Для изучения обмена веществ в организме и отдельных органах существует разнообразные методы. Одним из старинных является метод балансовых опытов , заключающийся в том, что изучают количество поступивших органических веществ и количество образовавшихся конечных продуктов.
Для изучения обмена веществ в отдельных органах применяют метод изолированных органов . Органы, способные сохранять в течение некоторого времени свою жизненную активность и могут использовать для своей деятельности питательные вещества, пропускающие через кровь.
Для изучения обмена веществ в отдельных органах - метод ангеостомии. Разработал Лондон. На кровеносные сосуды накладывают специальные трубочки, которые позволяют получить притекающую кровь к какому-либо органу. По изменению химического состава крови судят о процессе обмена веществ.
В настоящее время широко используется метод меченых атомов – основанный на использовании соединений, в молекулы которых включены атомы тяжелых и радиоактивных изотопов биоэлементов. Вводят в организм соединения, меченные такими изотопами, используют радиометрические методы анализа можно проследить за судьбой элементов или соединений в организме и о его участии в метаболических процессах.
59 вопрос Обмен белков. Классификация их (два вида) и характеристика. Значение для организма. Биологическая ценность белков. Азотистый баланс. Роль печени в белковом обмене. Особенности белкового обмена у жвачных. Регуляция белкового обмена
Обмен белков ФУНКЦИИ БЕЛКОВ
Пластическая функция белков состоит в обеспечении роста и развития организма за счет процессов биосинтеза.
Ферментативная активность белков регулирует скорость протекания биохимических реакций.
Защитная функция белков состоит в образовании иммунных белков - антител. Белки способны связывать токсины и яды а также обеспечивать свертываемость крови (гемостаз).
Транспортная функция заключается в переносе кислорода и двуокиси углерода эритроцитным белком гемоглобином , а также в связывании и переносе некоторых ионов (железо, медь, водород), лекарственных веществ, токсинов.
Энергетическая роль белков обусловлена их способностью освобождать при окислении энергию.
Белковый обмен проходит четыре основных этапа:
Расщепление белка в ЖКТ и всасывание в виде аминокислот;
Центральное звено обмена – синтез из аминокислот собственных белков организма и расщепление белка в клетках;
Межуточные превращения аминокислот в клетках;
Образование и выведение конечных продуктов белкового обмена.
Азотистый баланс
Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс - разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов.
Азотистое равновесие - количество поступившего азота равно количеству выделенного (отмечают у взрослого здорового животного в нормальных условиях кормления и содержания)
Положительный азотистый баланс превышает выделенное.
Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором количество поступившего азота меньше выделенного.
При расчетах азотистого баланса исходят из того факта, что в белке содержится около 16% азота, то есть каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка (100:16=6,25).
Белковый минимум
Наименьшее количество вводимого с пищей белка, способствующее поддержанию азотистого равновесия.
МРС, свиньи – 1г/кг живой массы
Лошади – 0,7-0,8 (1,2-1,42)
Коровы – 0,6-0,7 (1)
Человек – 1,5-1,7 (белковый оптимум).
Вне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот . Для нормального метаболизма имеет значение не только количество получаемого белка, но и его качественный состав, а именно соотношение заменимых и незаменимых аминокислот .
Незаменимых аминокислот для моногастричных животных, птиц и человека 10: дизин, триптофан, гистидин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, аргинин.
Биологическая ценность белков
У жвачных и некоторых других видов животных есть свои особенности в обмене белка: микрофлора преджелудков способна синтезировать все незаменимые аминокислоты и, следовательно, могут обходиться кормом без незаменимых аминокислот.
Белки в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки ).
Обмен аминокислот
Основное место обмена аминокислот – печень:
дезаминирование – отщепление аминогруппы (в виде аммиака) с образованием жирных кислот, оксикислот, кетокислот;
трансаминирование – перенос аминогрупп из аминокислот в кетокислоты с образованием другой аминокислоты и кетокислоты без промежуточного образования аммиака;
декарбоксилирование – отщепление карбоксильной группы в виде углекислоты с образованием биогенных аминов.
Регуляция белкового обмена
Глюкокортикоиды - ускоряют распад белков и аминокислот, в результате чего усиливается выделение азота из организма.
Механизм действия СТГ состоит в ускорении утилизации аминокислот клетками. Соответственно, при акромегалии и гипофизарном гигантизме наблюдается положительный азотистый баланс, при гипофизэктомии и гипофизарном нанизме – отрицательный.
Тироксин : при гиперфункции щитовидной железы повышается обмен белков
Гипофункция сопровождается замедлением обмена веществ, останавливается рост и развитие организма.
В печени происходит не только синтез белка, но и обеззараживание продуктов их гниения. В почках совершается дезаминирование продуктов азотистого обмена.
Количественное определение белков сыворотки крови. Изменения белкового состава крови, не являясь полностью специфическим проявлением поражений печени, отражают характер патологического процесса (воспаление, некроз, новообразование и др.), а также нарушение белковообразовательной функции печени и ретикуло-гистиоцитарной системы. Существуют различные физико-химические методы количественного определения белков сыворотки: рефрактометрические способы, колориметрические способы (биуретовые методы), иефелометрические способы и электрофоретическое фракционирование. Нормальные величины для общего белка сыворотки при использовании методов, основанных на высаливании, от 7 до 8 г%, из них 3,5-5,1 г% альбуминов и 2,5-3,5 г% глобулинов. Отношение количества альбуминов к количеству глобулинов (см. Альбумин-глобулиновый коэффициент) равно 1,5-2,3. Электрофоретический анализ (см. Электрофорез) дает в норме следующие соотношения отдельных белковых фракций (в %): альбумины - 55-60; α1-глобулины- 2,1-3,5; α2 -глобулины- 7,2-9,1; β-глобулины- 9,1- 12,7; ү-глобулины- 16-18 общего содержания белка. Гиперпротеинемия наблюдается при хроническом гепатите и постнекротическом циррозе печени. Гипопротеинемия - чаще при портальном циррозе, особенно с асцитом.
Падение количества альбуминов сыворотки вследствие нарушения их синтеза в печени наблюдается при тяжелых формах гепатита, длительной механической желтухе и особенно у больных циррозом печени (в 85% случаев). Почти постоянно отмечается нарастание ү-глобулинов при циррозах печени (чаще при постнекротическом), хроническом гепатите, поражении внепеченочных желчных путей, сопровождающемся инфекцией, и при первичном раке печени. Обычно повышение процентного содержания β-глобулинов сочетается с высоким уровнем липидов сыворотки; увеличение количества α2-глобулинов наблюдается при хроническом гепатите, воспалении желчных путей, длительной механической желтухе. Особенно резкое повышение содержания α2-глобулинов указывает на возможность злокачественного новообразования печени. При тяжелых формах цирроза печени на электрофореграмме наблюдается увеличение и слияние β- и ү-глобулиновых фракций.
Осадочные пробы. По этим пробам можно косвенно судить о состоянии белкового состава крови и в известной мере о функциональном состоянии печени. Результаты осадочных проб зависят не только от соотношения и природы белковых фракций сыворотки крови, но и от присутствия в ней небелковых веществ (липидов, электролитов и др.), связанных с белком.
Сулемовая проба основана на осаждении белков сыворотки крови раствором сулемы. Результаты выражаются в миллилитрах раствора сулемы, добавляемого до получения мути (норма 1,8-2,2 мл). Эта проба чаще положительна при хроническом гепатите, циррозе печени, реже при остром гепатите. Положительная сулемовая проба наблюдается также при других воспалительных заболеваниях (пневмонии, плеврит, острый нефрит и др.).
Проба Вельтмана (см. Вельтмана коагуляционная лента) укорачивается (сдвиг влево) при острых воспалительных процессах и удлиняется (сдвиг вправо) при хронических процессах. Повреждения паренхимы печени ведут обычно к удлинению коагуляционной ленты.
Тимоловая проба основана на электрофотометрическом определении степени мутности сыворотки крови сравнительно со стандартными растворами через 30 мин. после добавления тимолового реактива. Показатели обозначаются в единицах светопоглощения (норма 1,5 ед.). Эта проба отражает больше воспалительную реакцию, чем непосредственные печеночно-клеточные повреждения. Проба положительна при безжелтушных гепатитах, жировой дистрофии печени, при циррозах печени. Повышение тимоловой пробы в конце острого гепатита может указывать на переход его в хроническую форму.
Проба Таката-Ара - образование осадка из сывороточных белков при прибавлении сулемы, соды и фуксина. В нормальных условиях осадок образуется при известных разведениях сыворотки. При заболеваниях печени он образуется при более широких границах разведения сыворотки.
Реакция положительна при выпадении хлопьевидного осадка через 24 часа не менее, чем в трех последовательных пробирках, слабо положительна при выпадении осадка в двух пробирках.
Реакция бывает положительной при хроническом гепатите, переходе его в цирроз, циррозе печени, реже - при остром гепатите. Реакция эта также положительна при других воспалительных заболеваниях (плеврит, пневмония, туберкулез и др.).
Неспецифичность осадочных проб снижает их ценность как функциональных проб печени, однако они отражают динамику развития патологического процесса (остроту, тяжесть, осложнения). Целесообразно применять их в комплексе нескольких проб и электрофоретического исследования белковых фракций.
Аммиак крови. Для определения содержания аммиака в крови чаще всего используют метод изометрической перегонки Конвея. В норме содержание аммиака в венозной крови крайне низко или равно нулю. Уровень аммиака повышается при наличии в портальной системе коллатералей, доставляющих кровь с высоким содержанием аммиака из кишечника прямо в венозную сеть. Значительное повышение аммиака в крови наблюдается при печеночной коме.
Гликопротеиды крови представляют собой высокомолекулярные комплексы, построенные из белка и мукополисахаридов. Гликопротеиды могут определяться при помощи электрофореза на бумаге. В крови гликопротеиды обнаружены во всех фракциях белков. Их среднее содержание в альбуминах составляет 20,8%; в α1-глобулинах-18,6%; в α2-глобулинах-24,8%; в β-глобулинах-22,3%; в ү-глобулинах-13,7%. Кроме того, может быть использована более простая дифениламиновая реакция (к безбелковому фильтрату сыворотки крови прибавляют дифениламиновый реактив).
При болезни Боткина и хронических заболеваниях печени в периоды обострения повышено содержание α-гликопротеидов, ү-гликопротеидов и снижен уровень гликопротеидов во фракции альбуминов; показатель дифениламиновой реакции также у значительной части этих больных повышен. При тяжелых циррозах снижается уровень гликопротеидных фракций альбуминов, а также α1 и α2-гликопротеидов, при повышении количества гликопротеидов показатель дифениламиновой реакции резко снижается. Самые большие повышения содержания α1 и α2-гликопротеидов наблюдаются при раке печени.
Роль печени в белковом обмене очень велика: в ней синтезируются и депонируются белки, в нее поступают с кровью аминокислоты, полипептиды пищи и продукты распада тканевых белков.
Здесь происходят их катаболизм, обезвреживание и удаление неиспользуемых продуктов распада. Часть аминокислот подвергается дезаминированию и переаминированию. Освобождающийся аммиак превращается печенью в менее токсичную мочевину. Из аминокислот, как принесенных извне, так и синтезированных печенью, она снова строит белки собственной ткани, а также белки крови; альбумин, глобулины (а и р, в какой-то мере и у), фибриноген, протромбин, гепарин, некоторые ферменты. В печени же образуются соединения белков с липидами (липопротеины) и углеводами (гликопротеины).
Нарушение белковообразовательной функции печени выявляют, исследуя белки кровяной плазмы или сыворотки. Это нарушение сказывается не столько на общем количестве белков, сколько на соотношении их фракций, изменение которого - диспротеинемия - наблюдается при большинстве поражений печени.
Метод электрофореза на бумаге , наиболее широко используемый в настоящее время в клинической практике, основан на том, что в электрическом поле различные белки в зависимости от величины, формы молекулы, ее заряда и других факторов с разной скоростью движутся по направлению к положительному электроду. При электрофорезе на бумаге различные фракции белков концентрируются на разных участках бумажной полосы, где их можно выявить соответствующей окраской. Величину фракций определяют по интенсивности окраски каждой из них. Белки плазмы крови разделяются на пять основных фракций - альбумины; ш, а2-, р-, а также у-глобулины. Электрофорез в других средах (агаровый, крахмальный гель и др.) позволяет разделить белки на большее число фракций.
При заболеваниях печени наиболее часто встречается уменьшение альбумин-глобулинового коэффициента (А/Г), главным образом за счет снижения содержания альбуминов (нарушение их синтеза). При остром воспалении печени (острый гепатит) наблюдается увеличение содержания в плазме крови а 2 -глобулинов, при хроническом - преимущественно у-глобулинов, возможно, за счет накопления антител, движущихся при электрофорезе с у-глобулинами; при этом общее количество белка сыворотки нередко также увеличивается. При циррозе печени общее содержание белка сыворотки значительно падает преимущественно за счет альбуминов; однако заметно нарастает содержание у-глобулинов.
Фибриноген при электрофорезе на бумаге мигрирует с у-глобулинами и отдельно не выявляется. Для количественного определения фибриноген осаждают из плазмы путем прибавления хлорида кальция с последующим взвешиванием промытого и высушенного осадка или определением белка в этом осадке после его растворения. Фибриноген синтезируется в печени, поэтому при тяжелом ее поражении количество фибриногена в плазме снижается, что может отразиться и на свертышании крови. Нормальное его содержание 2-4 г/л, или 8-14 мг/мл (200-400 мг% - масса сгустка; метод Рутберга).
Общее количество белка плазмы определяют чаще всего рефрактометрическим методом, а при отсутствии рефрактометра - химическими методами: Кьельдаля, биуретовой реакцией, а также нефелометрическим и др.
Белковые осадочные пробы . Соотношение белковых фракций, помимо электрофореза, определяют путем иммуноэлектрофореза, ультрацентрифугирования и др. Помимо непосредственного определения соотношения белковых фракций, применяется ряд простых проб, с помощью которых выявляют наличие диспротеинемии. Это так нашваемые белковые осадочные (флоккуляционные) пробы. Сущность их состоит в том, что при диспротеинемии, особенно при уменьшении содержания альбуминов, нарушается устойчивость коллоидной системы крови. Это нарушение выявляется при добавлении к сыворотке электролита в такой концентрации, которая не изменяет нормальную сыворотку, но при диспротеинемии вызывает помутнение или выпадение хлопьев - флоккуляцию белка. То же наблюдается при появлении в крови патологических белков - парапротеинов. К этой группе проб относятся пробы с сулемой (реакция Таката-Ара, сулемовые пробы Гринстеда и Гросса), сульфатом цинка, сульфатом кадмия, люголевским раствором и др. В другой группе флоккуляционных проб реактив является коллоидным раствором, устойчивость которого нарушается при добавлении к нему небольшого количества дис- или парапротеинемической сыворотки (тимоловая, золотоколлоидальная пробы и др.).
Тимоловая проба основана па определении степени помутнения коллоидного тимолового реактива при добавлении к нему 1До объема сыворотки. Она бывает положительной преимущественно при увеличении в сыворотке содержания р-липопротеинов. Это одна из постоянно положительных проб при вирусном гепатите, диффузных поражениях печени. Она отрицательна при механической желтухе.
При значительном увеличении количества глобулинов и особенно фибриногена положительной оказывается формоловая проба - превращение сыворотки в студневидную массу (желатинизация) от прибавления формалина.
Все осадочные пробы (их предложены десятки) неспецифичны, их изменения обнаруживаются не только при заболеваниях печени, но и при миеломной болезни, коллагенозах и др. Эти пробы выявляют диспротеинемию, но гораздо более простыми и доступными способами, чем электрофорез.
Протромбин (II фактор свертывания крови) синтезируется только в печени при участии витамина К. Причиной гипопротромбинемии может быть как нарушение способности гепатоцитов к синтезу протромбина, так и недостаток жирорастворимого витамина К, поступающего в печень из кишечника. При механической желтухе, когда всасывание жиров, а с ними и витамина К нарушается, выработка печенью протромбина и содержание его в крови падают. Для выяснения причины гипопротромбинемии применяют пробу с парентеральным введением витамина К . Если после этого содержание протромбина сыворотки увеличивается, значит, протромбинообразовательная функция печени не нарушена. Эта проба помогает дифференцировать механическую желтуху от паренхиматозной. Протромбин определяют по скорости свертывания рекальцифицированной плазмы в присутствии избытка тромбопластина.
Определение содержания продуктов расщепления белка. Из продуктов расщепления белка некоторое диагностическое значение имеют аминокислоты, мочевина, остаточный азот и аммиак. Общее количество аминокислот крови повышается только при тяжелые поражениях печени, когда нарушаются ее дезаминирующая и мочевинообразовательная функции, в общем довольно устойчивые. Условием для повышения содержания остаточного азота крови при заболеваниях печени является одновременное нарушение функции почек. Повышение остаточного азота при почечной недостаточности отличается от такового при печеночно-по- чечной недостаточности тем, что при первой основным компонентом остаточного азота является мочевина, а при второй заметную долю составляют аминокислоты. Раздельное определение аминокислот крови при помощи хроматографии не обеспечивает при поражении печени достаточно четких диагностических данных, чтобы оправдать столь трудоемкую процедуру. Некоторое диагностическое значение сохраняет метод определения в осадке мочи кристаллов лейцина и тирозина, появляющихся в ней при острой дистрофии печени.
Методы исследования белкового обмена: Электрофоретический – основан на разделении белков в постоянном электрическом поле в зависимости от величины белковой молекулы. Ультрацентрифугирование – основано на различной скорости седиментации отдельных белков в зависимости от их молекулярной массы. Хроматографические: - Ионнообменная хроматография основана на различной способности отдельных белков к обмену с ионами ионнообменных смол, - Хроматография на молекулярных ситах (гельфильтрация) – на сефадексах – белки разделяются в зависимости от величины молекулы, - Аффинная хроматография – белки делятся на индивидуальные в зависимости от сродства к аффинату (наполнителю колонок).
Высаливание – основано на удалении водной оболочки различными концентрациями солей щелочных и щелочно-земельных металлов и иона аммония. Это старый метод разделения белков. Использование цветных реакций – например биуретовая на общий белок, ксантопротеиновая на циклические аминокислоты,интенсивность окраски измеряют колориметрически. Иммунологические методы – используют для количественного определения индивидуальных белков. При взаимодействии со специфической антисывороткой образуется мутный раствор, интенсивность помутнения измеряют колориметрически.
Подготовка обследуемых: Забор крови делают утром с 8 до 10 часов утра. В экстренных случаях взятие крови осуществляется в любое время дня. Кровь берут натощак, после 8-12-часового голодания. Воздержание от приема алкогольных напитков не менее 24 часов. Исключается физическое напряжение и эмоциональное возбуждение, для чего дают обследуемому отдохнуть 15 минут.
Получение и хранение биологического материала: Желтушные, гемолизированные, хилезные сыворотка или плазма не пригодны для исследования. Для получения плазмы венозную кровь собирают в чистую, сухую пробирку с антикоагулянтом. Соли ЭДТА, гепарин, гепаринат лития, оксалат натрия, цитраты снижают результаты. Центрифугирование проводят в обычном режиме не позднее 3 часов от забора материала.
Для получения сыворотки крови венозную кровь собирают в чистую, сухую пробирку. Центрифугирование проводят в обычном режиме не позднее 3 часов от забора материала. Для исследования мочи используют утреннюю порцию. Исследование проводят не позднее, чем через 2 часа после взятия пробы.
Условия хранения биологического материала: Биологический материал хранят в хорошо закрытых контейнерах. Цельная кровь не пригодна для хранения, даже в присутствии консервантов. Плазму и сыворотку можно хранить 1 день при комнатной температуре, 7 дней при 4-8 С, от 3 до 6 месяцев при –20 С. В закрытых сосудах белок стабилен в моче 2 дня при комнатной температуре, до 17 дней в холодильнике (4-8 С).
Примечания: уровень общего белка может зависеть от возраста (у детей и пожилых ниже), пола (у мужчин выше), характера питания. Повышение белков в крови вызывают следующие факторы: длительное пребывание в вертикальном положении, стресс, прием алкоголя, некоторые лекарственные препараты (цефотаксим, фуросемид, фенобарбитал, преднизалон, прогестерон). Понижение уровня белков в крови вызывают: травма, курение, беременность, голодание, перерыв в приеме алкоголя, нарушение питания, ожирение, некоторые лекарственные препараты (декстран, ибупрофен, пероральные контрацептивы).
Домашнее задание Пустовалова Л.М. Основы биохимии для медицинских колледжей стр
При заболеваниях печени особенно широко проводятся исследования белкового обмена, так как состояние белкового обмена и его нарушение отражает функциональное состояние печени.
Некоторое значение имеет общее снижение количества белка в сыворотке крови ниже 6,5-8,5% и в особенности изменение соотношения его фракций, которое в норме составляет 4,5-5,5% для альбуминов и 2-2, 5% для глобулинов. Такое соотношение соответствует альбуминово-глобулиновому коэффициенту, равному 1,5-2,0.
Отклонение от указанных взаимоотношений указывает на нарушение белкового обмена. В частности, снижение альбуминов часто говорит о серьезном повреждении паренхимы печени, поэтому для исследования белкового обмена используют фракционное исследование белков крови. Большое клиническое значение имеет снижение альбумина крови ниже 3,5%; прогноз становится плохим при его снижении до 2,5%.
Уменьшение количества альбуминов и, следовательно, снижение альбуминово-глобулинового коэффициента наряду с некоторыми внепеченочными заболеваниями (общее истощение) встречается также при циррозах печени и хроническом гепатите.
Исследование белковых фракций
Введение в практику метода электрофореза, т. е. метода разделения сывороточного белка на отдельные фракции при прохождении электрического тока, дало возможность более детально изучить соотношение отдельных фракций, в частности глобулинов. В щелочной среде белковые фракции распределяются таким образом, что ближе всего к аноду располагаются мелкодисперсные альбумины, затем по восходящей величине белковых частиц a-1, a-2, в- и у-глобулины. Последние как наиболее грубодисперсные находятся ближе всех к катоду. Содержание альбуминов составляет в среднем 55-56%, a1-глобулинов - 5-6%, а2- глобулинов - 8-9%, и-глобулинов - 13-14%, у-глобулинов - 16-17%. Количество а2-глобулинов повышается при дистрофических процессах в соединительной ткани, коллагенозах и других патологических процессах, а количество глобулинов повышается при жировой дистрофии печени. Увеличение у-глобулинов, доходящее до 30-50%, отмечается при циррозах и диффузных гепатитах, умеренное повышение - при остром гепатите и воспалительных процессах; оно является надежным показателем перехода гепатита в цирроз. Повышение у-глобулинов обнаруживают также при различных воспалительных процессах.
Статью подготовил и отредактировал: врач-хирургВидео:
Полезно:
Статьи по теме:
- При терапевтических заболеваниях, как и при многих других болезнях, очень большую пользу приносит общетерапевтический биохимический...
- Уровень глобулина повышен при остром дистрофическом поражении печени, в ранние сроки механической желтухи, при амилоидозе...
- Исследование углеводного обмена с помощью определения сахара крови имеет значение для определения нарушений обмена углеводов...