из эритроцитов вызывает закупоривание мелкие сосудов и  капилляров, что в конечном итоге нарушает нормальную микроциркуляцию крови.

 

 

 

3. Обезвреживание продуктов гниения

 

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот. Последние выделяются с мочой.. Механизм обезвреживания этих продуктов изучен детально. В печени содержатся специфические ферменты – арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкоронилтран-сфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы – 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) и остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы – уридил-дифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных продуктов. Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в индоксил (соответственно скатоксил), который взаимодействует непосредственно в ферментативной реакции с ФАФС или с УДФГК. Так, индол связывается в виде эфиросерной кислоты. Калиевая соль этой кислоты получила название животного индикана, который выводится с мочой. По количеству индикана в моче человека можно судить не только о скорости процесса гниения белков в кишечнике, но и о функциональном состоянии печени. О функции печени и ее роли в обезвреживании токсичных продуктов часто также судят по скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты.

Из лизина бактериями при декарбоксилировании образуется кадаверин NH2(CH2)5NH2. Ядовитость кадаверина относительно невелика. Обнаружен у растений.

Из орнитина NH2CH2CH2CH2CH(NH2)СООН бактериями при декарбоксилировании образуется путресцин H2N(CH2)4NH2. В тканях организма путресцин — исходное соединение для синтеза двух физиологически активных полиаминов — спермидина и спермина. Эти вещества наряду с путресцином, кадаверином и другими диаминами входят в состав рибосом, участвуя в поддержании их структуры.

Пуриновые основанияпри гниении превращаются в гипоксантин и ксантин, а при участии ксантиноксидазы переходят в мочевину и углекислый аммиак

Обезвреживанию подвергаются токсические вещества, образующиеся в организме: NH3, пептидные и стероидные гормоны, катехоламины, продукты катаболизма гема, продукты гниения аминокислот в кишечнике. Обезвреживание токсических веществ происходит путем химической модификации в две фазы:

•  в реакциях первой фазы гидрофобное вещество модифицируется, причем чаще всего происходит его гидроксилирование;

•  во вторую фазу происходит реакция конъюгации.

 

Первая фаза обезвреживания

Эта фаза обязательна для гидрофобных веществ, так как они плохо выводятся из организма и могут накапливаться в тканях, богатых липидами (жировая клетчатка, мембраны клеток, нервная система). В этой фазе вещества подвергаются таким изменениям, как гидроксилирование, восстановление, сульфоокисление, дезаминирование, гидролиз и др. В мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭР) практически всех тканей локализована система микросомального (монооксигеназного) окисления (СМО), отвечающая за течение первой фазы обезвреживания. В эксперименте при выделении ЭР из клеток мембрана распадается на части, каждая из которых образует замкнутый пузырек - микросому. Микросомы сохраняют большинство морфологических и функциональных характеристик интактных мембран ЭР, в частности, они содержат активные ферменты, участвующие в реакциях обезвреживания. Эта система наиболее активна в печени. В клетках некоторых тканей (например, кора надпочечников) окислительная система локализована в мембранах митохондрий.

 

Вторая фаза обезвреживания

Конъюгация - это присоединение к функциональным группам, образовавшимся в первой фазе или уже имеющимся у ксенобиотиков, других молекул или групп, увеличивающих гидрофильность и уменьшающих их токсичность.

Конъюгация может происходить с:

•  глицином,

•  глюкуронатом,

•  сульфатом,

•  ацетататом,

•  метильной группой,

•  глутатионом.

В этой фазе участвуют ферменты трансферазы, которые присоединяют различные конъюгаты к гидрофильным группам обезвреживаемых веществ. Полученный продукт, как правило, хорошо растворим и легко удаляется из организма с желчью и мочой.

 

Обезвреживание продуктов катаболизма аминокислот в кишечнике

Аминокислоты, не всосавшиеся в клетки кишечника, используются микрофлорой толстой кишки. Ферменты микроорганизмов расщепляют аминокислоты и превращают их в амины, фенолы, индол, скатол, сероводород и другие, токсичные для организма соединения. Этот процесс называют гниением белков в кишечнике. В основе его лежат реакции декарбоксилирования и дезаминирования аминокислот. Продукты гниения частично всасываются в нижних отделах тонкой кишки и с током крови поступают в печень и другие ткани, где могут оказывать токсическое действие.

 

1. Образование и обезвреживание и-крезола и фенола.

Под действием ферментов бактерий из аминокислоты тирозина могут образовываться фенол или крезол путем отщепления боковых цепей.

Рис. - катаболизм тирозина под действием бактерий (Е – бактериальные ферменты)

 

Часть этих соединений попадает в кровоток и по воротной вене поступает в печень, где подвергаются конъюгации двух видов:

•  с сульфатом в составе (ФАФС),

•  с глюкуроновой кислотой в составе УДФ-глюкуроната.

Реакции конъюгации фенола и крезола с ФАФС катализирует фермент сульфотрансфераза.

Рис. - конъюгация фенола и крезола с ФАФС (Е – сульфотрансфераза)

 

Конъюгация фенола и крезола с глюкуроновой кислотой происходит при участии фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы. Продукты конъюгации - фенолглюкуронат и крезолглюкуронат хорошо растворимы в воде и выводятся с мочой. Повышение количества конъюгатов глюкуроновой кислоты с фенолом и крезолом в моче обнаруживается при усилении гниения белков в кишечнике.

 

2. Образование и обезвреживание индола и скатола.

В кишечнике из аминокислоты триптофан микроорганизмы образуют индол и скатол. Бактерии отщепляют карбоксильную и α-амино-группу триптофана, оставляя нетронутым гетероциклический радикал. Индол образуется в результате отщепления бактериями боковой цепи с образованием серина или аланина.

 

 

Рис. - катаболизм триптофана под действием бактерий (Е - бактериальные ферменты)

Скатол и индол обладают гидрофобными свойствами и обезвреживаются в печени в два этапа:

- сначала в результате микросомального окисления они приобретают гидроксильную группу, индол превращается в индоксил;

- затем индоксил вступает в реакцию конъюгации с ФАФС, образуя индоксилсерную кислоту, калиевая соль которой получила название животного индикана. Анализ последнего в моче использовали для оценки детоксикационной функции печени.

 

 

Рис. - участие сульфотрансферазы в обезвреживании индола (Е – сульфотрансфераза)

 

 

 

 

4. Заключение

 

В результате гниения белков в кишечнике человека наблюдаются последствия такие как: гипераммониемия, воспалительные процессы в кишечнике и печени, закисление тканей и нарушение микроцеркуляции. Для обезвреживания токсичных веществ в организме человека необходимо  применять ряд защитных механизмов, не употреблять избыточное количество животных белков, естественным образом подавлять активность гнилостных микроорганизмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Список литературы

 

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. «Биологическая химия», 1998 – С. 409-430, 440-446.

 

2. Полосухина Т.Я., Аблаев Н.Р. «Материалы к курсу биологической химии», 1977 – С. 3-5, 14-17, 23, 24, 102.

 

3. Верболович П.А., Полосухина Т.Я., Каипова З.Н. и др. «Практикум по органической, физической и биологической химии», 1973 – лаб.раб.№№ 263-266, 268, 270.

 

4. Верболович П.А., Аблаев Н.Р. «Лекции по отдельным разделам биохимии» 1985 – С. 131-137.

 

5. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. «Основы патохимии» 2000 – С.51-57, 64-65.

 

6. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. «Биохимия для врача» 1994 – С.107-110.

 

7. Биохимия человека – Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл – М., Мир, 1993

 

8. Шарманов Т.Ш., Плешкова С.М. – Метаболические основы питания с курсом общей биохимии  — Алматы, 1998