Нарушение биосинтеза и распада белка в органах и тканях

Синтез белков

Белки органов и тканей нуждаются в постоянном обновлении. Для биосинтеза белка нужны аминокислоты. Процесс биосинтеза белка протекает следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ,

Синтез белка происходит в цитоплазме клеток на рибосомах (рис.20).

Начальным этапом синтеза белков является активация аминокислот под воздействием фермента и АТФ с образованием аминоациладенилатов. Активированная аминокислота вступает во взаимодействие с транспортной рибонуклеиновой кислотой РНК, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с рибосомой, в положении, определяемом молекулой информационной рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. Рибосомы, в свою очередь, вступают в контакт с тРНК и, подвигаясь вдоль линейной структуры иРНК, включают аминокислоты в определенной последовательности. После выстраивания этих молекул связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. После завершения синтеза полипептидная цепь снимается с рибосомы в окружающую среду, окончательно принимая пространственную конфигурацию, типичную для данного специфического белка. В регуляции синтеза белка принимает участие ген-оператор и регулирующий ген (рис. 20а).

Рис.20а. Регуляция синтеза белка в клетке.

Регулирующий ген ведает синтезом репрессора, который является ферментом и тормозит деятельность структурных генов. Репрессор взаимодействует с геном-оператором, который составляет единое целое со структурными генами. Репрессор может быть в активном и неактивном состоянии. Активный репрессор подавляет ген-оператор и синтез белка на структурных генах прекращается. Активатором репрессора может быть определенная концентрация белка в клетке. При недостатке белка репрессор заторможен и синтез белка в структурных генах увеличивается. Анаболические гормоны, канцерогенные вещества тормозят репрессор.

Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.

Гормоны, регулирующие белковый обмен, делятся на анаболические и катаболические. К анаболическим гормонам относятся соматотропный и гонадотропные гормоны передней доли гипофиза, гормоны половых желез, инсулин. Гормоны щитовидной железы в физиологических дозах в растущем организме стимулируют синтез белка, морфологическую и функциональную дифференцировку тканей. Нормальные дозы в условиях взрослого организма при достаточном и усиленном белковом питании проявляют катаболический эффект, который не приводит к нарушению азотистого равновесия и способствует выведению избытка белка. Гиперпродукция тиреоидных гормонов и глюкокортикоидов оказывает катаболическое действие.

Причинами нарушения синтеза белка в клетке являются:

• недостаточное содержание белков и незаменимых аминокислот в пище (например, при недостатке триптофана развивается гипопротеинемия, аргинина – снижается сперматогенез, метионина – развивается жировая инфильтрация печени, валина – возникают мышечная слабость, задержка роста, исхудание и развитие кератозов);

• недостаток анаболических гормонов;

• дефицит кислорода и недостаток выработки АТФ;

• мутации структурных и регулирующих синтез белка генов (при включении вместо глутаминовой кислоты валина в молекулу гемоглобина развивается серповидноклеточная анемия); повреждение гена-репрессора (например, при блокировании его канцерогенными веществами возникает беспрерывный синтез белка);

• нарушения отдельных этапов биосинтеза белков: транскрипции и трансляции (антибиотики, стрептомицин);

• нарушение нейроэндокринной регуляции (перерезка нервов, недостаток анаболических гормонов: CТГ, половые, инсулин, избыток тироксина, глюкокортикоидов).

• патология ферментов cинтеза белка (наследственные заболевания, авитаминоз, действие повреждающих факторов, ацидоз).

• болезни печени.

Кроме приобретенных существуют наследственные дефекты биосинтеза белка (нарушения образования факторов свертывания крови, гемоглобина, структурных белков в организме).

Усилению распада белка в организме способствуют: