Zagadnienia egzaminacyjne z BIOCHEMII dla studentów I roku studiów dziennych (2010/2011)
Bilans wodny organizmu i jego regulacja.
-bilans wodny-różnica między ilością wody przyjętej i wydalonej z organizmu w ciągu doby
-woda dostarczana jest z pożywieniem i napojami, a wydalana z moczem i kałem, wydychanym powietrzem, przez skórę- bilans dzienny powinien wynosić zero
Rozmieszczenie i procentowa zawartość wody w organizmie, przestrzenie wodne (woda pozakomórkowa, śródkomórkowa)
-organizm ok. 60%
-pozakomórkowa ok. 20%
-śródkomórkowa ok. 40%
Pojęcie osmolalności, roztwory izotoniczne, hipo- i hipertoniczne.
-osmolalność- liczba moli substancji osmotycznie czynnych zawartych w 1000g rozpuszczalnika
-izotoniczny- r-ru ma taki sam skład procentowy co surowica
-hipotoniczny- mniejsza molalność od surowicy
-hipertoniczny- większa molalność od surowicy
Osmolalność osocza i jego regulacja.
-osmolalność osocza- zawartość w osoczu substancji osmotycznie czynnych(jonów)
-przenikanie wody ze środowiska o większym stężeniu jonów do środowiska o mniejszym stężeniu jonów
Skutki odwodnienia organizmu.
-wzrost pragnienia
-rozdrażnienie
-bezsenność
-zaczerwienienie
-utrata apetytu
-osłabienie
Regulacja bilansu wodnego i objętości płynów ustrojowych- udział hormonów: wazopresyny, aldosteronu.
Skład elektrolitowy płynów ustrojowych (rozmieszczenie Na+, K+, Cl- HPO4-2 i innych elektrolitów)
-wewnątrzkomórkowe: kationy- potas
Aniony- fosforany, białka
-zewnątrzkomórkowy: kationy- sód
Aniony- chlor, wodorowęglany
Pompa sodowo-potasowa zależna od ATP - funkcja i mechanizm działania.
-transport jonów wbrew gradientowi stężeń
-Enzym zbudowany jest z białkowych jednostek: rodzaj alfa i beta. Podjednostka alfa wiąże ATP, a także 3 jony sodowe i transportuje je na zewnątrz komórki, a następnie 2 jony potasowe transportuje do wnętrza korzystając przy ich uwolnieniu z zapasu energii zmagazynowanego w ATP
Kwasy organiczne, podział ze względu na budowę rodnika, obecność dodatkowych grup funkcyjnych. Reakcje estryfikacji i dekarboksylacji.
Aminokwasy - podział ze względu na budowę oraz egzo- i endogenne. Przemiany aminokwasów ; reakcje transaminacji, deaminacji oksydacyjnej i dekarboksylacji aminokwasów
-obojętne, kwaśne, zasadowe, aromatyczne
-endogenne- Asp, Ala, Gly
-egzogenne- Wal, Leu, Ileu
-Transaminacja - reakcja chemiczna przeniesienia grupy aminowej z aminokwasu na jeden z 3 ketokwasów, w wyniku czego powstaje nowy aminokwas i nowy ketokwas.
-Deaminacja - reakcja chemiczna polegająca na eliminacji z cząsteczki związku chemicznego grupy aminowej (-NH2), najczęściej z wydzieleniem amoniaku.
-dekarboksylacja aminokwasów-
Produkty przemian aminokwasów o działaniu biologicznym - przemiany tyrozyny, tryptofanu, histydyny, kw. asparaginowego i glutaminowego
-tyrozyna- dopamina, noradrenalina, adrenalina
-tryptofan- serotonina, melatonina
-histydyna- histamina
-kw. glutaminowy- gaba
-kw. asparginowy- puryny i pirymidyny
Powstawanie i struktura wiązania peptydowego, przykłady peptydów i ich znaczenie w organizmie.
-Wiązanie powstaje przez połączenie grupy karboksylowej (-COOH) jednego aminokwasu z grupą aminową (-NH2) drugiego aminokwasu z wydzieleniem czasteczki wody.
Znaczenie:
- enzymatyczne
- zapasowe
- przeciwciała (białka ochronne)
- receptorowe
- transportujące
- hormonalne
- toksyny
-budulcowe
Przykłady:
-niazyna - antybiotyk naturalny, konserwant
-endorfiny - tzw. hormony szczęścia, grupa hormonów wywołujących stany euforyczne.
Budowa białek - struktura I, II, III, i IV-rzędowa.
struktury pierwszorzędowej - określa, w jaki sposób atomy w cząsteczkach białka są z sobą połączone wiązaniami kowalencyjnymi, czyli jak tworzą się łańcuchy. Inaczej struktura pierwszorzędowa określa kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym.
struktury drugorzędowej - określa, w jaki sposób utworzone łańcuchy są ułożone w przestrzeni, czyli jakie formy przestrzenne (spirale, arkusze albo kule) tworzą one za pomoca wiązań wodorowych, łączących różne łańcuchy lub różne części tego samego łańcucha
struktura trzeciorzędowa - określa najbardziej korzystne uporządkowanie przestrzenne poszczególnych części cząsteczki białka z punktu widzenia energetycznego; zależy od oddziaływań między łańcuchami bocznymi jednej lub większej liczby makrocząsteczek.
struktura czwartorzędowa - określa sposób przestrzennego powiązania kilku cząsteczek w jedną złożoną strukturę białka.
Denaturacja białek. Zaburzenia konformacji białek i ich skutki biologiczne.
-Zaburzenia konformacji białek:
Nieprawidłowe zwinięcie łańcucha polipeptydowego pewnych białek stanowi przyczynę odkładania się w komórkach układu nerwowego opornych na trawienie agregatów białkowych powodujących utratę neuronów
- Do chorób
neurozwyrodnieniowch, w których w tkance nerwowej pojawiają się nierozpuszczalne agregaty białkowe należą m.in:
- choroby prinowe („szalonych krów”, Creutzfelda-Jakoba)
- choroba Alzhaimera
Denaturacja:
- Najważniejszymi metodami fizycznymi denaturacji są: ogrzewanie, silne mieszanie, wytrząsanie,
naświetlanie promieniowaniem nadfioletowym, rentgenowskim i jonizującym lub działanie ultradźwiękami
- Denaturacja chemiczna zachodzi pod wpływem związków, które są zdolne do rozerwania wiązań
wodorowych (stężone roztwory mocznika, chlorowodorku guanidyny), na skutek działania kwasów lub zasad (wartość pH poniżej 3 lub powyżej 9), soli metali ciężkich i związków redukujących mostki disiarczkowe (2-merkaptoetanol), a także detergentów (np. SDS)
- Denaturacja białka - zmiany w II, III- i IV-rzędowej strukturze białka natywnego, które prowadzą do utraty aktywności biologicznej zachowaniu jego struktury pierwszorzędowej. Istotą denaturacji jest rozpad wiązań niekowalencyjnych (np. wodorowych), a w obecności
odczynników redukujących zerwanie mostków disulfidowych
- W przypadku niektórych małych białek denaturacja może być procesem odwracalnym (renaturacja)
-Przejście od natywnego, niskoenergetycznego stanu do formy zdenaturowanej związane jest ze wzrostem nieuporządkowania łańcucha (konformacja kłębka statystycznego)
-Podczas denaturacji zachodzą także zmiany rozpuszczalności i przesunięcie punktu izoelektrycznego
Hemoglobina- budowa, funkcja. Efekt Bohra.
Budowa i funkcja:
- Cząsteczka hemoglobiny jest tetramerem złożonym z dwóch par białkowych podjednostek. Podjednostki nie są związane kowalencyjnie. Każda podjednostka zawiera jakogrupę prostetyczną (niebiałkową) cząsteczkę hemu. Cząsteczka hemu zawiera położony centralnie atom żelaza (Fe2+) umożliwiający jej wiązanie cząsteczek tlenu (O2). Jedna cząsteczka hemoglobiny może przyłączyć od jednej do czterech cząsteczek tlenu, co powoduje że hemoglobina może występować albo w stanie "odtlenowanym" (deoxyHb) lub w różnym stopniu "utlenowania" (oxyHb). Hem nadaje białku (i krwi) czerwony kolor.
Efekt Bohra
- zjawisko występujące w fizjologii, polegające na zmniejszaniu powinowactwa hemoglobiny do tlenu w warunkach obniżonegopH (wzrost stężenia jonów wodorowych, H+). Powoduje to, że tlen jest łatwiej oddawany przez hemoglobinę (dysocjacja tlenu). Ułatwia to oddawanie tlenu w tkankach. Przeciwnie podwyższenie pH zwiększa powinowactwo wiązaniu tlenu przez hemoglobinę i utrudnia oddawanie go w tkankach. W procesie tym bierze udział H2CO3, który pod wpływemanhydrazy węglanowej rozkłada się do jonu wodorowęglanowego oraz kationu wodoru. Krzywa wysycenia hemoglobiny tlenem, ma kształt sigmoidalny.
Znaczenie hemoglobiny w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej organizmu
Bufor hemoglobinianowy współdziała z buforem wodorowęglanowym w regulacji równowagi kwasowo-zasadowej. Hemoglobina zawiera aż 38 reszt histydynowych, których pierścienie imidazolowe biorą bezpośredni udział w wiązaniu i uwalnianiu jonów H+
Bogactwo w reszty histydynowe hemoglobiny sprawia, że .ma ona sześciokrotnie większy udział w buforowaniu płynu pozakomórkowego niż białka osocza. Oksyhemoglobina [Hb(O2)4] jest mocniejszym kwasem (pK = 6.81) niż deoksyhemoglobina (pK = 8.03). W płucach mol oksyhemoglobiny uwalnia 0.7 mola jonów H+, w tkankach mol deoksyhemoglobiny wiąże 0.7 mola jonów H+. Działanie Hb jako buforu jest zatem uzależnione od jej funkcji transportera tlenu.
Mioglobina - budowa, funkcja.
Budowa:
Białko to ma postać pojedyńczego łańcucha polipeptydowego, który składa się ze 153 reszt aminokwasowych. Mioglobina jest silnie upakowaną w przybliżeniu kulistą cząsteczką, jej łańcuch złożony jest z 8 prawoskrętnych a heliksów-każdy z nich zawiera około 7-20 aminokwasów. Poczynając od końca N odcinki helikalne oznacza się kolejno literami od A do H, fragmenty międzyhelikalne literami dwóch odcinków, które one łączą np. AB jeżeli łączy on fragment A i B. Dodatkowo występują jeszcze dwa rejony niekelikalne-dwie reszty aminokwasowe od strony końca N i pięć od strony końca C.
Wewnętrzna część cząsteczki mioglobiny składa się niemal wyłącznie z reszt aminokwasów niepolarnych (np.leucyna, walina, metionina). Natomiast reszty aminokwasowe zawierające zarówno grupę polarną jak i niepolarną (tyrozyna, treonina i tryptofan) są skierowane swoją częścią niepolarną do wnętrza cząsteczki. Zewnętrzna część cząsteczki zbudowana jest z polarnych jak i niepolarnych reszt aminokwasowych. Grupa hemowa znajduje się w zagłębieniu cząsteczki mioglobiny, między heliksem E i F. Polarne, priopanionowe łańcuchy boczne hemu skierowane są na zewnątrz cząsteczki (w fizjologicznym ph grupy kwasu są zjonizowane) natomiast pozostała część hemu znajduje się we wnętrzu cząsteczki gdzie za wyjątkiem histydyny F8 i histydyny E7 otaczają ją reszty niepolarne. Histydyna F8 wiąże się bezpośrednio z atomem żelaza -zajmuje ona piątą pozycję koordynacyjna żelaza (histydyna proksymalna). Natomiast miejsce wiązania tlenu znajduje się po drugiej stronie płaszczyzny hemu, w szóstej pozycji koordynacyjnej. W jej pobliżu leży druga reszta histydyny (E7) zwana dystynalną -która nie wiąże się z grupą hemową.
Funkcje:
-Główną funkcją mioglobiny jest magazynowanie tlenu w mięśniach czerwonych (poprzecznie prążkowanych). Podczas nadmiernego wysiłku, kiedy ciśnienie cząsteczkowe tlenu spada w mięśniach do bardzo niskiej wartości 5 mm Hg, mioglobina uwalnia zmagazynowane cząsteczki O2 i pozwala mitochondriom na syntezę ATP na drodze fosforylacji oksydacyjnej.
Reakcja enzymatyczna i od czego zależy szybkość reakcji enzymatycznej.
Podczas reakcji katalitycznej substrat wiąże się w miejscu aktywnym enzymu, które ma strukutrę przestrzenną odpowiadającą kształtowi substratu (stąd też m.in. bierze się swoistość działania enzymów).
Enzymy nie "zużywają się" w reakcjach chemicznych. Pomiar szybkości reakcji, która jest miarą aktywności enzymatycznej, dokonuje się na podstawie ilości przekształconego substratu lub ilości wytworzonego produktu.
Izoenzymy, przykłady
-homologiczne enzymy w obrębie danego organizmu, które katalizują tę samą reakcję, ale różnią się nieznacznie strukturą, wartościami Km i Vmax oraz właściwościami regulacyjnymi. Izoenzymy ulegają ekspresji w różnych tkankach lub organellach w różnych stadiach rozwojowych. Są kodowane przez geny zajmujące różne loci, które zwykle powstają w wyniku duplikacji genu idywergencji. Izoenzymy można często odróżnić od siebie na podstawie właściwości biochemicznych, takich jak ruchliwośćelektroforetyczna.
Przykłady:
Funkcje biologiczne białek - przykłady.
-kataliza enzymatyczna - od uwadniania dwutlenku węgla do replikacjichromosomów
-transport - hemoglobina, transferyna
-magazynowanie - ferrytyna
-kontrola przenikalności błon - regulacja stężenia metabolitów w komórce
-wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych
-bufory
-kontrola wzrostu i różnicowania
-immunologiczna - np. immunoglobuliny
-przyleganie komórek (np. kadheryny)
-regulatorowa - reguluje przebieg procesów biochemicznych - np. hormon wzrostu, insulina.
Podział białek ze względu na budowę chemiczną - przykłady.
Proste:
-protaminy
-globuliny
-histony
-albuminy
-prolaminy
-gluteliny
-skleroliny
Złożone:
-chromoproteiny
-fosfoproteiny
-nukleoproteiny
-lipidoproteiny
-glikoproteiny
-metaloproteiny
Źródła amoniaku w organizmie i mechanizmy jego detoksykacji.
Źródło:
-transaminacje związane z dehydrogenazą glutaminową
-denaturacja puryn i pirymidyn
Mechanizmy:
-powstanie mocznika
CO2 + NH4 + 3ATP + asparginian + H2O <-> mocznik + 2ADP + 2Pi + fumaran
Cykl mocznikowy - lokalizacja, substraty, produkty, znaczenie.
Lokalizacja:
-komórki wątroby
Substraty:
-jony amonowe NH4+
-HCO3- (jony kwasu węglowego)
-asparginian
-woda
-3ATP
Produkty:
-fumaran
-mocznik
-2ADP
-AMP
-2Pi
-PPi
Znaczenie:
-redukcja amoniaku do mocznika i wydalenie go z organizmu
Budowa sarkomeru - skład filamentów cienkich i filamentów grubych.
Filamenty cienkie:
-aktyna G -> aktyna F
-kompleks troponin
-tropomiozyna
Filamenty grube:
-miozyna(cześć fibryl arna)-zdolność do hydrolizy ATP
Linia graniczna Z
Linia środkowa M
Rola aktyny, miozyny, troponin i tropomiozyny w skurczu mięśni.
Miozyna:
-cząsteczki miozyny organizują się spontanicznie w filamenty
-miozyna jest ATP-azą hydrolizującą ATP do ADP i Pi
-miozyna wiąże spolimeryzowaną formę aktyny
Aktyna
- działa przy organizacji i rozpadzie filamentu aktynowego
Troponina:
-wiąże Ca2+ , aktyne, tropomiozyne
Tropomiozyna:
-umożliwia rozpoczęcie skurczu
Skurcz mięśni szkieletowych - przebieg, udział acetylocholiny, jonów Ca++, ATP.
impuls nerwowy(z motoneuronu)
uwolnienie acetylocholiny i połączenie jej z receptorami w błonie komórki mięśniowej
depolaryzacja sarkomeru
depolaryzacja układu sarkotubularnego
uwolnienie Ca2+ z cystern
połączenie Ca2+ z tropiną
zmiana konfiguracji kompleksu troponina-tropomiozyna - odblokowanie miejsc wiazania miozyny na aktyne
Połączenie aktyny z miozyną mostkami
Skurcz- przesunięcie aktyny względem miozyny- hydroliza ATP
Reabsorpcja Ca2+ do cystern
Rozkurcz
ATP jako nukleotyd wysokoenergetyczny.
Budowa ATP. Procesy produkcji i zużycia ATP w organizmie.
Budowa:
-grupy trifosforanowej przyłączonej w pozycji 5' cząsteczki adenozyny
Produkcja:
-proces glikolizy
-rozpad fosfokreatyny
Zużycie:
- ATP zużywane jest we wszystkich komórkach ciała. Rozpada się do ADP i reszty fosforanowej.
Drogi resyntezy ATP w mięśniach.
Resynteza ATP w mięśniach może przebiegać w procesach energetycznych nie wymagających tlenu(reakcja kinazy keratynowej, glikoliza, reakcja miokinazowa) albo w procesach tlenowych(fosforylacja oksydacyjna).
Fosfokreatyna - synteza, rola w skurczu mięśnia.
Synteza:
-fosforan kreatyny powstaje w mitochondriach poprzez przekazanie grupy fosforanowej z produkowanego w nich ATP
Rola:
-dostarcza dodatkową i łatwo dostępną energie w czasie skurczu mięśnia
-stymuluje włókna mięśniowe do skurczu
Węglowodany - charakterystyka i podział. Znaczenie poszczególnych cukrowców.
Podział:
-monosacharydy- Sacharydy, które nie ulegają hydrolizie do prostszych cząsteczek. . W zależności od ilości atomów węgla można wśród nich wyróżnić np. triozy, pentozy i heksozy. W zależności od obecności grupy aldehydowej albo ketonowej cukry proste dzieli się na aldozy i ketozy. Do cukrów prostych należą m.in. glukoza, fruktoza, ryboza i deoksyryboza. Cukry proste są aktywne osmotycznie i często mają słodki smak. Glukoza powstaje w roślinach zielonych w reakcji fotosyntezy
-disacharydy- dwie cząsteczki monosacharydu, smak słodki, hydrolizują się do monosacharydów
-oligosacharydy- małocząsteczkowe polisacharydy sa rozpuszczalne w wodzie i zdolne do krystalizacji. Olisacharydy z reguły mają smak słodki. Podczas hydrolizy rozpadaja się na cząsteczki cukrów prostych.
-polisacharydy- są to wielocukrowce, które nie mają smaku słodkiego, podczas hydrolizy rozpadaja się na kilka cząsteczek olisacharydów, a te z kolei rozpadają się na cząsteczki cukrów prostych. Do polisacharydów zaliczamy
Glukoza:
-dostarcza energię organizmowi
-substrat w procesie oddychania komórkowego
Ryboza:
-składnik kwasu rybonukleinowego
-składnik związków wysokoenergetycznych
Polisacharydy: glikogen i skrobia. Glikozoaminoglikany.
Glikogen:
-gromadzony w wątrobie
-materiał zapasowy w komórkach zwierzęcych
-szybko rozkładany do glukozy
Skrobia:
- składa się z amylopektyny i amylozy
- rozkładana przez amylaze
- rozkładana do maltozy
Trawienie, wchłanianie i transport węglowodanów.
Substraty, produkty i reakcje kluczowe glikolizy. Regulacja glikolizy.
Substraty:
-glukoza
- 2ADP i 2 Pi
-2 NAD+
Produkty:
- 2 pirogroniany
-2 ATP
-2 NADH
-2 H2O
-2 H+
Reakcje:
- izomeryzacja aldozowo-ketozowa
- fosforylacja z udziałem ATP
- fruktozo-1,6-bifosforan jest rozkładany przez aldolazę na dihydroksyacetonofosforan i gliceraldehydo-3- fosforan
- Dihydroksyacetonofosforan ulega izomeryzacji do gliceraldehydo-3-fosforanu
- Gliceraldehydo-3-fosforan ulega utlenieniu do 1,3-bifosfoglicerynianu
- Kinaza fosfoglicerynianowa katalizuje następną reakcję w obecności ADP
- Mutaza fosfoglicerynianoiwa przekształca 3-fosfoglicerynian w 2-fosfoglicerynian
- Enolaza w obecności jonów Mg2+, odszczepiając wodę, przekształca 2-fosfoglicerynian w fosfoenolopirogronian
- Kinaza pirogronianowa
Regulacja:
Glikoliza regulowana jest na trzech etapach obejmujących reakcje nieodwracalne, tj. w miejscu działania heksokinazy (lub glukokinazy),fosfofruktokinazy I oraz kinazy pirogronianowej.
Reakcja katalizowana przez heksokinazę nie jest właściwa tylko dla glikolizy, gdyż jest to wspólny etap dla wszystkich dróg metabolizmu węglowodanów, w których glukoza jest substratem (szlak pentozofosforanowy, synteza glikogenu). Regulacja tej reakcji polega na hamującym działaniu nadmiaru glukozo-6-fosforanu, powstającego w wyniku rozpadu glikogenu - sprawia to bowiem, iż reakcja staje się na daną chwilę zbędna.
Reakcja z użyciem fosfofruktokinazy I jest najważniejszym miejscem regulacji glikolizy, czasami reakcja przeprowadzana przez ten enzym nazywana jest reakcją ograniczającą glikolizy. Enzym hamowany jest allosterycznie przez wzrost stężenia ATP (komórka otrzymuje sygnał o wystarczającym zapasie energii), cytrynianu (związany z dostarczaniem acetylo-CoA do cytozolu - stężenie cytrynianu jest sygnałem, iż prekursory syntezy kwasów tłuszczowych są obecne w dostatecznej ilości i nie ma potrzeby ich dalszej produkcji) i jonów wodorowych (przy obniżonej wartości pH komórka broni się przed nadmiernym gromadzeniem się kwasu mlekowego z glikolizy beztlenowej). Aktywowany zaś jest w obecności AMP.
Kinaza pirogronianowa kontroluje wypływ metabolitów glikolizy - regulacja indukowana przez fruktozo-1,6-bisfosforan (aktywujący enzym i tym samym przyśpieszająca proces glikolizy na tym etapie) oraz ATP oraz alaninę (hamujące enzym i spowalniające glikolizę)
Przebieg i energetyka glikolizy w warunkach tlenowych i beztlenowych.
Energetyka:
GLIKOLIZA TLENOWA
glikolizie powstają 2 ATP, w łańcuchu oddechowym (z 2x NADPH) następne 6. W sumie 8!
Potem z pirogronianu powstaje reszta.
GLIKOLIZA BEZTLENOWA
- Warunkiem funkcjonowania glikolizy tlenowej jest możliwość ciągłego odtwarzania cytozolowego NAD+, poprzez ciągłe utlenianie NADH z udziałem łańcucha oddechowego w mt.
- Przy braku tlenu NADH może oddać 2H+ i 2e na akceptor cytozolowy. Funkcję utleniacza pełni pirogronian, który redukuje się do mleczanu (kat. Dehydrogenaza mleczanowa)
- Proces ten zachodzi głównie w erytrocytach, w mięśniach, soczewce, rogówce, rdzeniu nerki i leukocytach.
- przemiana 1 glukozy do mleczanu dostarcza tylko 2 ATP
Przemiany pirogronianu w warunkach tlenowych (dekarboksylacja i karboksylacja)
Dekarboksylacja:
-Powstały w glikolizie pirogronian w komórkach eukariotycznych jest transportowany do matriks mitochondrialnej przez przenośnik znajdujący się w błonie mitochondrialnej. W matriks mitochondrialnej pirogronian jest oksydacyjnie dekarboksylowany przez kompleks enzymatyczny dehydrogenazy pirogronianowej. Jednocześnie z dekarboksylacją, która prowadzi do powstania cząsteczki CO2, redukcji ulega jedna cząsteczka NAD+, a dwuwęglowy fragment łańcucha pirogronianu przenoszony jest na koenzym A.
pirogronian + CoA + NAD+ → Acetylo-CoA + NADH + CO2 + H+
Karboksylacja:
ATP + CO2 + H2O + Pirogronian -> Szczawiooctan + ADP + Pi
Przemiany pirogronianu w warunkach beztlenowych ( reakcja powstawania kwasu mlekowego). Cykl Corich (cykl mięśniowo-wątrobowy mleczanu) - przebieg i znaczenie.
Reakcja:
Pirogronian + NADH + H+ -> mleczan + NAD+
Cykl Corich:
Pirogronian syntetyzowany w mięśniach podczas glikolizy zostaje przekształcony w mleczan przez dehydrogenaze mleczanową w reakcji generującej NAD+, dzięki czemu glikoliza w dalszym ciągu wytwarza ATP. Jednakże mleczan jest metabolitem uwięzionym w ślepej uliczce , ponieważ metabolizowany może być dalej tylko pod warunkiem przemiany z powrotem w pirogronian. Mleczan dyfunduje więc z mięśnia do krwi, skąd przechodzi do wątroby. Tutaj w wątrobie przedostaje się do komórek gdzie działaniem dehydrogenazy mleczanowej zostaje przekształcony w pirogronian . Następnie pirogronian w procesie glukoneogenezy ulega przekształceniu w glukozę ta zostaje uwolniona znów do krwiobiegu skąd może już być pobierana przez mięsień szkieletowy i mózg.
Glikogen - budowa, występowanie, znaczenie glikogenu mięśniowego i wątrobowego.
Budowa:
-połączone reszty glukozy
Występowanie:
-wątroba
-rzadko mięśnie szkieletowe
Znaczenie wątroba:
-materiał zapasowy w komórkach wątroby
-uwolniona glukoza z niego może być źródłem energi w przemianach beztlenowych
Znaczenie w mięśniach:
-źródło energii
Synteza i rozkład glikogenu - droga hydrolityczna i fosforolityczna. Udział hormonów w rozkładzie glikogenu. Produkty fosforolizy i ich dalsze przemiany.
Synteza:
UDP-glukoza jest syntezowana z UTP i glukozo-1-fosforanu w reakcji katalizowanej przez pirofosforylazę UDP-glukozy. Następnie syntaza glikogenowa używa UDP-glukozy jako substratu do syntezy glikogenu dodając pojedyncze reszty do nieredukującego końca cząsteczki glikogenu i tworząc wiązanie alfa-1,4-glikozydowe między sąsiadującymi resztami. Enzym może tylko wydłużać łańcuch dlatego do rozpoczęcia syntezy konieczny jest inicjator o nazwie glikogenina. Glikogenina jest białkiem zawierającym osiem reszt glukozy połączonych wiązaniami alfa-1,4. Rozgałęzienia w glikogenie tworzy enzym rozgałęziający, który zrywa w łańcuchu glikogenowym wiązania alfa-1,4 i przenosi fragmenty zbudowane z około siedmiu reszt ku wnętrzu cząsteczki wiążąc je z głównym łańcuchem wiązania alfa-1,6.
Rozkład:
Rozkład glikogenu przeprowadzają enzymy, fosforylaza glikogenowa i enzym usuwający rozgałęzienia glikogenu. Fosforylaza usuwa kolejno reszty glukozowe z nieredukującego konca cząsteczki glikogenu, uwalniając jako produkt glukozo-1-fosforan. Rozrywa ona tylko wiązania alfa-1,4-glikozydowe, natomiast nie potrafi rozbic wiązań alfa-1,6 występujących w miejscach rozgałęzień. Glukozo-1-fosforan jest przekształcany w glukozo-6-fosforan przez fosfoglukomutaze . W wątrobie zachodzi dalsze przekształcanie tej cząsteczki w glukozę, katalizowanie przez glukozo-6-fosforan, po czym glukoza przechodzi do krwi. Glukozo-6-fosforan nie występuje w mięśniach. Tutaj energia potrzebna do skurczu mięśnia pochodzi z utlenienia glukozo-6-fosforanu syntezowanego w mięśniach.
Hormony:
Rozkład glikogenu przebiega dwoma torami: fosforolitycznym i hydrolitycznym. Rozkład ten jest indukowany działaniem glukagonu (hormon produkowany przez komórki α trzustki), a jego skutkiem jest podniesienie poziomu cukru we krwi. Rozkład glikogenu w wątrobie spowodowany jest zapotrzebowaniem organizmu w cukier. Odwrotny proces zachodzi w momencie oddziaływania insuliny (antagonistyczny hormon glukagonu), kiedy to zachodzi wiązanie glukozy z krwi w glikogen w wątrobie.
Znaczenie cyklu pentozo fosforanowego
Jest umieszczony w cytozo lu i ma szczególne znaczenie w tych tkankach które syntezują kwasy tłuszczowe i steroidy z acetylo-CoA
-utlenianie glukozo-6-fosforanu do rybozo-5-fosforanu
-wytwarzanie NADPH
Podział lipidów.
Proste:
-tłuszcze właściwe(estry glicerolu i kw. tłuszczowych)
-woski, steroidy(estry wyższych kwasów tłuszczowych)
Złożone:
-fosfolipidy
-glikolipidy
-inne
Trójglicerydy - budowa i znaczenie.
Budowa:
-trzy łańcuchy kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniami estrowymi z glicerolem
Znaczenie:
-magazyn energii
-podstawowy lipid zawarty w pokarmie
Lipoliza - przebieg i jej regulacja hormonalna. Produkty lipolizy i ich dalsze przemiany.
Lipazy tkanki tłuszczowej są aktywowane przez traktowanie jej komórek hormonami - adrenaliną, noradrenaliną, glukagonem lubadrenokortykotropiną. W adypocytach te hormony za pośrednictwem receptorów 7TM aktywują cyklazę adenylową. Zwiększenie stężenia cylkicznego AMP stymuluje wówczas kinazę białkową A, która aktywuje lipazy przez fosforylację. W ten sposób hormony: adrenalina, noradrenalina, glukagon i adrenokortykotropina indukują lipolizę, natomiast insulina hamuje lipolizę. Uwolnione kwasy tłuszczowe nie są rozpuszczalne w osoczu krwi, w związku z czym wiążą się z albuminą, która służy jako ich przenośnik. W ten sposób wolne kwasy tłuszczowe stają się dostępnym źródłem energii dla innych tkanek.
Przemiany:
Powstający w wyniku lipolizy glicerol jest wchłaniany w wątrobie, ulega fosforylacji i utlenieniu do fosfodihydroksyacetonu, a następnie izomeryzacji do aldehydu-3-fosfoglicerynowego. Produkt tej przemiany jest intermediatem w szlakach glikolizy i glukoneogenezy. Odpowiednie enzymy, znajdujące się w komórkach wątroby, przekształcają glicerol w pirogronian lub glukozę. Odwrotny proces może przebiegać poprzez redukcję fosfodihydroksyacetonu do 3-fosfoglicerolu. Jego hydroliza z udziałem odpowiedniej fosfatazy daje ponownie glicerol. W ten sposób glicerol i intermediaty glikolizy ulegają wzajemnym przekształceniom.
β-oksydacja kwasów tłuszczowych-przebieg , znaczenie, produkty. Udział karnityny.
Polegającą na utworzeniu przez niego wiązania tioestrowego z CoA i powstaniem acylo-CoA. Transport cząsteczek acylo-CoA zawierających łańcuchy mające do 10 atomów węgla zachodzi bezpośrednio przez błonę mitochondrialną. Cząsteczki o dłuższych łańcuchach przechodzą przez wewnętrzną błonę mitochondrium po sprzężeniu z cząsteczkąkarnityny. Bierze w tym udział acylotransferaza karnitynowa I znajdująca się na zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony oraz acylotransferaza karnitynowa II umiejscowiona na wewnętrznej powierzchni błony (od strony matriks).
Znaczenie:
-równoważników redukcyjnych (po cząsteczce FADH2 i NADH na każdy "obrót cyklu") służących w łańcuchu oddechowym wytworzeniu ATP,
-w wątrobie substratów do syntezy ciał ketonowych, zwłaszcza w przypadku zaburzeń (cukrzyca) gospodarki cukrami (szczawiooctan, metabolit pośredni cyklu Krebsa, powstaje z jednego z intermediantów glikolizy).
Produkty:
-acetylo-CoA
Powstawanie acetyloCoA w przemianach białkowych, lipidowych, węglowodanowych.
Cykl Krebsa lokalizacja, przebieg, regulacja i energetyka.
Lokalizacja:
-macierz mitochondrialna
Przebieg:
Synteza cytrynianu-> izomeryzacja-> pierwsze utlenianie-> oksydacyjna dekarboksylacja-> fosforylacja substratowa-> utlenienie bursztynianu-> przyłaczenie cząsteczki wody-> odtworzenie szczawiooctanu
Regulacja:
Cykl kwasy komórkowego jako ważny szlak metaboliczny umożliwiający zarówno utlenianie związków organicznych, jak i syntezę wielu substratów do biosyntez musi podlegać ścisłej kontroli. Regulacja zachodzenia cyklu odbywa się w kilku punktach. Krytycznym punktem w decydującym o dostarczeniu substratu do cyklu jest kompleks dehydrogenazy. Regulacji podlega kilka z enzymów kompleksu. Dehydrogenaza pirogronianowa jest hamowana w wyniku fosforylacji przez specyficzną kinazę, w sytuacji gdy zwiększa się w komórce stosunek NADH/NAD+, acetylo-CoA/CoA lub ATP/ADP. Obniżenie stosunków związków dostarczających energię komórce prowadzi do defosforylacji dehydrogenazy pirogronianowej przez specyficzną fosfatazę. Fosforylacja hamuje również aktywność rdzenia kompleksu - acetylotransferazy. Trzeci element o regulowanej aktywności - dehydrogenaza dihydroliponianowa jest hamowana przez NADH.
Enzymem stanowiącym punkt kontrolny w samym cyklu jest dehydrogenaza izocytrynianowa stymulowana allosterycznie przez ADP. Aktywność enzymu wzrasta również pod wpływem NAD+ oraz jonów Mg2+. Wzrost poziomu NADH prowadzi do zahamowania aktywności enzymu. Drugim enzymem cyklu stanowiącym punkt kontrolny jest dehydrogenaza α-ketoglataranowa. Jej aktywność ulega zahamowaniu, gdy wzrasta stężenie produktów katalizowanej reakcji - bursztynylo-CoA i NADH. Enzym jest hamowany także w sytuacji wysokiego poziomu ATP w komórce.
W komórkach prokariotycznych miejscem regulacji jest dodatkowo syntaza cytrynianowa hamowana allosterycznie przez ATP.
Energetyka:
12 cząsteczek ATP
Substraty i produkty cyklu Krebsa. Znaczenie cyklu Krebsa.
Substraty:
-acetylo-CoA
-3 NAD+
-3 wody
-GTP + Pi
-energia
-szczawiooctan
Produkty:
-cytrynian
-cis-Akoniat
-izocytrynian
-alfa-Ketoglutaran
-Bursztynylo-CoA
-Bursztynian
-Fumaran
-Jabłczan
-3 NADH
-CO2
-GTP
-CoA-SH
Znaczenie:
-Jest centralnym ogniwem metabolizmu tłuszczowców, cukrowców i białek.
-dostarcza energii wraz z przemianami łańcucha oddechowego
-Metabolity pośrednie cyklu sa wykorzystywane do biosyntez
Reakcje dekarboksylacji, dehydrogenacji i fosforylacji substratowej w cyklu Krebsa.
Dekarboksylacja:
Α-ketoglutaran ulega oksydacyjnej dekarboksylacji analogicznej do podobnego procesu, w którym substratem jest pirogronian. Tym razem proces katalizuje kompleks dehydrogenazy α-ketoglutaranowej. Utlenianie i dekarboksylacja także przebiega analogicznie. Wymaga ona następujących kofaktorów:
-pirofosforan tiaminy, TPP (aktywna postać witaminy z grupy B), na który przeniesieniu ulega substrat, by odłączyć CO2
-liponamid (amid kwasu liponowego) - przenosi z TPP zdekarboksylowaną resztę pochodzącą od ketoglutaranu, redukując się
-koenzym A - odbiera tą resztę liponamidowi, w wyniku czego powstaje bursztynylo-CoA, zwany także sukcynylo-CoA
NADH wędruje oddać równoważniki redukcyjne na łańcuch oddechowy.
Produkt, bursztynylo-CoA, posiada resztę posiadającą już tylko 4 węgle.
Dehydrogenacja:
Fumaran posiada wiązanie podwójne węgiel-węgiel w konfiguracji trans, do którego przyłącza się cząsteczka wody. Reakcję tą katalizuje fumaraza nazywana także hydratazą fumaranową. W rezultacie powstaje L-jabłczan. Ponieważ oba końce cząsteczki fumaranu są nieodróżnialne, grupa hydroksylowa jabłczanu może znajdować się zarówno przy atomie węgla pochodzącym ze szczawiooctanu, jak i przy dostarczonym przez acetylo-CoA.
Fosforylacja:
Bursztynylo-CoA, posiadając wiązanie wysokoenergetyczne, zostaje wykorzystany do przeprowadzenia fosforylacji substratowej przy użyciu fosforanu nieorganicznego. Katalizujący ten proces enzym nazywany jest syntetazą sukcynylo-CoA albo tiokinazą bursztynianową. W większości tkanek związkiem, na który przenosi się energia, jest ADP(adenozynodifosforan). Jednakże w komórkach przeprowadzających proces glukoneogenezy i w związku z tym potrzebujących GTP (wykorzystywanego przez karboksykinazę fosfoenolopirogronianową) występuje także drugi izoenzym - fosforylujący GDP. Wiąże się z tym pewien rodzaj regulacji glukoneogenezy. Mianowicie odnawianie puli glukozy ma sens tylko, kiedy ładunek energetyczny jest dość duży. Jeśli cykl Krebsa dostarczałby zbyt mało energii, produkowałby więc też mało GTP i ograniczałby glukoneogenezę.
W reakcji oprócz trójfosforanu puryny powstają wolny koenzym A i bursztynian. Ponieważ cząsteczka tego ostatniego jest symetryczna i oba jej końce nie różnią się między sobą, od tego momentu nie możemy już odróżnić, który atom węgla pochodził z wprowadzonej do cyklu reszty acetylowej, a który ze szczawiooctanu.
Powiązanie glikolizy i beta- oksydacji z cyklem Krebsa.
Glikoliza dostarcza pirogronianu, który w procesie beta-oksydacji przemiania się w acetylo-CoA, który jest głównym substratem w cyklu krebsa
Łańcuch oddechowy - składniki, lokalizacja, przebieg, energetyka. Udział tlenu. Synteza ATP. Bilans energetyczny.
Lokalizacja:
-wewnętrzna błona mitochondriom
Składniki:
-bursztynian
-NADH2
-ubichinon
-cytochrom c
Przebieg:
Synteza ATP:
Bilans energetyczny:
Strata 2 ATP, zysk 30-32 ATP
Energetyka:
-standardowy potencjał wynosi 0,32 V
-różnica pomiędzy potencjałem zredukowanym a utlenionym 1,140 V
Funkcje nukleotydów - udział w przemianach (np. NAD, FAD, ATP, cAMP, cGMP).
-podstawowe składniki kwasów nukleinowych
-składniki koenzymów
-równoważniki energetyczne
-regulatory przemiany materii
-udział w biosyntezach
Przykłady koenzymów.
-Biotyna - witamina H - wiąże dwutlenek węgla, jest wykorzystywana w reakcjachkarboksylacji
-FAD - pochodna witaminy B2
-FMN - pochodna witaminy B2
-Koenzym Q10 (CoQ10, ubichinon)
-NAD - pochodna witaminy B3
-NADP - pochodna witaminy B3
-fosforan pirydoksalu (PLP) - pochodna witaminy B6
-Pirofosforan tiaminy (TPP) - pochodna witaminy B1
-S-adenozylometionina (SAM) - przen. grup metylowych
-Tetrahydrofolian - pochodna kwasu foliowego
Hormony - podział ze względu na budowę chemiczną ( pochodne aminokewasów, o budowie peptydowej, białkowe, sterydowe, pochodne kwasu arachidonowego)
-Hormony białkowe, do których należy m.in. insulina
-Pochodne kwasu arachidonowego- prostglandyny
Mechanizm działania hormonów na poziomie komórki (lokalizacja receptorów w błonie komórkowej i wewnątrzkomórkowe).
Podział hormonów ze względu na miejsce wydzielania i docelowego działania (autokrynne. parakrynne, endokrynne, neurohormony).
-AUTOKRYNNIE - hormon wydzielany przez komórkę gruczołową i miejscem docelowym jest ona sama, hormon reguluje aktywność komórki wydzielającej („macierzystej”) ( receptory na powierzchni na ten hormon);
-ENDOKRYNNIE - hormon wydzielany przez komórkę gruczołową, drogą krwi przenoszony jest do odległych komórek docelowych (posiadających odpowiednie receptory);
-PARAKRYNNIE - hormon wydzielany przez komórkę gruczołową, dyfunduje przez przestrzeń międzykomórkową, działa na komórkę sąsiednią (też musi posiadać receptory na ten hormon);
-NEUROHORMONY - z zakończeń nerwowych uwalniane są neuroprzekaźniki i dyfundują do komórki docelowej przez połączenie synaptyczne. Neuroprzekaźnik może uwalniać się z neuronu neurosekrecyjnego również do krwi (NEUROSEKRECJA) którą dociera do odległych komórek docelowych.Neurosekrecja dotyczy hormonów podwzgórza (hormony podwzgórzowe wydzielane do układu wrotnego podwzgórze-przysadka i pobudzają przysadkę do produkcji hormonów wyzwalających, Realising Hormones (RH), np. Kortykoliberyna(CRH) dla ACTH, tyreoliberyna (TRH) dla TSH).
Regulacja wydzielania hormonów układ: podwzgórze- przysadka- gruczoł wydzielania wewnętrznego.
Podwzgórze wydziela liberyjny albo statyny które dochodzą do przedniego płata przysadki, która wytwarza hormony tropowe, Docierają one do gruczołów wydzielniczych, które wytwarzaja właściwy hormon do krwiobiegu. Poprzez krwiobieg hormony docierają do komórki docelowej. Jeśli hormonu jest za dużo zostaje przekazana informacja zwrotna do podwzgórza które wydziela odpowiednie hormony pobudzające albo hamujące.
Hormony podwzgórza i przysadki mózgowej (tylnego i przedniego płata).
Hormony podwzgórza:
-kortykoliberyna- pobudza wydzielanie hormonów stresowych
-somatostatyna- blokuje wydzielanie hormonu wzrostu
Hormony przedniego płata przysadki:
-somatotropina- hormon wzrostu
-tyreotropina- zwiększenie masy tarczycy
Hormony tylnego płata przysadki:
-wazopresyna- odpowiada za gospodarkę wodną
-oksytocyna- skurcze mięśni macicy
Hormony tarczycy i przytarczyc.
Hormony tarczycy:
-tyroksyna- rozpad tłuszczy
-trójjodotyronina- prawidłowy rozwój organizmu
Przytarczyc:
Hormony rdzenia i kory nadnerczy. Hormony płciowe.
Hormony rdzenia:
-noradrenalina
-adrenalina
Hormony kory:
-kortyzol
-aldosteron
Hormony płciowe:
-tesstosteron
-estrogen
-progesteron
Hormony trzustki.
-insulina
-glukagon
Zakres prawidłowego stężenia glukozy we krwi - udział hormonów w regulacji.
80-120 mg/dl
Insulina- obniża stężenie cukru we krwi
Glukagon- podnosi stężenie cukru we krwi
Cukrzyca typu I i II
Cukrzyca typu 1 (dawniej nazywana insulinozależną, IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus) lub typu dziecięcego) - jest spowodowana rzeczywistym brakiem insuliny na skutek uszkodzenia komórek beta wysp Langerhansa trzustki. Jedynie te komórki mogą wytwarzać insulinę. Choroba pojawia się najczęściej u dzieci i osób młodych, choć może się rozpocząć nawet po 80. roku życia. Leczenie wymaga stałego podawania insuliny. Zwykle przyczyną choroby jest uszkodzenie komórek β przez własny układ odpornościowy (autoagresja, stąd również nazwa: cukrzyca autoimmunologiczna). Tempo niszczenia komórek może być szybkie lub wolne. Postać szybko postępująca zwykle występuje u dzieci. Wolno postępująca postać cukrzycy występująca u dorosłych nosi nazwę utajonej cukrzycy autoimmunologicznej dorosłych (LADA - Latent Autoimmune Diabetes in Adults). U 85-90% osób z cukrzycą typu 1 w chwili wykrycia choroby występują przeciwciała przeciwwyspowe i (lub) przeciwinsulinowe albo przeciwko dekarboksylazie kwasu glutaminowego (GAD), które są markerami procesu autoimmunologiczego. Osoby z cukrzycą typu I statystycznie częściej zapadają na inne choroby autoimmunologiczne, m.in. chorobę Gravesa-Basedowa, chorobę Hashimoto i chorobę Addisona. U osób pochodzenia afrykańskiego i azjatyckiego istnieją postacie cukrzycy typu 1 o nieznanej etiologii (postać idiopatyczna), bez objawów procesu autoimmunologicznego.
Ostatecznie przeżycie osoby z tą postacią cukrzycy jest uzależnione od zewnętrznego podawania insuliny. Wydzielanie insuliny jest u nich znikome bądź w ogóle nieobecne, co przejawia się małym lub niewykrywalnym stężeniem peptydu C (fragmentu białkowego powstającego podczas produkcji insuliny) w osoczu. U osób z tą postacią choroby istnieje większe ryzyko wystąpienia kwasicy ketonowej.
Cukrzyca typu 2 (dawniej nazywana insulinoniezależną, ang. Non-Insulin Dependent Diabetes Mellitus, w skrócie NIDDM) - to najczęstsza postać cukrzycy. U chorych zaburzone jest zarówno działanie, jak i wydzielanie insuliny, przy czym dominującą rolę może odgrywać jedna lub druga nieprawidłowość. Chorzy są mało wrażliwi na działanie insuliny (insulinooporność). Zwykle w początkowej fazie choroby insulina jest wydzielana w większej ilości - ale niewystarczająco do zwiększonych insulinoopornością potrzeb organizmu. Po pewnym czasie jej wydzielanie spada wskutek zniszczenia nadmiernie obciążonych komórek β wysepek Langerhansa. Dokładne przyczyny rozwoju tych zaburzeń nie są jeszcze poznane. Leczenie polega zazwyczaj na redukcji masy ciała, stosowaniu diety cukrzycowej, wysiłku fizycznego oraz doustnych leków przeciwcukrzycowych, u części chorych po pewnym czasie trwania choroby konieczna jest insulinoterapia. Ta postać cukrzycy niejednokrotnie umyka przez wiele lat rozpoznaniu, gdyż hiperglikemia nie jest na tyle wysoka, by wywołać klasyczne objawy cukrzycy. Niemniej u chorych w tym czasie mogą już rozwinąć się powikłania cukrzycy. Cukrzyca typu 2 występuje najczęściej u osób starszych, z otyłością lub innymi zaburzeniami metabolicznymi. Otyłość, zwłaszcza nadmiar tkanki tłuszczowej w okolicy brzusznej, powoduje oporność na insulinę.
Stężenie cholesterolu całkowitego i lipoprotein HDL i LDL we krwi. Udział lipoprotein w patogenezie miażdżycy.
Całkowity cholesterol- <200 mg/dl
HDL- 35-70 mg/dl
LDL- <135 mg/dl
Miażdżyca polega na wysepkowatym gromadzeniu się w błonie wewnętrznej tętnic cholesterolu (i jego estrów) oraz innych lipidów. W pierwszym etapie komórki śródbłonka gromadzą nadmierne ilości cholesterolu i lipidów, które są przemieszczane pod błonę wewnętrzną tętnic. (tzw. pasma tłuszczowo-lipidowe,ang. fatty streaks). Tego typu zmiany można obserwować już u dzieci. Podśródbłonkowe masy lipidowo-cholesterolowe powodują gromadzenie się makrofagów, rozrost fibroblastów i komórek mięśni gładkich warstwy środkowej tętnicy oraz drobnych naczyń krwionośnych odchodzących od naczyń odżywiających ścianę tętnicy (łac. vasa vasorum). Zakłada się, że komórki piankowate tworzące blaszki miażdżycowe nagromadziły lipidy drogą tzw.szlaku zmiataczowego[1]. , pochodzące od lipoprotein osocza krwi , które uprzednio uszkodzone zostały przez reaktywne formy tlenu
Markery biochemiczne w diagnostyce zawału mięśnia sercowego, schorzeniach mięśni szkieletowych, układu kostnego.
Zawał mięśnia sercowego:
-fosforylaza glikogenu- GPBB
-Sercowe białko wiążące kwasy tłuszczowe- h-FABP
-mioglobina
-CK lub CPK
-AspAt
-AlAt
-LDH
-GGTP
Dysocjacja wody. Stała dysocjacji wody. Iloczyn jonowy wody.
Rozpad elektrolitu na jony pod wpływem wody
Stała dysocjacji wody:
K= 1,8 * 10 -16
Iloczyn jonowy wody:
Kdys. [H2O]= [H+] * [OH-]= 1,8* 10-16 * 55,4= 10-14
-log[H+]=pH
pH+pOH= 14
Definicja pH. Zakres pH roztworów wodnych kwasów, zasad i obojętnych
pH- to ujemny logarytm dziesiętny z wartosci stężenia jonów wodorowych
kwasowe- 0-7 (bez 7)
zasadowe- 7-14 (bez 7)
obojętne- =7
Zakres fizjologiczny pH krwi. Zależność pH od stężenia jonów wodorowęglanowych [HCO3-] i pCO2 .
Zakres fizjologiczny krwi- 7,36-7,42
pH krwi= [HCO3-]/pCO2
Czynniki wpływające na utrzymanie stałości pH krwi (układy buforujące krwi i komórek, rola płuc i nerek).
Bufory krwi i tkanek:
-bufor węglowodanowy
-bufor hemoglobin owy
-bufor białczanowy
-bufor fosforowy i inne
Płuca- usuwanie CO2
Nerki- usuwanie H+ i produkcja HCO3-
Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej ( kwasica i zasadowica metaboliczna i oddechowa).
KWASICA METABOLICZNA wynika z pierwotnego obniżenia stężenia wodorowęglanów w odorowęglanów osoczu, co obniża pH krwi.
Mechanizmy:
Wytwarzanie lub podaż kwasów gwałtownie zwiększa się, przewyższając nerkowe wydalanie kwasów (przykłady: kwasica ketonowa, kwasica mleczanowa, obciążenie chlorkiem amonowym)
Nerkowe wydalanie kwasów nie może sprostać wytwarzaniu i podaży kwasów (przykłady: nerkowa kwasica cewkowa, inhibitory anhydrazy węglanowej)
Wodorowęglany są tracone przez przewód pokarmowy (przykłady: biegunka, przetoka)
Płyn pozakomórkowe rozcieńczony przez roztwór, który nie zawiera wodorowęglanów (przykład: szybkie podanie roztworu soli)
KWASICA ODDECHOWA stanowi wynik pierwotnego wzrostu PCO2 jest spowodowane głównie niezdolnością wydalania CO2 wskutek zmniejszonej wentylacji pęcherzykowej, a nie wzmożonym wytwarzaniem CO2. kwasica oddechowa występuje często w chorobach centralnego układu nerwowego, płuc i serca. Leki uspokajające i opiaty, które hamują ośrodek oddychania w centralnym układzie nerwowym, są częstymi przyczynami kwasicy oddechowej. Ciężkie zaburzenia elektrolitowe (hipopotasemia, hipofosfatemia), upośledzona mechanika oddychania i choroby oskrzelowo - płucne wywołują kwasicę oddechową.
Podwyższenie CO2 powoduje wzrost stężenia kwasu węglowego, który jest buforowany głównie przez bufory wewnątrzkomórkowe, takie jak hemoglobina lub fosforany, co prowadzi do niewielkiego wzrostu stężenia wodorowęglanów wodorowęglanów osoczu. Nerki współdziałają przez zwiększenie wydalania kwasów, co wytwarza nowe wodorowęglany, które wracają do krwi. Wzmożone zakwaszenie moczu zwiększa wydalanie chlorków w moczu, to zaś w konsekwencji obniża stężenie chlorków w osoczu. Pełny rozwój reakcji nerkowej zwykle trwa ponad 24 godziny.
ZASADOWICA METABOLICZNA wynika z pierwotnego wzrostu stężenia wodorowęglanów wodorowęglanów osoczu, co powoduje wzrost pH krwi. Alkaloza metaboliczna jest często związana ze stratami soli chlorkowych lub kwasu chlorowodorowego. Niektóre leki moczopędne lub choroby przewodu pokarmowego mogą powodować większą utratę chlorków niż wodorowęglanów. Prowadzi to do zmniejszenia objętości płynu pozakomórkowego i wzrostu stężenia wodorowęglanów. Hipowentylacja pęcherzykowa, stanowiąca kompensacyjną reakcję oddechową na to pierwotne zaburzenie prowadzi do wzrostu PCO2; kompensacja ta jest jednak zwykle ograniczona do wzrostu PCO2 do 55-60 mmHg, ponieważ hipoksja pobudza wentylację. Zmniejszenie objętości nasila nerkową retencję wodorowęglanów przez obniżenie wielkości przesączania kłębuszkowego, zwiększenie sekrecji protonów protonów cewkach proksymalnych i dystalnych oraz zmniejszenie uwalniania chlorków do cewek zbiorczych, co ogranicza wymianę chlorkowo - wodorowęglanowi. Wodorowęglanowi kolei zwiększona aktywność mineralokortykosteroidów pobudza nerkowe wytwarzanie wodorowęglanów. Wodorowęglanów tych warunkach wzrost stężenia wodorowęglanów w osoczu odzwierciedla wytwarzanie i retencję wodorowęglanów przez nerki jako skutek zwiększonego wydzielania kwasów.
ZASADOWICA ODDECHOWA stanowi skutek pierwotnego obniżenia PCO2, wynikającego ze zwiększonej wentylacji pęcherzykowej. Ból, niepokój, niedotlenienie, ciężka niedokrwistość, progesteron i inne leki, endotoksyny i pierwotne choroby płuc - wszystkie te czynniki mogą nasilać wentylację i prowadzić do hipokapnii.
Początkową reakcją na Zasadowica jest buforowanie wewnątrzkomórkowymi protonami. Kompensacja nerkowa, która trwa kilka dni, polega na obniżeniu wydalania kwasów i stężenia wodorowęglanów wodorowęglanów osoczu oraz przywróceniu pH do normy. Chorzy często wykazują hiperwentylację, parestezje wokół ust i w kończynach, kurcze mięśni, nadmiernie żywe odruchy, drgawki lub zaburzenia rytmu serca.
Bufory i ich rola. Pojemność buforująca. Bufory krwi, mechanizm działania buforu wodorowęglanowego.
Bufory utrzymują ściśle określone pH ustroju wszystkich organizmów, którego zachwianie może spowodować śmierć organizmu.
Pojemność buforująca:
naturalnie, cały układ buforujący nie jest skuteczny w nieskończoność. Każdy bufor posiada swoją pojemność, zwaną pojemnością buforową β, która jest warunkowana stałą równowagi głównej reakcji buforowej, oraz stężeniem czynnika słabo dysocjującego. Pojemność buforowa zależy od ogólnego stężenia kwasu i jego soli. Maksymalna pojemność wzrasta wraz z ogólnym stężeniem i nie zależy od mocy kwasu.
Bufory krwi:
-węglowodanowy
-fosforowy
-białkowy