Bilans azota i uloga proteina u organizmu

U živim bićima proteini se stalno razgrađuju (katabolizuju). Pošto organizam nema sposobnost da ih deponuje, mora da ih nadoknadi sintezom. Životni vek proteina se razlikuje, kao i vreme njihove zamene, pa tako neki ćelijski proteini žive 2-3 dana, albumini 20 dana, a strukturni proteini, na primer, kolagen, 1000 dana.Za život neophodni proteini i aminokiseline se unose hranom. Njihovom hidrolizom u organima za varenje stvara se smeša aminokiselina koje se apsorbuju i zajedno sa aminokiselinama iz endogenih proteina grade PUL koji je na raspolaganju za sintezu ili katabolizam. Svi metabolički procesi proteina i aminokiselina se odvijaju u jetri. Katabolizmom ovih jedinjenja nastaje urea, koja se izlučuje putem urina.Od nekih aminokiselina mogu da se izgrade neproteinska azotna jedinjenja, kao što su purinske i pirimidinske baze, mokraćna kiselina, kreatinin...Azotni bilans (ravnoteža) je kvantitativna razlika između unetog i izlučenog azota. Postoji pozitivni i negativni bilans azota.Pozitivni bilans azota se javlja kada unošenje azota prevazilazi izlučivanje (na primer, u trudnoći).Negativni bilans azota se javlja kada se više azota izluči nego što se unese (na primer, kod oboljenja gastrointestinalnog trakta, gladovanja, infekcija, trauma, pri laktaciji...)

Poremećaji metabolizma aminokiselina

U metaboličkim procesima aminokiselina učestvuju mnogobrojni enzimi. Ukoliko dođe do poremećaja u aktivnosti pojedinih enzima ili do njihovog deficita, nastaju poremećaji u organizmu. Oni su najčešće nasledne prirode. U ovakvim slučajevima dolazi do nagomilavanja nekih aminokiselina i njihovih metabolita u telesnim tečnostima i tkivima. Neki od njih su toksični za organizam. Poznati su poremećaji na nivou resorpcije, transporta ili izlučivanja aminokiselina.Fenilketonurija je nasledni poremećaj koji se ogleda u nedostatku enzima koji učestvuje u reakciji prevođenja fenil-alanina u tirozin. Fenil-alanin se nagomilava u krvi i tkivima i dolazi do poremećaja u psihičkom razvoju i mentalne zaostalosti obolelog deteta. Deo fenil-alanina se katabolizuje u fenil-piruvat, koji se ekskretuje urinom, a njegova analiza se koristi kao dokaz ove nasledne bolesti.Alkaptonurija je nasledni poremećaj metabolizma aromatičnih aminokiselina. Ovaj poremećaj nema tako ozbiljne posledice kao fenilketonurija, ogleda se u povećanoj ekskreciji homogentinske kiseline. Urin prilikom stajanja tamni, a u tkivima se javljaju mrki pigmenti. Taloženje ove kiseline u vezivnim tkivima izaziva zapaljenske procese.Proteini u krvi i urinu kod obolelih : Sadržaj ukupnih proteina u krvi je stalan i iznosi 60-80 g/l. Kod različitih patoloških stanja dolazi do promene ove koncentracije. Povećanje koncentracije proteina u plazmi se naziva hiperproteinemija, a sniženje hipoproteinemija.Hiperproteinemija se javlja zbog : dehidratacije, povraćanja, dijaree, srčanih bolesti i bolesti imunog sistema.Hipoproteinemija se javlja zbog : krvarenja, opekotina, bolesti bubrega, crevnog trakta, jetre, loše ishrane i poremećaja metabolizma proteina i aminokiselina.U urinu zdravih osoba proteini se nalaze u malim koncentracijama, koje se uobičajenim postupcima ne mogu detektovati. Kod različitih fizioloških i patoloških stanja može doći do izlučivanja proteina u urinu – proteinurija. Fiziološka stanja pri kojima dolazi do proteinurije su : fizički napor, stres, trudnoća i hladnoća, a patološka su : bolesti bubrega, hemoliza, oštećenje mišića i bolesti imunog sistema.

Varenje proteina

Varenje proteina predstavlja hidrolizu ovih biomolekula do aminokiselina. Hidroliza se odvija pod uticajem enzima proteaza, koje se nalaze u želudačnom, pankreasnom i crevnom soku. Razlikujemo dve vrste proteaza – endo-peptidaze i egzo-peptidaze.Endo-peptidaze hidrolizuju peptidnu vezu na tačno određenom mestu unutar polipeptidnog niza. Značajne endo-peptidaze su pepsin, tripsin i himotripsin.Egzo-peptidaze hidrolizuju peptidne veze na krajevima polipeptidnog niza, pa se stoga dele na karboksi-peptidaze i amino-peptidaze.Varenje proteina počinje u želucu pod dejstvom enzima pepsina. Pepsin se inače sintetiše u neaktivnom obliku i, da bi ispoljio svoju aktivnost, mora da se aktivira. Kada hrana dospe u želudac, gastrin podstiče sintezu hlorovodonične kiseline, koja odvaja jedan oligopeptid iz neaktivnog pepsinogena i prevodi ga u aktivan oblik pepsin.U crevnom traktu nastavlja se hidroliza polipeptida pod dejstvom tripsina i himotripsina, koji se takođe sintetišu u neaktivnom obliku, a aktiviraju se na sledeći način : tripsinogen se prevodi u tripsin pod dejstvom pepsina, a himotripsinogen u himotripsin pod dejstvom tripsina. Hidrolizom proteina nastala je smeša aminokiselina koja se resorbuje iz crevnog trakta aktivnim transportom uz utrošak energije i uz pomoć specifičnih proteinskih nosača. Putem krvotoka ove aminokiseline dospevaju do jetre, gde se ili razgrađuju ili služe kao polazna sirovina za sintezu različitih jedinjenja (na primer, hormona, purinskih ili pirimidinskih baza...)Metaboličke reakcije karakteristične za sve aminokiseline su :Reakcija dekarboksilovanja (oduzima se karboksilna – COOH grupa)Oksidativne dezaminacije (oduzima se amino grupa – NH2)Transaminacija (prenos amino grupe)Reakcijama transaminacije i dezaminacije obezbeđuje se dovoljna količina amino grupa za sinteze, a višak se izdvaja u obliku amonijaka. Zaostali skelet aminokiseline metaboliše se do krajnjeg proizvoda acetil-koenzima A.

Ciklus uree (ornitinski ciklus ili Krebsov ciklus)

Molekul amonijaka je mali, rastvara se u vodi, veoma lako prolazi kroz ćelijske membrane, može da prođe kroz krvno-moždanu barijeru i ispolji svoj toksični efekat. Zbog toga je neophodno da se eliminiše iz organizma, što se postiže sintezom uree ili karbamida. Urea se eliminiše iz organizma preko bubrega.Sinteza uree predstavlja poslednju fazu katabolizma aminokiselina, odigrava se u jetri uz učešće velikog broja reakcija koje čine ciklus uree ili ornitinski ciklus. Ovaj ciklus se odvija jednim delom u mitohondrijama, a drugim delom u citoplazmi ćelija jetre.

Povećana koncentracija uree u krvi i urinu može se javiti pri povećanom unosu, a, samim tim, i katabolizmu proteina, pri poremećaju u radu bubrega, kao i kod naslednih poremećaja u odvijanju ciklusa uree.

Hemoglobin

Hemoglobin je složen protein (hemoprotein) koji se sastoji iz proteinskog dela – globina i prostetične grupe – hema. Proteinski deo čine 4 polipeptidna niza. Najzastupljeniji hemoglobin u ljudskom organizmu je HbA (α2β2), koji se sastoji iz 2α i 2β polipeptidna lanca. Pored HbA, u maloj količini su zastupljeni i HbA2 i HbF – fetalni hemoglobin. Za svaki od 4 polipeptidna niza globina vezan je po jedan hem. Hem se sastoji iz složene strukture protoporfirina IX i jona gvožđa Fe2+.Glavna uloga hemoglobina u organizmu je vezivanje kiseonika u plućima i njegov transport do tkiva, gde se kiseonik otpušta, a preuzima ugljen-dioksid. Hemoglobin koji za sebe ima vezan kiseonik naziva se oksihemoglobin, a hemoglobin koji za sebe ima vezan ugljen-dioksid naziva se karbaminohemoglobin. Karboksihemoglobin je hemoglobin koji za sebe ima vezan ugljen-monoksid. Ugljen-monoksid ima 250 puta veći afinitet za hemoglobin od kiseonika. Male količine karboksihemoglobina se nalaze u krvi pušača. Trovanja ugljen-monoksidom su česta, jer je on produkt nepotpunog sagorevanja (prometne saobraćajnice, u domaćinstvima – šporet na drva). Kao terapija kod trovanja ugljen-monoksidom daje se smeša kiseonika i 5% ugljen-dioksida, jer ugljen-dioksid aktivira centar za disanje.Methemoglobin nastaje kada se Fe2+ jon u hemoglobinu oksiduje u Fe3+ jon. Ovaj hemoglobin ne može da prenosi kiseonik. Kod osoba koje imaju nasledni poremećaj u strukturi hemoglobina dolazi do nakupljanja methemoglobina u krvi i do cijanoze. Povećane koncentracije methemoglobina se mogu javiti i pri konzumiranju nekih lekova ili izlaganju oksidacionim sredstvima, kao što su azotovi oksidi i nitrobenzen.Anemije su poremećaji koji se karakterišu smanjenom koncentracijom hemoglobina u krvi, smanjenim brojem eritrocita i smanjenom mogućnošću dopremanja kiseonika u tkiva. Posebna vrsta anemije je hemolitična anemija, koja nastaje zbog povećane razgradnje eritrocita pod uticajem fizičkih, hemijskih ili bioloških uzroka ili zbog naslednih poremećaja u strukturi i funkcionisanju eritrocita. Anemija srpastih ćelija je poremećaj u strukturi hemoglobina – u β lancu hemoglobina dolazi do zamene jedne aminokiseline (glutaminska kiselina je zamenjena valinom). Kao posledica toga, eritrociti su srpastog izgleda i ne mogu da obavljaju svoju ulogu u organizmu.

Žučne boje

Žučne boje su jedinjenja složene strukture. Nastaju razgradnjom hema. Životni vek eritrocita je oko 120 dana. Nakon toga se razgrađuju u slezini i koštanoj srži. Oslobađa se hemoglobin, koji se razgrađuje na proteinski deo (dalje se metaboliše kao i svi ostali proteini) i hem. Iz hema se oslobađa Fe, koje se dalje koristi za sintezu eritrocita, a preostali prsten porfirina se prevodi u prvu žučnu boju – biliverdin. Biliverdin se dalje prevodi u bilirubin, koji se vezuje za albumine i tako transportuje putem krvi do jetre (nekonjugovani oblik bilirubina). U ćelijama jetre bilirubin se konjuguje sa glukuronskom kiselinom – konjugovani oblik bilirubina. Ovaj bilirubin se putem žuči transportuje do creva, gde se manji deo apsorbuje, putem krvi stiže do bubrega i u urinu se nalazi kao urobilinogen.Preostali deo se prevodi u sterkobilinogen i sterkobiline, koji su pigmenti stolice.Kao posledica nekih metaboličkih poremećaja ili opstrukcije žučnih puteva, dolazi do nagomilavanja bilirubina u krvi i tkivima – žutica.