Какие белки обладают инфекционными свойствами

Шапероны – класс белков, защищающих другие белки от денатурации в условиях клетки и облегчающих формирование их нативной коиформации

В каждой клетке присутствуют белки – шапероны, обладающие высоким сродством к экспонированным гидрофобным участкам полипептидной цепи и способные связываться с белками, находящимися в неустойчивом, склонном к агрегации состоянии. В зависимости от массы, шапероны делят на 6 классов, например Ш-70 имеют массу от 66 до 90 кДа.

Шапероны подразделяются на конститутивные, синтез которых в клетке постоянен и не зависит от внешних факторов, и индуцибельные (белки теплового шока – их впервые выделили из клеток, подвергшихся воздействию высокой температуры), синтез которых в интактной клетке идет слабо, но при стрессовых воздействиях резко возрастает.

Пептидная цепь, растущая в процессе трансляции, формирует конформацию в результате многоступенчатого процесса, развернутого во времени. Для образования нативной конформации белка нужна его полная аминокислотная последовательность. Поэтому в процессе синтеза белка на рибосоме защиту пептида, еще не имеющего возможность сформировать правильную конформа-нию, выполняют специальные белки – шапероны Ш-70. Они сопровождают белки после трансляции в различные отсеки клетки и к месту образования макромолекулярных комплексов, что защищает белки от спонтанной агрегации.За направление синтезированных пептидов в различные клеточные компартменты (ядро, митохондрии, на поверхность клеточной мембраны, что характерно для многих рецепторных белков и т.д.) отвечает лидерная последовательность синтезированного пептида, которая также распознается шаперонами. После доставки пептида в нужный компартмент клетки лидерная последовательность отщепляется.

Фолдинг высокомолекулярных белков, имеющих сложную пространственную структуру, происходит при участии шаперонов другого класса- Ш-60, функционирующих в составе олигомерного комплекса. Шапероновый комплекс включает 14 субъединиц, каждая из которых состоит из трех доменов (один из них обладает АТФ-азной активностью). Белок, на поверхности которого экспонированы гидрофобные радикалы, попадает в полость шаперонового комплекса, где формируется энергетически наиболее выгодная (с минимальной свободной энергией) нативная конформация белка. Высвобождение готового белка требует расхода энергии, получаемого в результате гидролиза АТФ.

При действии различных стрессовых факторов (высокая температура, изменении рН, действие токсических веществ, гипоксия и т.д.), вызывающих денатурацию белков, в клетке усиливается синтез шаперонов – белков теплового шока, Самопроизвольный процесс восстановления конформации и функции частично денатурированных белков (ренативация) затруднен из-за их склонности к агрегации. Шапероны, обладая высоким сродством к гидрофобным участкам поврежденных белков, предотвращают их полную денатурацию и восстанавливают нативную конформацию белковой молекулы.

Роль шаперонов состоит в контроле за конформационным состоянием внутриклеточных белков. При невозможности исправить массивные повреждения белков клетки, вызванные неблагоприятными факторами среды, шапероны запускают процесс апоптоза (программированной клеточной гибели).

Апоптоз. Программированная клеточная гибель (апоптоз) представляет собой процесс поглощения одной клетки другими клетками, который происходит без разрыва плазматической мембраны (как при некрозе) и не сопровождается воспалением. Апоптоз сложный активный многокомпонентный процесс, включающий в себя:

1. получение сигнала через поверхностные рецепторы плазматической мембраны или от внутриклеточных структур;

2. преобразование сигнала программированной клеточной гибели в активацию цитозольных протеаз со специфичностью Цистеин-Аспартат (Суs-Asp), получивших название каспаз;

3. активацию внутриклеточных нуклеаз и протеаз под влиянием каспаз, ведущих нуклеосомальную фрагментацию ядерной ДНК и белков клетки;

4. экспрессию рецепторов фагоцитоза на герметизированной плазматической мембране;

5. фрагментацию клетки на мембранные везикулы, внутри которых продолжаются гидролитические процессы распада белков и ДНК;

6. поглощение везикул соседними клетками (макрофагами и другими клетками с фагоцитарной активностью).

Благодаря апоптозу поддерживается тканевой гомеостаз, а его нарушения лежат в основе многих заболеваний. Нарушения апоптоза либо приводят к заболеваниям, либо являются главным патологическим фактором, вызывающим утяжеление заболеваний и развитие осложнений. Апоптоз играет важную роль во многих физиологических процессах и, особенно, в иммунной системе. Недостаточность апоптоза обнаружена при опухолевых и аутоиммунных процессах, а его явная избыточность в лимфоцитах человека сопровождает СПИД.

Апоптоз активируют различные виды излучения (гамма- и ультрафиолетовое), препараты химеотерапии и другие неблагоприятные воздействия. На ранних этапах программированной клеточной гибели происходит инверсия плазматической мембраны, связанная с пероксидным окислением фосфатидилсерина и выходом окисленных продуктов на её наружную поверхность. Затем цитоплазма клетки дробится на большое число везикул, клеточное ядро распадается на фрагменты, хроматин конденсируется, а ДНК подвергается интенсивной деградации. В заключительной стадии апоптоза гибнущая по этому механизму клетка подвергается фагоцитозу.

Первый путь внутриклеточной инициации апоптоза имеет митохондриаль-ное происхождение и включается при нарушении процесса нормального двух-электронного переноса на кислород – инициируется цитохромом С, который поступает из митохондрий в цитозоль. Второй путь инициируется конститутивными и индуцибельными шаперонами (белками теплового шока) и связан с утратой клеточного контроля над конформационным состоянием цитоплазматических белков.

Прионы. Класс белков, обладающих инфекционными свойствами, называется прионами. (от англ. proteinaceous infectious particle- белковая инфекционная частица).

Прионы- новейший класс инфекционных агентов (расшифровка их природы относится к началу 80-х годов) – мельчайшие белковые структуры, лишенные нуклеиновых кислот, способные при определенных условиях трансформироваться и, в свою очередь, трансформировать сходные белки. Прионы могут приобретать высокую устойчивость к действию ферментов, физических и химических факторов и проявляют свои инфекционные свойства, повреждая нервную ткань с образованием так называемых губчатых структур (амилоида) без классической воспалительной реакции. Они являются причиной особых “медленных инфекций” (очень длительный инкубационный период – месяцы, годы; прогрессирующее течение; необычность поражения тканей и неизбежный смертельный исход). У людей описано четыре прионовых заболевания. Наиболее известны:

– болезнь куру – прионовая болезнь аборигенов Новой Гвинеи , ее эпидемический характер обусловлен традицией каннибализма (в настоящее время практически исчезла).

– болезнь Кройтцфельдта-Якоба. Считалось, что прионы, от которых заболевают представители одного вида, могут оказаться для представителей другого вида совершенно безобидными (прионы овец и коров различаются по семи аминокислотным остаткам, между прионами коровы и человека значительно больше различий – в тридцати аминокислотах), однако встречаются примеры прорыва через этот “межвидовой барьер”, например болезнь Кройтцфельдта-Якоба, которой заражались люди, употреблявшие в пищу мясо коров – носителей при-онов, вызывающих “коровье бешенство”.

– болезнь Герстманна-Штройсслера-Шейнкера (Gerstmann-Stranssler-Scheinker),

– фатальная семейная инсомния (нарушение сна, бессонница).

Прионовые заболевания – группа быстро прогрессирущих заболеваний, характеризующихся спектром клинических симптомов, включающих нарушения когнитивных функций, атаксию, миоклонии, нарушение зрения, пирамидную и экстрапирамидную симптоматику. Им в свое время давали название медленных инфекций нервной системы, однако инфекционный фактор обнаружен не был. Прионовые заболевания характеризуются вакуолярной дегенерацией нейронов и формированием вариабельных амилоидных бляшек головного мозга.

В основе заболеваний, вызываемых ими, лежат нарушения фолдинга прионового белка. Все млекопитающие, включая и человека, продуцируют прионовый белок (prion protein – PrP). У больных людей и млекопитающих животных обнаруживается этот же белок в иной патологической конформации (misfolded state -PrPsc – иногда его называют так, что означает – прионовый белок в скрепи форме, sc = scrapie). Скрепи – прионовое заболевание овец – было выявлено одним из первых в 80 годах 20 в.

Нативная форма прионового белка (РгР) отличается от его патологической формы (PrPsc) своей пространственной структурой – конформацией).

Нормальный нативный прионовый белок человека (РгР) имеет много а-спиральных участков, а патологический характеризуется высоким содержание Р-слоев. Особенность нативного прионового белка заключена в его кон-формации, которая характеризуется наличием спиральных участков и значительных (около половины) участков с нерегулярной структурой. Это делает нативный прионовый белок нестабильным. Под влиянием прионовых белков . в инфекционной форме или иных неблагоприятных факторов он переходит в патологическую конформацию (PrPsc), которая характеризуется повышенным содержанием Р-слоев, очень стабильна и является инфекционной. Обратный конформационный переход от PrPsc к РгР невозможен. Контактное взаимодействие инфекционной формы (PrPsc) с нативным прионовым белком (РгР) вызывает обязательный переход нативного белка в инфекционную форму.

Прионовые белки в инфекционной форме склонны к агрегации и формируют внутриклеточную структуру амилоида, не поддающегося расщеплению протеолитическими ферментами, выдерживают длительно нагревание (кипячение) и нарушают функционирование нейронов.

В настоящее время механизм, запускающий начальную (инициальную), но достаточно редкую конформацию (PrPsc), неизвестен. Полагают, что под действием неблагоприятных факторов среды, в том числе банальных инфекций, в организме могут возникать инфекционные прионовые белки.

Иньекция PrPsc генетически измененным мышам, которые не способны продуцировать свой собственный РгР белок заболевания не вызывает.

Date: 2016-05-24; view: 2074; Нарушение авторских прав

Источник

Содержание статьи:

Что такое белок
Виды белков
Синтез белка
Состав белков
Свойства
Функции белков
Строение
Переваривание белков
Обмен белков в организме
Продукты богатые белком
Норма в день для организма
Усваиваемость белка
Вред белков

Белки – это важные компоненты, которые имеют большое значение для нормальной работы организма. Источниками этих веществ являются животные и растительные продукты. Чтобы белковые элементы полноценно усваивались организмом, необходимо правильно употреблять их.

Белки (белок)

Что такое белок

Белок – это органическое соединение, которое включает альфа-аминокислоты. Они соединяются в цепь пептидной связью. В живых организмах белковый состав определяется генетическим кодом. В процессе выработки этих веществ обычно принимает участие 20 аминокислот. Их сочетания создают белковые молекулы, которые отличатся своими свойствами.

Виды белков

Виды белков бывают следующие:

Белки куриных яиц. Они усваиваются лучше всего и считаются эталонными. Всем известно, что яйца включают белок, который почти на 100 % состоит из альбумина, и желток.
Казеин. При попадании в желудок вещество превращается в сгусток, который долгое время переваривается. Это обеспечивает невысокую скорость расщепления белка, что провоцирует стабильное снабжение организма аминокислотами.
Белки молочной сыворотки. Такие компоненты расщепляются быстрее всего. Уровень аминокислот и пептидов в крови увеличивается уже в течение 1 часа после употребления таких продуктов. При этом кислотообразующая функция желудка остается неизменной.
Соевые белки. Такие вещества имеют сбалансированный состав важных аминокислот. После употребления подобных продуктов снижается содержание холестерина. Потому такую пищу стоит есть людям с лишним весом. При этом главным минусом соевых белков считается наличие ингибитора пищеварительного фермента трипсина.
Растительные белки. Такие вещества усваиваются человеческим организмом достаточно плохо. Их клетки обладают толстыми оболочками, которые не поддаются влиянию пищеварительного сока. Также проблемы с усвоением обусловлены наличием ингибиторов пищеварительных ферментов в отдельных растениях.
Рыбный белок. Изолят рыбного белка достаточно медленно расщепляется до состояния аминокислот.

Синтез белка

Синтез белка осуществляется в особых частицах – рибосомах.

Этот процесс происходит в несколько стадий:

активация аминокислот;
инициация белковой цепи;
элонгация;
терминация;
сворачивание и процессинг.

Состав белков

Состав белков представляет собой линейные полимеры, которые включают остатки α-L-аминокислот. Также в белковых молекулах могут присутствовать модифицированные аминокислотные остатки и составляющие неаминокислотной природы.

Аминокислоты обозначают сокращениями, включающими 1 или 3 буквы. Белки, которые имеют длину от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков, называют пептидами. Если наблюдается высокая степень полимеризации, их именуют белками. Однако такое деление считается достаточно условным.

Свойства белков

Для белков характерны следующие свойства:

Различная растворимость в воде. Белковые элементы, которые растворяются, приводят к формированию коллоидных растворов.
Гидролиз. Под влиянием ферментов или растворов минеральных кислот разрушается первичное строение белка и формируется смесь аминокислот.
Денатурация. Под этим термином понимают частичное или полное разрушение структуры белковой молекулы. Этот процесс может происходить под воздействием разных факторов – повышенных температур, растворов солей тяжелых металлов, кислот или щелочей, радиоактивного излучения, отдельных органических веществ.

Функции белков

Рассмотрим детальнее ряд важных функций белков:

Строительная. Такие вещества принимают участие в формировании клеток и внеклеточных элементов. Они присутствуют в составе мембранклеток, сухожилий, волос.
Транспортная. Белковый компонент крови, который называется гемоглобином, присоединяет кислород и распространяет его в разные ткани и органы. После чего обратно переносит углекислый газ.
Регуляторная. Гормоны белкового характера участвуют в обменных процессах. Инсулин отвечает за регуляцию содержания глюкозы в крови, обеспечивает выработку гликогена, повышает трансформацию углеводов в жиры.
Защитная. При попадании в организм инородных объектов или микроорганизмов вырабатываются особенные белки – антитела. Они помогают связать и нейтрализовать антигены. Фибрин, который вырабатывается из фибриногена, останавливает кровотечения.
Двигательная. Существуют особые сократительные белковые элементы. К ним относят актин и миозин. Эти веществаобеспечивают сокращение мышечных тканей.
Сигнальная. В поверхностной клеточной мембране присутствуют белковые молекулы, которые могут менять третичную структуру под влиянием внешних факторов. Это помогает принимать сигналы извне и передавать в клетку команды.
Запасающая. У животных белковые вещества обычно не запасаются. К исключениям относят яичный альбумин и казеин, который присутствует в молоке. При этом белки способствуют скоплению определенных веществ. Распад гемоглобина приводит к тому, что железо не выводится, а сохраняется. Благодаря этому формируется комплекс с ферритином.
Энергетическая. Распад 1 г белка сопровождается синтезом 17,6 кДж энергии. Вначале белковые элементы распадаются до аминокислот, а затем – до конечных продуктов. В результате вырабатывается вода, аммиак и углекислый газ. При этом белки применяются в качестве источника энергии лишь в том случае, если остальные – израсходованы.
Каталитическая. Это одна из наиболее важных функций белковых элементов. За нее отвечают ферменты, которые активизируют биохимические процессы в клеточных структурах.

Строение белков

Среди органических веществ белки, которые называются биополимерами, считаются самыми многочисленными. Они отличаются разнообразием. На долю этих веществ приходится 50-80 % сухой массы клетки.

Белковые молекулы отличаются большими размерами. Потому их нередко именуют макромолекулами. В строение белков входят углерод, водород, азот, кислород. Помимо этого, в них могут присутствовать сера, железо, фосфор.

Белки отличаются числом – от 100 до нескольких тысяч, составом, последовательностью мономеров. В качестве мономеров выступают аминокислоты.

Переваривание белков

Белки усваиваются в желудке и тонком кишечнике. Процесс переваривания представляет собой гидролитическое расщепление белков до аминокислот.

Он имеет определенные особенности:

протеолитические ферменты продуцируются в неактивном состоянии;
активирование наблюдается в просвете пищеварительного тракта за счет частичного протеолиза;
протеазы пищеварительного тракта характеризуются субстратной специфичностью – они могут относиться к эндопептидам или экзопептидазам.

Основным ферментом желудка, который расщепляет белки, считается пепси. Он синтезируется в неактивном состоянии и представляет собой профермент пепсиноген. Под воздействием соляной кислоты наблюдается частичный протеолиз пепсиногена. В результате появляется активная форма – пепсин.

Обмен белков в организме

Обмен белков в организме значительно сложнее, чем метаболизм липидов или углеводов. Жирные кислоты попадают в клетки почти в исходном виде, а углеводы – служат источником энергии. При этом основной строитель мышц претерпевает немало изменений в организме. На отдельных этапах белок преобразуется в углеводы. Как следствие, вырабатывается энергия.

Существует несколько этапов белкового обмена, для каждого из которых характерны определенные особенности:

Попадание белков в организм. Под действием слюны происходит расщепление связей гликогена. Как следствие, формируется глюкоза, доступная для усвоения. Оставшиеся ферменты запечатываются. На этой стадии белки, которые присутствуют в продуктах, распадаютсяна отдельные элементы.Впоследствии они будут перевариваться.
Переваривание. Под действием панкреатина и остальных ферментов наблюдается последующая денатурация до белков первого порядка. Организм способен получать аминокислоты исключительно из простейших белковых цепей. Для этого он вырабатывает кислоту. Это облегчает расщепление веществ.
Расщепление на аминокислоты. Под действием клеток слизистых оболочек кишечника денатурированные белки попадают в кровь. Простой белок преобразуется организмом в аминокислоты.
Расщепление до энергии. Под действием большого количества заменителей инсулина и ферментов для усваивания углеводов белок трансформируется в глюкозу. При нехватке энергии организм не выполняет денатурацию белка, а сразуегорасщепляет. В результате вырабатывается чистая энергия.
Перераспределение аминокислот. Белковые элементы циркулируют в системном кровотоке и под действием инсулина попадают во все клетки. Как следствие, образуются требуемые аминокислотные связи. По мере распространения белков по организму происходит восстановление фрагментов мышечных элементов и структур, которые связаны со стимуляцией выработки, работой мозга, дальнейшей ферментацией.
Образование новых белковых структур. Аминокислоты связываются с микроразрывами в мышцах и приводят к созданию новых тканей. Как следствие, наблюдается гипертрофия мышц. Аминокислоты в требуемом составе трансформируются в мышечно-белковую ткань.
Обмен белков. При избытке таких структур под влиянием инсулина они снова проникают в систему кровообращения. Это приводит к формированию новых структур. При существенном напряжении в мышцах, длительном голодании или в период заболевания организм использует белки для компенсации недостатка аминокислот в остальных тканях.
Перемещение липидных структур. Белки, которые соединяются в фермент липазу, способствуют перемещению и перевариванию с желчью полинасыщенных жирных кислот. Эти элементы принимают участие в перемещении жиров и выработке холестерина. С учетом состава аминокислот белки могут синтезироваться в полезный или вредный холестерин.
Выведение окисленных продуктов. Использованные аминокислоты покидают организм с продуктами обмена. Мышцы, которые повреждаются вследствие нагрузок, тоже выводятся из организма.

Продукты богатые белком

Существует довольно много источников таких элементов. Животные продукты богатые белком, бывают следующие:

Куриное мясо. 100 г продукта включает около 20 г белков. При этом такое мясо почти не содержит жира. Это актуально для людей, которые контролируют свой вес или занимаются спортом.
Рыба. Самыми ценными источниками белка считаются тунец и лосось. Помимо этого, в продуктах имеются ценные кислоты омега-3, которые обеспечивают стабилизацию функций сердца и улучшают настроение.
Свинина. В зависимости от жирности мяса в 100 г продукта может присутствовать 11-16 г белков. Также свинина включает витамины группы В.
Яйца. В 1 яйце присутствует 6 г белка. Также продукт включает витамин В12 и холин.
Говядина. На 100 г продукта приходится 19 г белков. Также говядина включает железо, карнитин и креатин

К растительным источникам белков стоит отнести следующее:

Бобовые. Эти продукты включают большое количество белков. 100 г гороха содержит 23 г этих компонентов, а в сое присутствует 34 г белков.
Орехи. Они представляют собой ценные источники белков и включают ненасыщенные жирные кислоты.
Грибы. Эти продукты включают 2-5 % белков от общего количества. При этом есть сведения, что пищевые компоненты из грибов усваиваются с большим трудом.
Гречка. В 100 г продукта присутствует 13 г белков. В гречке нет глютена, потому она вызывает аллергических реакций. При этом крупа включает фитонутриенты, которые сказываются на выработке инсулина и восстанавливают метаболизм.

Норма белка в день для организма

Норма белка в день для организма взрослого человека составляет минимум 50 г в чистом виде, что соответствует 150 г белого мяса или рыбы. Люди, которые активно занимаются спортом и нацелены на развитие мышечных тканей, должны употреблять большее количество белков.

Для профилактики распада мышечной ткани женщины должны употреблять минимум 1 г белка на 1 кг веса. Однако оптимальным количеством считается 2 г. Для мужчин этот параметр увеличивается до 3 г. Это означает, что представитель сильного пола весом 90 кг должен съедать в день 270 г чистого белка.

Усваиваемость белка

При употреблении таких веществ, стоит помнить о чувстве меры. Избыточное количество белков представляет определенную опасность. Они с трудом перевариваются и могут вызвать нарушения пищеварительных функций.

Проблемы с усвоением белков могут возникать в следующих ситуациях:

Избыточное количество белка за 1 прием пищи. За 1 прием организм не может усвоить больше 35 г белков. Помимо этого, избыток таких веществ отрицательно влияет на пищеварительные функции. Организм не способен переварить большое количество протеинов. Как следствие, неусвоенная часть начинает гнить в пищеварительных органах. Это провоцирует запоры, увеличение ацетона и нарушения в работе поджелудочной железы.
Систематическое переедание. Диетологи советуют придерживаться принципов дробного питания – 4-5 раз в день. Это помогает лучше переваривать пищу, в том числе и белки.
Употребление большого количества трудноперевариваемых белков. Протеины могут усваиваться в разном объеме. Есть белки, которые легко перевариваются. Однако существуют и трудноперевариваемые продукты. Эталоном белковой пищи считаются куриные яйца. Также к легким белкам относят нежирные кисломолочные продукты, куриное филе, кролика.
Исключение жиров. Безусловно, жирные продукты содержат большое количество калорий и с трудом усваиваются. Однако полностью отказываться от них не следует. Это чревато гормональными нарушениями, ухудшением состояния волос и кожи. Также исключение жиров провоцирует нарушение процесса переваривания белков. Чтобы обеспечить эффективную работу печени и выведение продуктов синтеза белка, стоит включать в рацион желчегонные жиры. Они присутствуют в оливковом и кунжутном маслах.
Дефицит жидкости. Нарушение питьевого режима провоцирует разные проблемы, включая ухудшение усвоения белка. В сутки человек должен пить 30-40 мл воды на 1 кг массы тела. В жаркую погоду или при серьезных физических нагрузках норма дополнительно повышается на 500-800 мл.
Неправильные дополнения к белкам. Чтобы протеины усваивались максимально хорошо, их рекомендуется сочетать с овощами. В такой пище присутствуют ферменты и клетчатка. Это облегчает переваривание белков.

Вред белков

Нарушения белкового обмена представляют большой вред для организма. Эти вещества принимают участие почти во всех физиологических процессах. При нарушении обмена белков есть риск развития опасных нарушений.

При этом для здоровых людей белки представляют опасность лишь при избыточном потреблении в течение долгого периода времени. При соблюдении белковых диет, которые базируются на употреблении большого количества протеинов, нужно помнить о чувстве меры. Такие системы питания должны быть кратковременными и плавными.

Избыточное количество белков в рационе провоцирует поражение почек и печени. Это связано со сложным процессом выведения веществ. В этом случае вырабатываются кетоновые тела, которые провоцируют отравление организма.

При некоторых патологиях есть противопоказания к употреблению белков. К ним относят подагру, недостаточность почек и печени, хроническую форму панкреатита.

Белки представляют собой ценные вещества, которые принимают участие во всех физиологических процессах. Потому каждый человек должен употреблять достаточное количество протеинов. При этом необходимо помнить о чувстве меры и соблюдать рекомендации врачей.

Источник