biochemia 1 wykład, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA


BIOCHEMIA

Wykład 1

  1. Biochemiczne podstawy racjonalnego żywienia.

Żywienie człowieka.

Żywienie- dostarczanie pokarmu w stanie naturalnym lub jako potrawy i napoje, zapewniających utrzymanie podstawowych funkcji życiowych organizmu.

Racjonalne żywienie- stałe, codzienne pobieranie pokarmów o określonym składzie.

Lizozym- białko kationowe, które ma własności enzymu hydrolitycznego rozkładającego peptydoglikan ściany komórkowej bakterii. Działanie lizozymu polega na rozrywaniu wiązań β- 1,4- glikozydowych pomiędzy cząsteczkami kwasu N- acetylomuraminowego i N- acetylo glukozaminę. Występuje w ziarnistościach granulocytów wielojądrowych, monocytów oraz makrofagów. Znajduje się także w większości płynów tkankowych oprócz: moczu, potu i płynu rdzeniowo- mózgowego.

Składniki pokarmowe

  1. Rola budulcowa- głównie białka i sole mineralne

  2. Rola energetyczna- węglowodany i tłuszczowce

  3. Rola regulacyjna- witaminy, niektóre składniki mineralne, włókna i woda.

Istotne składniki pokarmowe (niezbędne, egzogenne):

a/ aminokwasy:

- egzogenne- nie mogą być syntezowane w organizmie ludzkim i muszą być dostarczane w pożywieniu w przeciwieństwie do aminokwasów endogennych. Do aminokwasów niezbędnych zaliczamy: fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, walina.

- półegzogenne: histamina i arginina (występują u dzieci)

b/ kwasy tłuszczowe: omega 6 i 5, egzogenne (powyżej 5,2mmol/l- hipercholesterolemia)

Kwasy tłuszczowe egzogenne są niezbędnym elementem diety człowieka (stanowią grupę tzw. wit. F). ważniejsze niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe u człowieka to:

- kwas linolowy

- kwas linolenowy

- kwas arachidonowy

Z tych kwasów tłuszczowych organizm ludzki może zsyntezować inne potrzebne mu kwasy tłuszczowe.

c/ witaminy

Rozpuszczalne w wodzie:

B1- tiamina, B2- ryboflawina, B3- niacyna, B5- kwas pantotenowy, B6- pirydoksyna, B11- kwas foliowy, B12- kobalamina, C- kwas askorbinowy, H- biotyna (tzw. nośnik)

Rozpuszczalne w tłuszczach:

A- retinol. Rola: jako składnik barwników siatkówki uczestniczy w procesie widzenia, jest ważna dla prawidłowego wzrostu nabłonka. Niedobór- zaburzenia widzenia, szczególnie o zmroku; wysychanie spojówek; złuszczanie się skóry.

D- kalcyferol. Rola: wzmaga wchłanianie się wapnia w jelicie, uczestniczy w powstawaniu i wzroście kości. Niedobór- nieprawidłowe zrastanie się kości; krzywica u dzieci; rozmiękczenie kości u dorosłych.

E- tokoferol. Rola: hamuje niepożądane utlenianie wit. A i innych związków; zapobiega niektórym nowotworom. Niedobór- zaburzenia wzrostu; zaburzenia ukrwienia narządów.

K- filochinon. Rola: uczestniczy w procesie krzepnięcia; bierze udział w utlenianiu biologicznym. Niedobór- obserwowany rzadko i najczęściej w stanach pooperacyjnych.

d/ składniki mineralne:

mikroelementy:

makroelementy:

e/ włókna- składnik błon komórkowych komórek roślinnych nie rozkładany przez własne enzymy zwierząt np. celuloza, gumy, pektyny, śluzy. Wytwarzają korzystny wpływ na organizm człowieka:

- przyspieszenie perystaltyki jelit

- rozwój korzystnych bakterii jelitowych

- mniejsze wchłanianie cholesterolu i trój glicerydów

- spowolnienie rozkładu węglowodanów

- spadek stężenia glukozy we krwi

- zmniejszenie czucia głodu

- usuwanie z organizmu substancji szkodliwych- toksyn i metali ciężkich.

f/ woda

g/ energia- jest potrzebna dla realizacji wszystkich czynności ustrojowych

Metabolizm etanolu

Tylko kilka procent etanolu jest wydalanych z moczem lub przez drogi oddechowe, resztę organizm ludzki metabolizuje głównie w hepatocytach. Tam alkohol etylowy przekształca się w aldehyd octowy, a następnie w kwas octowy. W każdym z powyższych przekształceń tworzona jest jedna cząsteczka NADH kosztem NAD+. Utworzony octan jest przekształcany do acetylo- CoA. Nagromadzenie NADH sygnalizuje organizmowi stan nasycenia energetycznego i powoduje cykl Krebsa.

NADH- dinukleotyd nikotynomidoadeninowy

NAD+ forma utleniona dinukleotydu

ATP- adenozynotrifosforan

Etanol przenika przez błony i szybko się wchłania ulegając dystrybucji: najwięcej do mięśni i mózgu, znacznie mniej do tkanki tłuszczowej i kości. Maksymalne stężenie alkoholu we krwi występuje 60-90min. po spożyciu. Całkowite wchłonięcie etanolu zwartego w jednej butelce piwa (16g) prowadzi u mężczyzny o masie ciała 70kg do osiągnięcia stężenia we krwi 0,33 promila. Głównym miejscem metabolizmu jest wątroba i żołądek.

Etanol utlenia się do etanalu, a dalej do ocanu, który wykorzystany jest do acetylo- Coa (związek do pośrednich przemian metabolicznych). Szybkość rozkładu alkoholu limituje aktywność dehydrogenazy alkoholowej. Zależnie od etanolu duże stężenie NADH+H+ oraz acetylo- CoA w wątrobie prowadzi do zwiększonej syntezy tłuszczów obojętnych (VLDL) i cholesterolu. Ujemny wpływ alkoholu na wydzielanie VLDL prowadzi do spichrzania lipidów (stłuszczenie wątroby- początkowo odwracalne). Przewlekły alkoholizm- hepatocyty zastępowane przez tkankę łączną (marskość wątroby).

  1. Żywienie winno zaspokajać jakościowe i ilościowe zapotrzebowanie na składnik pokarmowy.

  2. Spożyte pokarmy muszą dostarczać dostateczną ilość energii. Bilans energetyczny u człowieka dorosłego powinien być wyrównany, a zachwianie prowadzi do chudnięcia lub tycia.

  3. Do syntezy białek i kluczowych związków azotowych (hem, puryny, piramidyny) potrzebne jest 20 aminokwasów, w tym 9 egzogennych (niezbędnych). Bilans azotowy powinien być wyrównany.

  4. Węglowodany stanowią powszechne, łatwo dostępne źródło energii, w pożywieniu występują jako mono- i disacharydy. Glukozę można podawać w postaci innych węglowodanów, głównie skrobii i glikogenu.

  5. Bardzo istotne jest zapotrzebowanie na tłuszcze, a szczególnie wielonienasycone kwasy tłuszczowe.

  6. Bilans węglowodanowy i tłuszczowy nie musi być wyrównany.

  7. Witaminy jako koenzymy- zwłaszcza z grupy B.

  8. Składniki mineralne i woda jako substancja biorąca udział w wielu reakcjach chemicznych często jest czynnikiem determinującym właściwości makromolekuł w komórkach.

  9. Nadmierna podaż niektórych składników pokarmowych może powodować wiele chorób (cukrzyca, otyłość, miażdżyca, nowotwory).

  10. Alkohol etylowy powinien być spożywany z umiarem.

  1. Podstawowe przemiany aminokwasów.

Aminokwasy- składniki budulcowe peptydów, białek, fosfolipidów. Neuroprzekaźniki: glutaminian, asparaginian, glicyna.

Aminokwasy z alifatycznymi łańcuchami bocznymi: Glicyna (Gly, G), Alanina (Ala, A), Walina (Val, V), Leucyna (Leu, L), Izoleucyna (Ile, I).

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zawierającym grupy hydroksylowe: Seryna (Ser, S), Treonina (Thr, T), Tyrozyna (Tyr, Y).

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zawierającym atomy siarki: Cysteina (Cys, C), Metionina (Met, M).

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zawierającym grupy zasadowe: Arginina (Arg, R), Lizyna (Lys, K), Histydyna (His, H).

Podział aminokwasów na podstawie polarności:

a/ aminokwasy niepolarne (hydrofobowe): Alanina, Izoleucyna, Leucyna, Metionina, Fenyloalania, Prolina, Tryptofan, Walina.

b/ aminokwasy polarne (hydrofilowe): Arginina, Asparagina, Kwas asparaginowy, Cysteina, Kwas glutaminowy, Glutamina, Glicyna, Histydyna, Lizyna, Seryna, Treonina, Tyrozyna.

Podział aminokwasów:

a/ aminokwasy egzogenne: Fenyloalanina, Histydyna, Izoleucyna, Leucyna, Lizyna, Metionina, Treonina, Tryptofan, Walina.

b. aminokwasy endogenne: Alanina, Arginina, Asparagina, Cysteina, Glicyna, Glutamina, Kwas asparaginowy, Kwas glutaminowy, Prolina, Seryna, Tyrozyna.

Nie-α aminokwasy, które odgrywają w metabolizmie człowieka ważną rolę:

- β- alanina- część koenzymu A i witaminy pantoteiny

- Tauryna- występuje w żółci, związana z kwasami żółciowymi

- kwas γ- aminomasłowy- powstaje z glutaminianu w tkance mózgowej

- kwas β- aminoizomasłowy- końcowy produkt katabolizmu pirymidyny, występuje w moczu chorych z wrodzonym zaburzeniem metabolicznym.

Źródła metaboliczne wolnych aminokwasów

  1. Trawienie białek w przewodzie pokarmowym

  2. Rozpad białek wewnątrzkomórkowych

  3. Degradacja białek pozakomórkowych

  4. Biosynteza aminokwasów endogennych

Reakcje ogólne aminokwasów

H O

| ||

H2N —C — C —OH

|

R

Witamina B6

- aktywność witaminy B6 wykazuje sześć związków: pirydoksyna, pirydoksal, pirydoksamina, oraz ich 5-fosforany

- aktywnym koenzymem jest 5-fosforan pirydoksalu (PLP)

- ważne ogniwo w przemianie aminokwasów, glikogenu i działaniu hormonów

Niedobór może występować u:

- kobiet w czasie laktacji

- alkoholików (etanolu aldehydu octowego stymuluje hydrolizę PLP)

- podczas leczenia izoniazydem (tworzy hydrazon z pirydoksalem)

Źródła witaminy: wątroba, makrela, owoc awokado, banan, jarzyny, jaja.

Transaminacja

- reakcja chemiczna przeniesienia grupy aminowej z aminokwasu na jeden z 3 ketokwasów w wyniku, czego powstaje nowy aminokwas i nowy ketokwas

- ketokwasy α- ketoglutaran, pirogronian, szczawiooctan

- proces ten katalizowany jest przez transaminazy- aminotransferazy

- aminotransferazy znajdują się w mitochondriach i we frakcji cytoplazmatycznej, a formy te różnią się właściwościami fizykochemicznymi

- jest procesem odwracalnym i może być wykorzystana w procesach katabolicznych, jak i anabolicznych

- transaminasji nie ulegają: lizyna, treonina, prolina, hydroksyprolina.

Deaminacja oksydacyjna

- odłączenie grupy NH2 w postaci jonu amonowego (NH4)

- zachodzi we wszystkich tkankach z udziałem enzymów:

A. deaminazy L-aa i deaminazy D-aa (zlokalizowane w peroksysomach wątroby i nerek), które są flawoproteidami (współdziałają z FMN lub FAD)

- mechanizm działania oksydaz aminokwasowych (L-, D-aa)

1. utlenianie grupy aminowej do iminowej

2. spontaniczna hydroliza do α- keto kwasu i jonu amonowego, atomy wodoru zostają bezpośrednio przenoszone na tlen cząsteczkowy z wytworzeniem H2O2, natychmiast rozkładanego przez katalazę.

B. dehydrogenaza glutaminianowa (wątroba), która jest enzymem regulacyjnym, a mechanizm jej działania, zbliżony do działania oksydaz -AA, ale odbiorcą atomów wodoru jest NAD lub NADP.

C. Deaminacja eliminacyjna (liazy) i hydrolityczna (hydrolazy).

Dekarboksylacja

Reakcje dekarboksylacji- odłączenie CO2 z grupy karboksylowej.

Funkcja amin biogennych:

- HISTAMINA (z histydyny): rozszerza naczynia krwionośne, obniża ciśnienie krwi, ma charakter hormonu tkankowego regulującego miejscowe ukrwienie, pobudza wydzielanie soku żołądkowego

- SEROTONINA (z 5-OH tryptofanu): hormon tkankowy, stymuluje skurcze naczyń krwionośnych i mięśni gładkich

- TYRAMINA (z tyrozyny): hormon tkankowy, wzmaga ciśnienie krwi, pobudza skurcze mięsni gładkich

- β- ALANINA (z asparaginianu): jest składnikiem karnozyny i an seryny (dwupeptydy mięśni) oraz Co-A

- γ- AMINOMAŚLAN (z glutaminianu): duże ilości powstają w mózgu, hamuje przekazywanie bodźców w CUN.

Losy jonu amonowego

Amoniak (we krwi 10-20µg/dl)

- związek toksyczny, szczególnie szkodliwy dla mózgu (obniżenie α- ketoglutaronu zaburzenie funkcji TCA w neuronach)

- objawy zatrucia: drgawki, bełkotliwa mowa, upośledzenie ostrości widzenia, śpiączka, zgon

- ma właściwości zasadowe

- wiąże proton przechodząc w jon amonowy, co przesuwa równowagę kwasowo- zasadową w kierunku alkalizacji tkanek i płynów ustrojowych

- głównym źródłem deaminacja aminokwasów

- powstaje także w deaminacji zasad purynowych oraz zasad pirymidynowych

- tworzony przez bakterie jelitowe i wchłaniany do krwi żyły wrotnej

- podlega detoksykacji i w tkankach:

* wbudowanie do cząsteczki mocznika (wątroba)

* wytwarzanie glutaminy (mózg)

Cykl mocznikowy

Cykl ornitynowy, mały cykl Krebsa, (1932) zachodzi w wątrobie (niewielkie ilości powstają w mózgu lub nerce)

- biosynteza 1 mola mocznika wymaga 3 moli ATP i 1 mola NH4+ oraz azotu α- aminowego asparaginianu

- reakcje cyklu zachodzą w macierzy mitochondriom i w cytozo lu

- z sześciu aminokwasów uczestniczących w syntezie mocznika, N- acetyloglutaminian działa jako jedyny aktywator enzymu

- jest substancją dobrze rozpuszczalną i nietoksyczną, dostaje się do krwi i jest wydalany z moczem

- w cyklu zużywa się jedynie jon amonowy, CO2, ATP i asparginian

- regulacja cyklu obejmuje: regulację allosteryczną (N- acetyloglutaminian), indukcję substratową (wzrost aktywności enzymów przez zwiększoną podaż AA lub ich uwalnianie w wyniku degradacji białek), odtwarzanie ornityny (odpowiednia ilość argininy w diecie)

Z α- ketoglutaranu i jonu amonowego powstaje glutarninian (dehydrogenaza glutaminianowa- aktywatorem Zn2+)

Z glutarninianu i jonu NH4 powstaje glutarnina (synteza glutaminianowa)

Oba enzymy występują w mózgu i mają ważne znaczenie w detoksykacji jonu amonowego.

Glutamina uczestniczy:

- w biosyntezie puryn i pirymidyn

- w regulacji równowagi kwasowo- zasadowej w nerce, przeciwdziałając kwasicy (glutaminaza uwalnia NH3+H+ NH4+

- w biosyntezie asparaginy (synteza asparaginy)

Bilans azotowy

Bilans azotu= spożycie- straty (z moczem, kalem, straty skórne)

- zrównoważony: ilości dzienne przyjmowanego i wydalanego azotu są sobie równe, u dorosłego zdrowego prawidłowo odżywionego człowieka

- dodatni bilans: straty azotu są mniejsze niż ilość dostarczana do organizmu

Występuje przez cały okres wzrostu organizmu, i kobiet w czasie ciąży i laktacji, w niektórych zaburzeniach hormonalnych, w początkowych okresach adaptacji do wzmożonego wysiłku (praca, trening), w okresach rekonwalescencji i wyrównania strat azotu (po głodzeniu).

- ujemny bilans azotowy: straty azotu są większe niż ilość dostarczona do organizmu

Występuje w stanie głodu, niedożywienia, diety ubogo białkowej lub zawierającej białka niepełnowartościowe, ponadto u ludzi ze schorzeniami prowadzącymi do zaniku tkanek, lub po zabiegach operacyjnych na przewodzie pokarmowym.

Przedłużający się okres ujemnego bilansu azotowego jest sytuacją zagrażającą życiu.

Biologiczne aktywne pochodne aminokwasów.

Hormony tarczycy to tyroksyna i trójjodotyronina, znajdują się w pęcherzykach komórek nabłonkowych tarczycy- gruczołu hormonalnego, którego zadaniem jest wychwytywanie jodu z krwi, Tyroksyna i trójjodotyronina regulują procesy energetyczne w komórkach ciała, pobudzają przemianę materii w organizmie i należą do grupy hormonów białkowych.

Aminy katecholowe: do tej grupy zaliczamy dopaminę, noradrenalinę, adrenalinę. Adrenalina, zwana hormonem walki, produkowana jest w rdzeniu nadnercza, reguluje wzrost ciśnienia krwi, tempo bicia serca, tempo oddechu i poziom cukru we krwi.

Noradrenalina i dopamina regulują przekaźnictwo nerwowe, są mediatorami tworzących się impulsów nerwowych, znajdują się w pęcherzykach presynaptycznych w obrębie synapsy chemicznej.

Aminy indolowe: to serotonina i melatonina. Serotonina to hormon tkankowy, który zwęża naczynia krwionośne, zwłaszcza śluzówki jelit i wzmaga ich perystaltykę. Melatonina produkowana przez gruczoł dokrewny- szyszynkę. Hormon ten wpływa na ośrodki snu i czuwania oraz zwiększa koncentrację barwnika w skórze.

Cholina i acetylocholina: acetylocholina jest regulatorem układu parasympatycznego (przywspółczulnego) m.in. zwęża źrenice, rozszerza naczynia krwionośne, zwalnia rytm pracy serca, zmniejsza wydzielanie gruczołów potowych. Cholina natomiast jest jednym z elementów budujących błony komórkowe, jest alkoholem, który wbudowany jest w fosfolipidy, które są jednym z elementów budujących błony.

WIĄZANIA STABILIZUJĄCE STRUKTURY (NIEKOWALENCYJNE)

  1. Peptydy

Glutation i jego metabolizm: glutation (gama-Glu-Cys-Gly) to tripeptyd zawierający grupę hydrosulfidową, jest bardzo wyróżniającą się pochodną aminokwasów i pełni kilka ważnych funkcji min:

2 GSH (zredukowany glutation) + R-O-OH

GSSH (utleniony glutation) +H2O + ROH.

Hormony tylnego płata przysadki;

Wazopresyna (ADH) (9AA): narządem docelowym dla tego hormonu są nerki i mięśnie gładkie. Wazopresyna pobudza zwrotne wydalanie wody w kanalikach nerkowych, pobudza skurcze mięśni gładkich naczyń krwionośnych co podnosi cisnienie krwi, pobudza skurcze mięśni macicy i gruczołu sutkowego.

Oksytocyna (OT) (9AA): narządem docelowym dla tego hormonu są gruczoły mleczne i żeńskie drogi rozrodcze. Oksytocyna powoduje skurcz mięśni przewodów gruczołowych 9wydzielanie mleka), rozciąganie szyjki macicy i pobudzanie jej skurczów, powoduje także skurcze jajowodów.

Hormony przewodu pokarmowego:

sekretyna (27AA): hormon regulujący pracę dwunastnicy i jelit, reguluje wydzielanie soku trzustkowego i reguluje prace pęcherzyka żółciowego.

Gastryna (14-17-34AA): stymuluje wydzielanie gruczołowe żoładka podczas trawienia.

Cholecytokinina (CCK) (grupa peptydów 8-58AA): łącznie z sekretyną stymuluje wydzielanie żółci z pęcherzyka żółciowego.

Inne biologiczne czynne peptydy:

Insulina (A21aa i B30aa): produkowana jest przez komórki beta trzustki, jej zadaniem jest wiązanie glukozy z krwi w glikogen w watrobie, pobudzanie metabolizmu komórkowego, głównie węglowodanów.

Glukagon (29AA): produkowany przez komórki alfa trzustki uwalnia do krwi glukozę z glikogenu w wątrobie.

Parathormon (PTH) (84AA): hormon przytarczyc, reguluje gospodarkę wapniowa, podwyższa poziom wapnia we krwi, a zarazem obniża stężenie jonów fosforanowych we krwi, wiaże się to z uwalnianiem jonów wapniowych z kości.

Kalcytonina (30AA): gruczołem dokrewnym dla tego hormonu jest tarczyca, kalcytonina jest antagonistą parathormonu- jej funkcją jest zatrzymywanie wapnia w kościach.

Inne biologiczne czynne peptydy to także angitensyny, erytropoetyna, prolaktyna, somatotropina, gonadotropiny i in.

Miejsce i bodziec wydzielania

Enzym

Sposób aktywacji i optymalne warunki działania

Substrat

Produkty działania enzymu

Gruczoły

żołądka

Pepsyna A

Pepsyna B

Pepsynogan- pepsyna

kwas solny, pH 1,0-2,0

białka

peptydy

Renina

Ca2+, pH 4,0

kazeina

mleka

wytrącanie kazeiny

Trzustka

Trypsyna

- trypsynogen→trypsyna enterokinaza jelitowa, pH 5,2-6,0

- aktywacja autokalityczna pH 7,9

białka

peptydy

polipeptydy dipeptydy

Chymotrypsyna

chymotrypsynogen→chymotrypsyna

trypsyna, pH 8

białka

peptydy

polipeptydy dipeptydy

Elaslaza

Proelastaza→ elastaza

trypsyna

białka

peptydy

polipeptydy dipeptydy

Karboksype

ptydaza

Prokarboksypeptydaza→ karboksypeptydaza

trypsynę

C- końcowe

polipeptydy

peptydy

aminokwasy

Jelito

Cienkie

Aminopeptydy daza

N- końcowe

polipeptydy

peptydy

aminokwasy

Dipeptydazy

dipeptydy

aminokwasy

  1. Główne szlaki przemiany monosacharydów.

Węglowodany (cukry) to związki organiczne bardzo rozpowszechnione w przyrodzie pełniące następujące funkcje:

- stanowią główne źródło energii dla większości organizmów (węglowodany proste są określane jako cukry proste, złożone węglowodany mogą być rozkładane do cukrów prostych)

- są składnikami strukturalnymi ścian komórkowych i błon komórkowych

- biorą udział w przemianach metabolicznych

- są składnikami nukleotydów, wchodzących w skład DNA i RNA (np. ryboza)

- wchodzą w skład śluzu, odgrywają ważną rolę w komunikacji międzykomórkowej i odporności.

Glikoliza- jest ciągiem reakcji zachodzących w cytoplazmie prokariotów i eukariontów. Rola glikolizy polega na dostarczaniu energii (albo bezpośrednio, albo przez substraty dla cyklu kwasy cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej) oraz wytwarzanie intermediatów dla szlaków biosyntetycznych.

Wytwarzanie ATP

Glikoliza beztlenowa

Z 1 mola glukozy otrzymujemy netto 2 mole ATP

  1. Zużywanie ATP -2ATP

  2. Wytwarzanie ATP + 4 ATP

  3. Regeneracja NAD+ 0 ATP

= 2ATP

Glikoliza tlenowa

Z 1 mola glukozy powstaje 8 moli ATP

(dodatkowo do 2 moli ATP powstających podczas glikolizy beztlenowej z każdego NADH który powstaje podczas przekształcenia gliceraldehydo- 3 fosforanu do 1,3-bisfosfoglicerynianiu powstaje 3 mole ATP w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym)

2 ATP + 2x3 ATP=8ATP

Funkcje

  1. Źródło zredukowanego fosforanu di nukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADPH)

  2. Źródło rybozo- 5 fosforanu do procesu biosyntezy puryn i pirymidyn => kwasów nukleinowych.

  3. Jest szlakiem przemiany pentoz do frukozo- 6 fosforanu (F6P) i gliceraldehydo- 5 fosforanu.

  4. W erytrocytach szlak pantozofosforanowy dostarcza NADPH, który jest niezbędny do utrzymania glutationu w stanie zredukowanym. Zredukowany glutation jest konieczny do utrzymania integralności błon komórkowych krwinek czerwonych.

Lokalizacja

  1. Najintensywniej przebiega w erytrocytach, wątrobie, gruczołach mlekowych, tkance tłuszczowej oraz korze nadnerczy.

  2. Enzymy zlokalizowane są w cytozolu komórki.

Glukoneogeneza- proces biosyntezy glukozy

Substraty: mleczan, pirogronian, glicerol, niektóre aminokwasy (glukogenne- głównie alanina)

Lokalizacja:

- wątroba (85-95% glukozy w warunkach prawidłowych)

- nerki (50% podczas głodzenia lub w przypadku kwasicy metabolicznej)

- nabłonek jelita cienkiego (mniej niż 5%)

Funkcja:

- odpowiada za homeostazę (utrzymanie odpowiedniego stężenia glukozy we krwi) podczas głodzenia lub ograniczenia przyjmowania węglowodanów, gdy stężenie glikogenu w wątrobie jest niskie

- podczas wzmożonego wysiłku, gdy wykorzystywane są rezerwy węglowodanowe i lipidowe (wykorzystanie mleczanu i glicerolu z rozkładu tłuszczów)

- umożliwia wykorzystanie białka pokarmowego w przemianach pokarmowych

- podczas kwasicy metabolicznej glukoneogeneza zachodząca w nerkach pozwala na wydzielanie zwiększonej ilości protonów.

Metabolizm fruktozy

Źródło fruktozy: hydroliza sacharozy oraz owoce i miód,

Regulacja metabolizmu: w odróżnieniu od glukozy pobieranie fruktozy przez komórki nie jest regulowane przez insulinę.

Fruktoza jest głównym źródłem energii plemników i powstaje z glukozy w pęcherzykach nasiennych.

Metabolizm galaktozy

Źródło galaktozy: hydroliza laktozy.

Przemiana galaktozy: uczestniczy w biosyntezie laktozy w gruczołach mlekowych.

Zaburzenia przemiany cukrów prostych

Galaktozemia- jest chorobą genetyczną spowodowaną niemożnością przekształcenia galaktozy w glukozę z powodu braku enzymu galaktozo-1-fosforanourydylo-transferazy. Na skutek nagromadzenia galaktozo- 1- fosforanu oraz jego redukcji do alkoholu dochodzi do gromadzenia się toksycznych substancji w organizmie co prowadzi do tragicznych konsekwencji dla człowieka

Objawy:

- nieprawidłowy rozwój dzieci (galaktozo- 1- fosforan w mózgu)

- biegunka (po spożyciu mleka)

- powiększona wątroba (galaktozo- 1- fosforan w wątrobie)

- żółtaczka

- zaćma

- upośledzenie umysłowe, śmierć

Leczenie galaktozemii polega na wykluczeniu galaktozy z diety, co powoduje cofnięcie wszystkich objawów z wyjątkiem upośledzenia umysłowego, które jest nieodwracalne.

Niedobór dehydrogenazy glukozo- 6- fosforanowej (szlak pantozofosforanowy) w krwinkach powoduje niedokrwistość hemolityczną indukowaną przez leki- dziedziczenie tej choroby jest sprzężone z płcią, najczęstszy defekt enzymatyczny w patologii człowieka (obecnie liczba osób dotkniętych tą chorobą na świecie wynosi ponad 200mln).

Powoduje zniszczenie czerwonych krwinek, ponieważ nie zawierają one mitochondriów i w związku z tym nie mają one alternatywnej drogi wytworzenia NADPH, a jego główną rolą w erytrocytach jest redukcja glutationu. Zredukowany glutation utrzymuje prawidłową budowę erytrocytów, a jeśli nie jest zredukowany to krwinki czerwone ulegają hemolizie oraz mają obniżoną zdolność do detoksykacji relatywnych form tlenu.

Choroba ta może być indukowana przez np. leki, działanie kwasu acetylosalicylowego (polopiryna) lub sulfonamidów jak i przez spożywanie świeżego bobu, będącego składnikiem diety w krajach śródziemnomorskich.

Najczęstszym czynnikiem sprzyjającym ujawnieniu się tego efektu jest infekcja.

Obraz kliniczny choroby pozostaje w relacji do stopnia obniżenia aktywności w krwince czerwonej.

  1. Metabolizm kwasów tłuszczowych

Kwasy tłuszczowe są nierozpuszczalne w wodzie nasycone lub nienasycone, długołańcuchowe węglowodory z grupą karboksylową na końcu łańcucha.

  1. Nasycone kwasy tłuszczowe (palmitynowy, stearynowy)

  2. Nienasycone kwasy tłuszczowe, zawierają jedno lub więcej wiązań nienasyconych (palitooleinowy C-16,:1, oleinowy C18:1, linolowy C-18:2, linolenowy C-18:3, arachidonowy C-20:4)

Kwasy niezbędne tłuszczowe dla człowieka (egzogenne) muszą być dostarczane w pokarmie, a należą do nich wielonienasycone kwasy tłuszczowe: linolowy, linolenowy i arachidonowy.

Te kwasy tłuszczowe nie mogą być syntezowane z produktów utleniania glukozy, a ze względu na ich niezbędność i rolę muszą być uzyskiwane z diety.

Synteza kwasów tłuszczowych nasyconych

Mogą być syntezowane z glukozy dostarczanej w diecie poprzez pirogronian. Głównym miejscem syntezy jest wątroba, a synteza ich zachodzić może w tkance tłuszczowej, nerkach, płucach, gruczole sutkowym.

Enzymy biorące udział w syntezie zlokalizowane są w cytoplazmie. Do syntezy kwasów tłuszczowych niezbędne są: NADPH + H+ i ATP.

Główny szlak syntezy obejmuje polimeryzację dwuwęglowych jednostek pochodzących od acetylokoenzymu A(acetylo- CoA) z utworzeniem kwasu palmitynowego, będącego szesnasto węglowym nasyconym kwasem tłuszczowym.

Kwasy tłuszczowe nasycone powstają z fragmentów dwuwęglowych w cytoplazmie na kompleksie wieloenzymatycznym.

KARBOKSYLAZA ACETYLO- CoA WYTWARZA MALONYLO- CoA.

Jest początkowym etapem kontrolującym biosyntezę WTK.

Aktywacja kwasów tłuszczowych

Wolne kwasy tłuszczowe są wychwytywane przez komórki i przekształcane do pochodnych acetylo- CoA.

Proces aktywacji kwasów tłuszczowych przebiega w cytoplazmie i obywa się przy udziale syntezy acylo- CoA (tiokinaza), ATP i koenzymu A (CoA):

Kwas tłuszczowy + CoA + 2ATP + E acylo- CoA + 2 ADP

Do aktywacji kwasów tłuszczowych potrzebna jest energia pochodząca z dwóch wysokoenergetycznych wiązań ATP: 2ATP 2ADP +2P

Utlenianie kwasów tłuszczowych

Spalanie kwasów tłuszczowych (utlenianie) dostarcza wysokoenergetycznych związków, takich jak:

- zredukowany NAD (NADH) i zredukowany di nukleotyd flawinowy (FADH2), które są równoważnikami red- oks łańcucha oddechowego, dostarczając 5 ATP.

- acetylo- CoA, który stanowi substrat kwasu cytrynowego (dostarcza 12 ATP).

Głównym szlakiem spalania kwasów tłuszczowych jest β- oksydacja, która zachodzi w macierzy mitochondrialnej i obejmuje utlenianie węgla- β.

Spalanie kwasów tłuszczowych może odbywać się też na drodze:

- α- oksydacji: obejmuje utlenianie KT o długim łańcuchu stanowiących składniki lipidowe mózgu, zachodzi w siateczce śródplazmatycznej tkanki mózgowej

- ώ- oksydacji: obejmuje utlenienie końcowych grup metylowych i zachodzi w siateczce endoplazma tycznej wątroby.

Synteza ciał ketonowych- ketogeneza.

Proces tez wiązany jest z uzyskiwaniem energii ze spalania tłuszczów przy niedostatecznej obecności węglowodanów w komórce.

Do ciał ketonowych zaliczamy acetooctan, β- hydroksymaślan i aceton. W cukrzycy i głodzie są one syntezowane z fragmentów dwywęglowych (acetylo- CoA).

Etapy syntezy:

  1. Acetylo CoA + acetylo CoAacetoacetylo- CoA

E- tiolaza

  1. Acetoacetylo- CoA + acetylo- CoA beta- hydroksy- beta- metyloglutarylo- CoA (HMG)

E- synteza HMG

  1. Na HMG działa liaza, która odłącza acetylo- CoA I powstaje acetooctan.

Utlenianie ciał ketonowych/ rozpad ciał ketonowych (tkanki pozawątrobowe)

Ciała ketonowe, powstające w mitochondriach wątroby nie są przetwarzane w tym narządzie lecz przenikają i zużytkowane zostają przez tkanki pozawątrobowe.

Acetooctan i β- hydroksymaślan są substratami energetycznymi dla mięśnia serca, mięsni szkieletowych i nerek w warunkach ograniczenia pokarmów. Gdy stężenia we krwi wzrastają odpowiednio wysoko, co ma miejsce podczas głodzenia, stają się one również źródłem energii dla mózgu.

Aceton jest nieprzydatny w metabolizmie i jest wydalany głównie drogą nerkową i oddechową.

KREW- elementy morfotyczne + osocze (płyn wewnątrznaczyniowy)

Surowica- faza płynna krwi pozostał po jej skrzepnięciu (nie ma czynników krzepnięcia w tym fibrynogenu).

Główne funkcje krwi:

  1. Oddychanie

  2. Odżywianie

  3. Wydalanie

  4. Utrzymywanie równowagi kwasowo- zasadowej

  5. Regulacja gospodarki wodnej

  6. Regulacja temperatury ustrojowej

Stężenie białka całkowitego w osoczu- 70-75 g/l (7,0-7,5g/dl)

Rozdział białek osocza:

metody elektroforetyczne- różne nośniki np. octan celulozy rozdział białek osocza na pięć frakcji, albuminy, alfa1 alfa2 beta gamma-globuliny

Białka surowicy krwi

WARTOŚCI PRAWIDŁOWE FRAKCJI ELEKTROFORETYCZNYCH SUROWICY

Frakcja

Albuminowa

alfa1

alfa2

betta

gamma

%

53-68

1-4

3-14

8-17

9-22

Frakcje elektroforetyczne białek surowicy krwi

Frakcja

Białka zawarte w danej frakcji

Stężenie %

Stężenie g/l

Albuminy

52-68

33-55

Alfa1-Globuliny

globuliny wiazace tyroksynę, transkortyna, glikoproteina, lipoproteina, antytrypsyna

2,4-4,4

20-36

Alfa2-Globuliny

haptoglobina, glikoproteina,

makroglobulina, ceruloplazmina

6,1-10,1

Betta-Globuliny

transferyna, lipoproteina, glikoproteina

8,5-14,5

Gamma-Globuliny

Gamma-G, Gamma-D, Gamma-M, Gamma-E, Gamma-A

10-21

Albumina

-wiązanie różnych ligandów- WKT, wapń, pewne hormony steroidowe, bilirubina, część tryptofanu, ok. 10% miedzi, wiele leków

ALBUMINA

stężenie w surowicy lub osoczu 33-55 g/l (3,3- 5,5g/dl)

↓

obrzęki

GLOBULINY- przykłady

IMMUNOGLOBULINY

Białka osocza krwionośne

FIBRYNOGEN

Struktura i funkcja hemoglobiny i mioglobiny

Hemoglobina- jest tetramerem zbudowanym z dwóch podjednostek łańcuchów- alfa (141 aminokwasów) i dwóch podjednostek beta (146 aminokwasów). Każdy z łańcuchów posiada prostetyczną grupę hemową zawierającą atom żelaza II. Fizjologicznie istnieją dwa rodzaje hemoglobiny- A i F. (slajd wykres A i F)

Hemoglobina A występuje u ludzi dorosłych, natomiast hemoglobina F (płodowa) występuje u noworodków. Ma ona większe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina A. Zbudowana jest z dwóch podjednostek alfa i z dwóch podjednostek gamma.

Hemoglobina F zanika stopniowo, a jej miejsce zajmuje hemoglobina A. Około 4-tego miesiąca życia hemoglobina stanowi tylko 10% hemoglobiny.

Hemoglobina jest głównym składnikiem erytrocytów i odgrywa zasadnicza rolę w transporcie tlenu. Jej zadaniem jest przenoszenie tlenu we krwi z płuc do innych tkanek ciała, w celu zaopatrzenia komórek w tlen.

Hemoglobina (153AA)- jest stosunkowo niewielkim białkiem, zbudowanym z jednego łańcucha polipeptydowego przyjmującego formację alfa-helisy, w zagłębieniu tego łańcucha wbudowana jest estetyczna grupa hemowa zawierająca atom FE2+ .

Funkcją mioglobiny jest wiązanie tlenu, która magazynuje go w tkankach w postaci gotowej do użycia przez komórki.

Większe stężenie mioglobiny występuje w mięśniach szkieletowych, w sercu, które wymagają znacznej ilości tlenu do wytworzenia energii niezbędnej do skurczu.

Krzywe wiązania tlenu przez mioglobinę (Mb) i hemoglobinę (Hb)

Udział hemoglobiny w transporcie tlenu i dwutlenku węgla.

Głównym zadaniem krwi jest transport CO2 z tkanek do płuc i O2 z płuc do tkanek. Tlen potrzebny jest tkankom do oddychania komórkowego, natomiast powstający w przemianach metabolicznych CO2 musi być odtransportowany i eliminowany z organizmu.

Transport w tkankach- w wyniku przemian metabolicznych wzrasta prężność CO2, który przechodzi przez ściany naczyń włosowatych i dostaje się do erytrocytów. Tam z kolei działa anhydraza węglanowa, która katalizuje reakcje;

CO2 + H2O->H2CO3 gdzie powstały kwas węglowy

rozpada się na jon wodorowęglanowy i jon wodorowy:

H2CO3 -> HCO3+ H

który przechodzi do osocza na wymianę z jonem chlorkowym.

Jon wodorowy natomiast łączy się z hemoglobiną, wypierając tlen z oksyhemoglobiny. Wytwarza się hemoglobina uprotonowana. Odłączony tlen przechodzi do tkanek.

Dwutlenek węgla w 70% transportowany jest jako jon wodorowęglanowy przez osocze. Około 20 % CO2 łączy się z hemoglobiną i jest transportowane w postaci karbaminianów hemoglobiny. Około 10% CO2 rozpuszcza się fizycznie w osoczu.

Tlen odłączony z oksyhemoglobiny przechodzi do tkanek za zasadzie różnicy jego sprężystości we krwi i tkankach. Oddawanie tlenu w tkankach jest nasilane przez wzrost stężenia DPG/BPG (2,3-difosfoglicernian), CO2 jonów wodorowych lub wzrost temperatury.

DPG- to silnie anionowy fosforan organiczny, którego czasteczki towarzysza hemoglobinie w erytrocytach. Związek ten ułatwia uwalnianie O2 z hemoglobiny, na skutek zmniejszenia powinowactwa białka względem O2 .

Transport w płucach: w tym obszarze zachodzi wymiana gazowa między krwią a powietrzem oddechowym. W pecherzykach płucnych prężność tlenu jest wyższa niż we krwi, dlatego przechodzi do naczyń włosowatych.

Tlen wypiera wodór z uprotonowanej hemoglobiny i przyłącza się do niej- powstaje oksyhemoglobina (która jest transportowana do tkanek) i wolny jon wodorowy

O2 + Hhb -> HbO- + H+

jon wodorowy łączy się z jonem wodorowęglanowym przechodzącym z osocza do erytrocytów i powstaje kwas węglowy

H+ + HCO3- -> H2CO3 + E -> CO2 + H2O E- anhydraza węglanowa

Powstały dwutlenek węgla przechodzi do pęcherzyków płucnych, jest wydalany z powietrzem wydechowym.

Enzymy są katalizatorami umożliwiającymi przebieg reakcji biochemicznych w żywej komórce. Są wysoce specyficzne, a ich aktywność może być regulowana. W zasadzie wszystkie enzymy są białkami, aczkolwiek zidentyfikowano pewne RNA czynne katalitycznie

ENZYMY: 1. BIAŁKA PROSTE

2. BIAŁKA ZŁOŻONE:
A. APOENZYM
B. KOENZYM:
- grupy cukrowe

- flawiny

- związki hemu
- nukleotydy
- reszta kwasu fosforowego
- pochodne witamin

+

Enzymy i energia aktywacji.

Katalityczne działanie enzymów związane jest z aktywacją cząsteczki substancji reagującej. Enzymy obniżają ilość energii aktywacji cząsteczek biorących udział w reakcji, co powoduje zwiększenie szybkości reakcji katalizowanej (V).

STRUKTURA ENZYMÓW: centrum katalityczne, centrum allosteryczne, enzymy wielofunkcyjne i kompleksy enzymatyczne.

Enzym jest białkiem prostym lub częściej złożonym i wtedy składa się z części białkowej (apoenzym)* jeśli część niebiałkowa jest nietrwale związana z apoenzymem, nosi nazwę koenzymu. Jeżeli związana jest trwale z częścią białkową nazywa się grupą prostetyczną.

Centrum katalityczne- inaczej zwane centrum aktywnym enzymu, jest miejscem, które wiąże dany substrat i przemienia go w produkt. Substrat wiąże się z centrum katalitycznym enzymu za pomocą swoistych wiązań chemicznych takich jak:

Warunkiem zajścia reakcji enzymatycznej jest powstanie kompleksu E-S (Enzym- Substrat).

Najogólniej przebieg biokatalizy można przedstawić następująco:

E+S=ES=E+P(Produkt)

W drugim etapie reakcji dochodzi do rozpadu kompleksu E-S, czego efektem jest powstanie danego produktu i zregenerowanie enzymu do jego pierwotnej postaci.

Centrum allosteryczne- to miejsce występowania w enzymie wielu miejsc aktywnych. Enzymy allosteryczne przez te miejsca wiążą cząsteczki substratu, dzięki czemu związanie substratu w jednym miejscu aktywnym indukuje w enzymie zmianę konformacyjną zmieniającą powinowactwo do substratu w innych miejscach aktywnych- jest to oddziaływanie allosteryczne. Enzymy allosteryczne są kontrolowane przez aktywatory lub inhibitory.

Enzymy wielofunkcyjne i kompleksy wieloenzymatyczne- niektóre enzymy, wiążą się ze sobą tworząc kompleksy enzymatyczne o różnej funkcji. Należ do nich między innymi :

Zasady klasyfikacji i nazewnictwo enzymów

Klasyfikacja ustanowiona przez Międzynarodową Unie Biochemiczną (IUB)

Zasady klasyfikacji i nazewnictwo enzymów

Nazwy systematyczne enzymów ustaliła komisja Międzynarodowa i są one obowiazujące.

Wszystkie enzymy podzielono na sześć klas:

  1. Oksydoreduktazy- są to enzymy katalizujące procesy utleniania i redukcji. Wśród nich wyróżniamy grupy, które róznią się mechanizmem działania enzymów. Są to:

- oksygenazy

- dehydrogenazy beztlenowe

- oksydazy

- oksygenazy

- hydroperoksydazy.

  1. Transferazy- są to enzymy przenoszące atomy lub grupy atomów z jednego substratu na drugi. Są to:

- metylotransferazy

- hydroksymetylotransferazy

- formylotransferazy

- karboksylotransferazy

- acetylotransferazy

- glikozylotransferazy

- aminotransferazy.

  1. Hydrolazy- enzymy tej klasy katalizują reakcje rozbijania wiązań z udziałem wody. Mogą to być wiązania estrowe, glikozydowe lub peptydowe. Są to:

- hydrolazy estrów karboksylowych- esterazy, lipazy,

- fosfomonoesterazy

- fosfodiesterazy

- glikozydazy- amylaza, sacharaza

- N- glikozydazy- nukleozydaza

- aminopeptydaza

- karboksypeptydaza

- pepsyna, trepsyna.

  1. Liazy- są to enzymy, które podobnie jak hydrolazy, rozbijają wiązania, ale już bez udziału wody. Są to:

- enzymy rozbijające wiązania C-C (karboksyliazy)

- liazy aldehydowe

- liazy wiązań C-O

- liazy wiązań C-N

  1. Izomerazy- enzymy te katalizują przekształcenia wewnątrzcząsteczkowe substratu, prowadząc do wytworzenia nowego produktu. Są to:

- racemazy i epimerazy

- izomerazy cis i trans

- wewnątrzcząsteczkowe transferazy

- wewnątrzcząsteczkowe oksydoreduktazy

  1. Syntetazy (ligazy)- są to enzymy, które katalizują powstawanie wiązań między atomami. W zależności od tworzonego wiązania wyróżniamy ligazy które:

- katalizują powstawanie wiązań C-O (ligazy aminokwas: tRNA)

- katalizują powstawanie wiązań C-S (ligazy kwas: tiol- syntetaza acylo- CoA)

- katalizujące powstawanie wiązań C-N (syntetaza glutaminowa, syntetazy peptydowe)

- katalizujące powstawanie wiązań C-C (karboksylazy).

Znaczenie oznaczania aktywności enzymów w diagnostyce medycznej.

enzymy sekrecyjne i wskaźnikowe: znajdują zastosowanie w diagnostyce laboratoryjnej wielu chorób, są odczynnikami laboratoryjnymi lub lekami, działają jako wskaźniki- markery charakterystyczne dla wielu chorób. Szczególnie przydatny jest pomiar aktywności enzymów występujących w osoczu krwi np.:

b) izoenzymy- są to genetycznie uwarunkowane odmiany enzymu, występujące w organizmach tego samego gatunku, katalizujące tę samą reakcję, a różniące się strukturą molekularną i niektórymi parametrami kinetyki enzymatycznej (Vmax, Km),np.:

Kinetyka reakcji katalizowanych przez enzymy.

a) zależność szybkości reakcji od stężenia substratu (równanie Michaelisa- Menten):

V= Vmax [S] / Km + [S]

Równanie to pozwala obliczyć parametry kinetyczne reakcji enzymatycznej [ Kmax, Vmax]. Zależność stężenia substratu od szybkości reakcji enzymatycznej przedstawia wykres:

b) Zależność szybkości reakcji od stężenia enzymu:

c) Zależność szybkości reakcji od pH i temperatury:

pH- dla większości enzymów optymalne jest pH występujące w naszym organizmie, czyli 7,38-7,48. Znane są jednak enzymy, które działają w środowisku kwaśnym (np.: pepsyna- pH 1,5-2,7) lub zasadowym (trypsyna, chymotrypsyna- pH 8-9). Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe (skrajne wartości pH) z reguły działa denaturujaco, niszcząc nieodwracalnie aktywność enzymu. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu ES. Dla większości enzymów optymalne jest środowisko obojętne lub słabo zasadowe.

temperatura- wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji enzymatycznej, ale tylko w pewnych granicach temperatur. Enzym jest białkiem, więcwzrost temperatury powyżej optymalnej dla jego działania powoduje stopniowa denaturację i zanik własności katalitycznych. Optymalne temperatury dla działania niektórych enzymów:

MECHANIZMY REGULACJI AKTYWNOŚCI

uwalnianie podjednostek katalitycznych,

formy aktywne i nieaktywne enzymu

kooperatywne wiązanie liganda

Koenzymy i rola witamin jako ich składników.

Właściwości katalityczne wielu enzymów zależą od obecności koenzymów. W większości są one pochodnymi witamin rozpuszczalnych w wodzie.

Niektóre z koenzymów wiążą się trwale z białkiem enzymatycznym- noszą wtedy nazwę grup prostetycznych.

Funkcja koenzymów:

Nietrwale wiążą się z apoenzymem


Wyszukiwarka