Ultragieda-Biochemia-3 PDF

I Opisz strukturę I rzędową białka i metody ustalania sekwencji aminokwasów Jest to kolejność ułożenia aminokwasów w łańcuchu białkowym. Poszczególne aminokwasy wchodzące w skład białka są połączone kowalencyjnie przez wiązania peptydowe. W większości białek występuje 20 aminokwasów w różnych kombinacjach. Struktura I-rzędowa jest uwarunkowana genetycznie. Sekwencję aminokwasową ustala się metodą Edmana przy użyciu automatycznego analizatora (sekwenatora). Czynność tę nazywa się sekwencjonowaniem białka. -Fenyloizotiocyjanian zwany odczynnkiem Edmana, wiąże się z grupą aminową aminokwasu N-końcowego w lekko alkalicznym środowisku. -Powstająca pochodna fenyloizotiocyjanianowa powoduje destabilizację N-końcowego wiązania peptydowego i umożliwia skrócenie łąńcucha peptydowego (poprzez hydrolizę) o jedną resztę aminokwasową. -Odłączenie aminokwasu N-końcowego udostępnia kolejną resztę aminokwasową do reakcji z odczynnkiem Edmana i prowadzi do destbilizacji następnego wiązania peptydowego, które staje się podatne na hydrolizę itd. W ten sposób można ustalić sekwencję łańcucha polipeptydowego zawierającego do 100 reszt aminokwasowych. długie polipeptydy nie mogą być sekwencjonowane w sposób bezpośredni, dlatego też muszą być najpierw poddane fragmentacji na krótsze odcinki poprzez wybiórczy rozkład niektórych wiązań peptydowych. Rozdziela się powstałe peptydy i oznacza sekwencję aminokwasową każdego z nich. Następną czynnością jest ustalenie kolejności, w jakiej te peptydy występują w łańcuchu białkowym poddanym fragmentacji. Wyróżniamy dwa rodzaje fragmentacji: enzymatyczną i chemiczną. § Fragmetacja enzymatyczna. Trypsyna (enzym proteolityczny soku trzustkowego) w sposób wybiórczy trawi wiązania peptydowe powstałe z udziałem grup karboksylowych lizyny lub argininy. § Fragmentacja chemiczna. Bromocyjan rozkłada wiązania peptydowe powstałe z udziałem grup karboksylowych metioniny. · Opisz strukturę II rzędową białek i podaj przykłady. Struktura drugorzędowa białka jest to sposób przestrzennego rozmieszczenia łańcucha polipeptydowego. Możę być badana metodami dyfrakcji promieni X Struktura beta zwana jest także strukturą pofałdowanej kartki lub strukturą beta-harmonijki. Łańcuch białkowy o strukturze beta jest bardziej rozciągnięty w kierunku osiowym niż łańcuch o strukturze helisy alfa. Odległość dwu sąsiednich reszt aminokwasowych jest ponad dwukrotnie większa niż w łańcuchu o strukturze helisy i wynosi ok 0,35 nm. W białkach o strukturze beta nie występuja wewnatrzłańcuchowe wiązania wodorowe pomiędzy grupami C=O (aminokwasu n) i grupami N-H (aminokwasu n+4). Wiązania takie powstają natomiast pomiędzy grupami C=O i N-H sąsiednich łańcuchów i sa usytuowane poprzecznie do ich długiej osi. Wiązanie peptydowe jest tak skonstruowane, iż atomy grup C=O i N-H oraz dwa sąsiednie atomy węgla tworzą jedną płaszczyznę. Z tego względu białko o tej strukturze może być traktowane jako układ sztywnych płaszczyzn ustawionych względem siebie pod pewnym kątem. Tą strukturę wykazują np. fibroina jedwabiu lub beta-keratyna. W tworzeniu tej struktury uczestniczą zazwyczaj 2 lub więcej łańcuchów białkowych. Ich przebieg może być równoległy, gdy końce aminowe i karboksylowe każdego z łańcuchów są skierowane w tą samą stronę, lub przeciwrównoległy, gdy wspomniane końce poszczególnych łańcuchów są skierowane w przeciwne strony. Łańcuchy białkowe o strukturze beta często tworzą zagięcia, ktore zmieniają kierunek przebiegu długiej osi cząsteczki na przeciwstawny. Dzieki temu struktura beta może powstawać także w obrębie jednego łańcucha, gdy poszczególne jego odcinki przebiegają równolegle wzg siebie i wytwarzają między sobą wiązania wodorowe. Wspomniane zagięcia umożliwiają upakowanie łańcucha bialkowego w zwartą postać globularną (o kształcie zbliżonym do kuli). W miejscach zagięcia łańcuchów czesto wyst prolina, glicyna oraz aminokwasy z łańcuchami bocznymi obdarzonymi ładunkiem elektrycznym. Zagięcia te lokalizują się zazwyczaj na powierzchni cząsteczek białkowych. Struktura alfa-helisy Jest najczęściej wystepująca struktura II-rzedową ( obok str. Beta).Kształtem przypomina cylinder, tworzony przez ciasno, prawoskrętnie skręconą sprężynę. Na 1 skręt alfa helisy przypada 3,6 reszt aminokwasowych. Skok spirali wynosi 0,54 nm a odległośc osiowa dwóch reszt to 0,15 nm. Układ ten umożliwia tworzenie się max liczby wewnątrzłańcuchowych wiązań wodorowych. wiazanie wodorowe powstaje między grupami C=O (aminokwasu n) i N- H (aminokwasu n+4). Taki układ przestrzenny zapewnia maksymalną siłę wiązań wodorowych.Polipeptydy otrzymane drogą syntezy samoistnie przyjmują strukture alfa helisy. Zagęszczenie aminokwasów, których łańcuchy boczne są nośnikami ładunków elektrycznych destabilizuje helisę alfa. · Struktura 3rz białek Określa sposób wtórnego, trójwymiarowego pofałdowania cząsteczki białka z zachowaniem elementów struktury drugorzędowej. Struktura trzeciorzędowa jest stabilizowana poprzez interakcje łańcuchów bocznych reszt aminokwasowych, zarówno poprzez wiązania kowalencyjne (mostki disiarczkowe), jak i wiązania niekowalencyjne o niskiej energii (hydrofobowe, wiązania wodorowe). Jest indywidualna dla każdego białka (dobrze poznano strukturę Mio- i hemoglobiny). Struktura białek globularnych w roztworach wodnych jest zwarta. Hydrofobowe łańcuchy boczne reszt aminokwasowych są ukryte we wnętrzu cząsteczki, podczas gdy grupy hydrofilowe są zwykle usytuowane na jej powierzchni. · Opisz strukturę IV rzędową białka i podaj przykład Określa skład podjednostkowy i wzajemny układ przestrzenny podjednostek w obrębie jednej cząsteczki białkowej. Białka o wysokiej masie cząsteczkowej składają się z dwóch lub większej liczby łańcuchów polipeptydowych, zwanych podjednostkami. Podjednostki moga funkcjonować niezależnie od siebie bądź współdziałać. Na ogół są one zespolone ze sobą wiązaniami niekowalencyjnymi o niskiej energii, jak wiązania hydrofobowe, jonowe lub wodorowe. W odróżnieniu od pozostałych struktur, ta występuje tylko w niektórych białkach. Badanie sekwencji aminokwasowej białek o strukturze 4-rzędowej wymaga oddzielenia od siebie poszczególnych jednostek. Można to uzyskać (w zależności od białka) poprzez zmianę pH, działaniem roztworu mocznika czy chlorowodorku guanidyny. Zmiana pH wiąże się z modyfikacją ładunków elektrycznych na powierzchni białka, a co za tym idzie zanikiem oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy podjednostkami. Stężone roztwory mocznika lub chlorowodorku guanidyny rozrywają wiązania wodorowe zespalające podjednostki białkowe. W wielu przypadkach struktura czwartorzędowa białek, a pośrednio ich właściwości biologiczne, jest modyfikowana przez substancje drobnocząsteczkowe, zwane efektorami allosterycznymi. Przykład białka o strukturze IV rzędowej: Hemoglobina: białko transportujące tlen, występujące w krwinkach czerwonych. Zbudowana z 4 podjednostek - 2 łancuchy alfa i 2 łańcuchy beta. Każda z podjednostek zawiera cząsteczkę hemu, a ta z kolei jon Fe2+ (odwracalnie wiąże on cząstkę tlenu). Między hemoglobiną utlenowaną i nieutlenowaną istnieją różnice w strukturze 4-rzędowej.. Na skutek przyłączenia tlenu przez jedną podjednostkę zwiększa się odstęp pomiędzy podjednostkami, a ich powinowactwo do tlenu wzrasta - jest to efekt allosteryczny wywoływany przez tlen (efektor allosteryczny). · Opisz strukturę kolagenu Ponad 30% aminokwasów kolagenu to glicyna, 12-15% to prolina, występuje też hydroksylizyna i hydroksyprolina - aminokwasy spotykane rzadko w innych białkach zwierzęcych, niska zawartość aminokwasów siarkowych i aromatycznych. Łańcuchy kolagenu nie tworzą struktury alfa - helisy a tworzą potrójną helisę kolagenową. Podstawową jednostką kolagenu jest tropokolagen - cząsteczka złozona z trzech łancuchów polipetydowych zwanych podjednostkami alfa, mogą one być jednakowe bądź różne w zależnosci od typu kolagenu. Końcowe fragmenty łańcuchów alfa to telopeptydy, mają odmienny skład aminokwasowy i nie są objęte strukturą potrójnej helisy. Łańcuchy kolagenowe są bardziej rozciągniete w kierunku osiowym niż w strukture alfa ale mniej niż w beta, odległość między dwiema resztami aminokwasowymi wynosi 0,29nm. Dlatego kolagen NIE wytwarza wiązań wodorowych miedzy zwojami tego samego łańcucha, ale te wiązania się tworzą miedzy łańcuchami potrójnej helisy, kolagen ulega denaturacji w temp 40 stopni. Szczególną cechą kolagenu jest występowanie kowalencyjnych wiązań poprzecznych między poszczególnymi łańcuchami alfa, połączenia te wytwarzane są przez pochodne lizyny, niektore z reszt lizylowych zawartych w telopeptydach przekształca się w peptydowo związany aldehyd (allizynę) , aldehyd ten moze tworzyć połączenia z lizyną lub hydroksylizyną w sąsiednym łańcuhu. połączenia te są trwałe. nie rozpadają się pod działaniem czynników denaturujących. · Chromatografia jonowymienna, powinowactwa. Aby wyizolowac białko należy przeprowadzic je w postac rozpuszczalną, poprzez homogenizację tkanek w płynach takich jak: woda, sól fizjol, różne bufory. Tkanki rozbijamy przy użyciu homogenizatorów(np. ultradźwiękowego lub nożowego). Podczas wirowania homogenatu jego nierozpuszczalne elementy osadzają się na dnie probówki, a składniki rozpuszczalne pozostają w płynie nadosadowym( w supernatancie). Warunki ekstrakcji i płyn ekstrahujący dobiera się tak aby poszukiwanemu białku zapewnic warunki do rozpuszczenia a zanieszczyszczeniom utrudnić przechodzenie do roztworu, nie zawsze to jest mozliwe a drastczne warunki ekstrakcji mogą uszkodzic strukturę nawet I-rzędową. Możliwosci odizolowania poszczególnych białek wynikają z odmiennej rozpuszczalnosci, masy cząsteczkowej, ładunku elektrycznego czy pI Aby tak wyizolowane białka rozdzielic możemy wykorzystac chromatografię jonowymienną, która jest stosowana przy rozdziale białek różniących się ładunkami elektrycznymi. W czasie przechodzenia roztworu(faza ruchoma) przez kolumnę z żywicą(faza stała) zachodzi selektywne wiązanie pewnych białek na powierzchni fazy stałej, podczas gdy inne białka przechodzą swobodnie przez kolumnę z fazą ruchomą. Żywicą jest najczęściej polikation lub polianion. W miarę wzrostu stęż soli doprowadza się do rozpadu wiązan pomiedzy poszczególnymi białkami a żywicą. Białka słabiej związane wypłukują się wcześniej Chromatografia powinowactwa polega na wybiórcznym wiązaniu się niektórych białek z innymi substancjami np enzym wykazuje powinowactwo do koenzymu lub do substratu. Koenzym lub substrat można związać ze stałym nie rozpuszczalnym nośnikiem nie wchodzącym w interakcję z białkami. na kolumnę z tak przygotowanym nośnikiem wprowadza się mieszaninę białek. Jedynie enzym ziwązany przez koenzym lub substrat jest unieruchomiony na kolumnie. Związane białko można uwolnić z kolumny poprzez przepłukanie roztworem powodującym dysocjację kompleksu. koenzym lub substrat zostje w kolumnie a enzym jest wypłkany. · Filtracja żelowa, elektroforeza Filtracja żelowa jest procedurą polegającą na rozdziale mieszaniny substancji rozpuszczalnych o różnej masie cząsteczkowej przy użyciu „sit molekularnych”. Jest bardzo przydatna do oddzielania białek od substancji o niskiej masie cząsteczkowej. Sitami molekularnymi są porowate żele uzyskane przez modyfikacje chemiczną naturalnych polisacharydów (np. dekstranu) lub uzyskane syntetycznie żele poliakryloamidowe, np: Sephadex Mieszaninę białek, rozpuszczonych w odpowiednim buforze, nanosi się na szczyt kolumny wypełnionej jednym z wymienionych żeli i wypłukuje się z kolumny tym samym buforem. Porowatość żelu jest tak dobrana, że większe cząsteczki białkowe omijają ziarna żelu i wypłukują się w pierwszej kolejności, podczas gdy mniejsze wnikają do ich wnętrza i wypłukują się z opóźnieniem. Pierwsze frakcje płynu wyciekającego z kolumny zawierają białka o najwyższej, a następne i dalsze o coraz niższej masie cząsteczkowej. Elektrofereza. Białko obdarzone ładunkiem elektrycznym przemieszcza się w polu elektrycznym od bieguna dodatniego lub ujemnego. Wartość ładunku można modyfikować poprzez zmianę pH roztworu. Białka o wysokim ładunku przemieszcza się szybko, białko o niskim ładunku porusza się wolno. Białko elektrycznie obojętne nie przemieszcza się w kierunku elektrod. Elektroforezę (technika rozdziału białek) wykonujemy na stałych nośnikach np. żelu poliakryloamidowym lub agarozowym. Po zakończeniu rozdziału dokonuje się fragmentacji żelu i wypłukuje się białka z różnych jego fragmentów. Ogniskowanie izoelektryczne jest techniką elektroforetyczną wykorzystująca fakt, iż białko znajdujące się w punkcie izoelektrycznym traci ruchliwość w polu elektrycznym · Funkcje biologiczne białek. Funkcje strukturalne- białka są podstawowym elementem składowym komórek i macierzy pozakomórkowej. Wraz z lipidami tworzą błony biologiczne, niektóre białka pełnią funkcje podporowe. Funkcje katalityczne- większość reakcji biochemicznych wymaga udziału enzymów, a prawie wszystkie z nich są białkami Funkcja transportowa- wyspecjalizowane białka pełnią rolę przenośników transbłonowych (transportują cukry proste, aminokwasy, nukleotydy i jony) białka osoczowe transportują metale, hormony, witaminy i leki. Wiązanie wody poprzez swój hydrofilny charakter są podstawowym czynnikiem wiążącym wodę w organizmie. Stabilizacja ph- uczestniczą w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej. Ich amfoteryczny charakter pozwala im wiązać jak i uwalniać jony H+. Funkcje hemostatyczne -biorą udział w krzepnięciu krwi, kurczliwość mięśnia aktyna i miozyna odpowiedzialne są za skurcz i rozkurcz mięśni, poprzez wzajemne wsuwanie się między siebie Funkcje receptorowe- niektóre białka zlokalizowane w błonach plazmatycznych lub cytoplazmie posiadają zdolność wiązania odpowiednich hormonów Funkcje odpornościowe- immunoglobuliny uczestniczą w inaktywacji bakterii wirusów i innych antygenów, chronią organizm przed infekcjami Żródło aminokwasów- rozpad białek pokarmowych i białek tkankowych jest głównym źródłem wolnych aminokwasów. Wpływ temperatury, pH i stężenia roztworu na szybkość przebiegu reakcji enzymatyczny. Temperatura zwiększa szybkość przebiegu reakcji enzymatycznej 2,3 krotnie na każde 10C, aż do momentu denaturacji białek enzymatycznych i wyłączenia całkowicie funkcji enzymatycznej. pH - każdy enzym ma swoje optimum ph przy którym pracuje najlepiej np pepsyna pH- 1,0-2,0; amylaza ślinowa - pH 6; trypsyna - pH 8 Stężenie :Szybkość reakcji enzymatycznej rośnie wraz ze wzrostem stężenia substratu aż do momentu osiągnięcia szybkości maksymalnej przy stałym stężeniu enzymu - Vmax, kiedy to dalszy wzrost stężenia substratu nie powoduje wzrostu szybkości reakcji enzymtycznej. Powinowactwo enzymu do substratu określa stała Km - wartość stężenia substratu przy której szybkość reakcji osiąga połowę Vmax. · Opisz centrum aktywne enzymu i kompleks enzym-substrat. Warunkiem biokatalizy jest powstanie kompleksu enzym – substrat. Substrat wiąże się w specyficznym regionie enzymu, nazywanym miejscem lub centrum aktywnym. Miejsce aktywne enzymu jest układem przestrzennym, złożonym z reszt aminokwasowych zajmujących różne, liniowo odległe pozycje i posiadających w łańcuchach bocznych grupy mogące być donorami lub akceptorami protonów ( np. COOH, ε-NH2, -OH, -SH). Jedna z wcześniejszych teorii zakładała, że substrat pasuje do centrum aktywnego enzymu, jak klucz do zamka (teoria Fischera). Obecnie dominuje pogląd, iż miejsce aktywne enzymu wytwarza się w momencie kontaktu enzymu z substratem (teoria Koshlanda). W tworzeniu kompleksu enzym – substrat uczestniczą głównie słabe wiązania niekowalencyjne, o niskiej energii od 12 do 50 kJ/mol - oddziaływania elektrostatyczne, wiązania wodorowe, - siły van der Waalsa, - oddziaływania hydrofobowe Tylko w nielicznych przypadkach pomiędzy enzymem, a substratem wytwarzają się wiązania kowalencyjne. Energia wiązań kowalencyjnych jest wielokrotnie wyższa i wynosi od 290 do 460 kJ/mol. W miejscu aktywnym enzymu można wyróżnić miejsce wiążące substrat i miejsce katalityczne. Związanie substratu przez enzym umożliwia takie ustawienie przestrzenne cząsteczki substratu, iż jego fragment podlegający przekształceniu znajdzie się w obszarze działania miejsca katalitycznego. · Swoistość enzymów. Enzymy działają tylko na określone substraty. Swoistość enzymów może być bezwzględna i względna. Enzym o swoistości bezwzględnej działa tylko na jeden substrat, a nawet tylko na jeden z jego izomerów. Na przykład ureaza rozkłada wyłącznie mocznik do CO2 i NH3, a dehydrogenaza mleczanowa utleniając mleczan jest aktywna tylko wobec L-mleczanu, nie utlenia D-mleczanu. Enzym wykazujący swoistość względną przekształca grupę podobnych związków. Na przykład fosfataza jest swoista wobec substratów mających wiązanie estrowe powstałe z udziałem kwasu ortofosforowego, rozkłada różne estry fosforanowe. Chymotrypsyna jest swoista wobec substratów zawierających wiązania powstałe z udziałem grup karboksylowych aminokwasów aromatycznych. Rozkłada przede wszystkim wiązania peptydowe, ale także inne wiązania amidowe i estrowe wytworzone z udziałem grup karboksylowych tych aminokwasów. Klasy enzymów: Pierwsza cyfra dzieli enzymy, według mechanizmu reakcji przez nie katalizowanych, na sześć głównych klas EC 1 oksydoreduktazy: katalizują reakcje utleniania i redukcji, EC 2 transferazy: przenoszą grupy funkcyjne, EC 3 hydrolazy: katalizują hydrolizę różnych wiązań, EC 4 liazy: rozcinają różne wiązania na drodze innej niż hydroliza czy utlenianie, (nowy baniek: katalizują reakcje towarzyszące powstaniu lub zaniku podwójnych wiązań) EC 5 izomerazy: katalizują zmiany izomeracyjne cząsteczek, EC 6 ligazy: łączą cząsteczki wiązaniami kowalencyjnymi. Co to są enzymy wielofunkcyjne. Niektóre białka enzymatyczne wykazują dwie lub więcej aktywności katalitycznych. Każda z nich jest funkcją odrębnej domeny białkowej. 1) Ważnym regulatorem procesu glikolizy jest fruktozo-2,6-bis-fosforan. Powstaje on przez fosforylację fruktozo-6- fosforanu. Reakcja polega na przeniesieniu reszty fosforanowej z ATP na grupę -OH w pozycji C2 fruktozo-6- fosforanu i jest katalizowana przez fosfofruktokinazę-2. Produkt tej reakcji jest rozkładany przez fruktozo-2,6-bis- fosfatazę. Obie aktywności katalityczne: kinazowa i fosfatazowa są funkcjami różnych domen tej samej cząsteczki białka enzymatycznego. 2) Synteza kwasów tłuszczowych polega na zespalaniu wielu fragmentów dwuwęglowych, połączonym z reakcjami redukcji, dekarboksylacji i dehydratacji. Proces ten katalizowany jest przez enzym wielofunkcyjny syntazę kwasów tłuszczowych. Jest ona białkiem dimerycznym, obie podjednostki zawierają po 7 domen katalitycznych. Każda z nich katalizuje jedną z reakcji w wieloetapowym procesie syntezy kwasów tłuszczowych. · Zastosowanie enzymów w medycynie. Jako markery chorób. Aktywnośc enzymów zmienia się w płynach ustrojowych i tkankach w przebiegu róznych chorób np wzrost aktywnosci w osoczu krwii aminotrasferaz swiadczy o zawale serca lub uszkodzeniu wątroby, amylaza wzrasta w zapaleniu trzustki a kinaza kreatynowa CK2 wzrasta po 1-2 dniach po zawale. Jako leki i odczynniki. tkankowy aktywator plazminogenu i urokinaza mają własciwoci przeciwzakrzepowe, lipaza uzywana podczas niewydolnosci trzustki a asparaginaza przydatna jest podczas leczania białaczek. Jako odczynniki ureaza - do oznaczania mocznika, dehydrogenaza mleczanowa - do mleczanu. W biotechnologii i terapii genowej. nukleazy wycinają wadliwe fragmenty DNA. Zespalanie zachodzi dzieki ligazom DNA. Mozliwe jest wycinanie wadliwych fragmentów i uzupelnianie ich o zdrowe.w taki tez sposób mozna tez tworzyc organizmy transgeniczne. · Aktywacja proteolityczna Niektóre enzymy, szczególnie proteazy są syntetyzowane w postaci nieaktywnych prekursorów zwanych proenzymami lub zymogenami. Prekursorowa postać enzymu nie wykazuje aktywności katalitycznej. Przejście zymogenu w aktywny enzym wymaga odłączenia fragmentu cząsteczki, który hamuje powstawanie lub funkcjonowanie miejsca aktywnego. Fragment ten nosi nazwę odcinka prekursorowego. W niektórych przypadkach zymogen staje się substratem dla powstałego z niego enzymu. Enzym powstały z zymogenu staje się jego aktywatorem proteolitycznym. Zjawisko aktywacji zymogenu przez aktywną postać enzymu nosi nazwę autoaktywacji. 1) Pepsyna zawiera N-końcowy odcinek prekursorowy złożony z 44 reszt aminokwasowych, który usuwany jest na drodze hydrolitycznej. Proces ten zachodzi spontanicznie w pH wzrasta Km Inhibicja jest odwracalna przez zwiększenie stężenia substratu Prędkość maksymalna reakcji nie ulega zmianie ale uzyskiwana jest przy większym stężenie substratu Klasycznym przykładem inhibicji kompetycyjnej jest hamowanie aktywności dehydrogenazy bursztynianowej przez malonian. Inhibicja niekompetycyjna. 1.Inhibitor niekompetycyjny nie jest podobny do substratu. Wiąże się z enzymem poza jego miejscem aktywnym. 2. Zniekształca cząsteczkę białka enzymatycznego w sposób zmniejszający jego aktywność katalityczną. 3.Nie zmienia powinowactwa enzymu do substratu, stała Michaelisa nie ulega zmianie. 4.Obniża prędkość maksymalną reakcji. 5.Inhibicji nie da się odwrócić poprzez zwiększenie stężenia substratu. Enzym może wiązać równocześnie substrat i inhibitor. W obecności enzymu, substratu i inhibitora powstaje kompleks trójskładnikowy: enzym-substrat-inhibitor. Substrat jest wiązany, ale jego przekształcanie zostaje spowolnione. Warunki odwracalniości tej inhibicji są bardzo zróżnicowane, zależnie od enzymu i inhibitora. W niektórych przypadkach kompleks enzym-inhibitor jest trwały, a inhibicja jest nieodwracalna. Przykłady: jodoacetoamid, diizopropylofluorofosforan, kationy metali ciężkich, związki arsenu. Niektóre inhibitory nie wiążą się z białkami enzymatycznymi, lecz z jonami metali niezbędnymi do ich funkcjonowania · Kompleksy oddechowe. Każdy przenośnik pobiera elektron od dawcy i przekazuje go biorcy, czyli następnemu przenośnikowi zawartemu w łańcuchu oddechowym Składniki łańcucha oddechowego zawarte w wewnętrznej błonie mitochondialnej, są zgrupowane w pięć kompleksów oddechowych: kompleks I: Oksydoreduktaza NADH : ubichinon (dehydrogenaza NADH) - zawiera trwale związaną cząsteczkę FMN, która wiąże dwa atomy wodoru , przechodząć w FMNH2. Zawiera białka Fe:S. Przenosi atomy wodoru na następne ogniwo łańcucha - ubichinon (koenzym Q). Kompleks I jest sprzężony z reakcja fosforylacji kompleks II: Oksydoreduktaza bursztynian:ubichinon - uczestniczy w utlenianiu bursztynianiu. Jest kompleksem białka enzymatycznego : dehydrogenazy bursztynianowej z FAD oraz białek Fe:S. Przekształca ubichinon w ubichinol, inaczej ubihydrochinon ( w wyniku przyjęcia wodorów ) kompleks III: oksydoreduktaza ubichinol:utleniony cytochrom c. Zawiera cytochrom b, białka Fe:S oraz cytochrom c1. Jest sprzężony z reakcją fosforylacji kompleks IV: oksydoreduktaza zredukowany cytochrom c: tlen. Zawiera cytochromy a i a3. Przekazuje elektrony ze zredukowanego cytochromu c na tlen. Jest sprzężony z reakcją fosforylacji. kompleks V: Syntaza ATP.. Końcowym akceptorem pary elektronów staje się atom tlenu. Powstający jon O2- wiąże dwa protony, przechodząc w cząsteczkę H2O · Opisac lancuch oddechowy Łańcuch zlokalizowany jest w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Pierwszym akceptorem atomów wodoru odłączanych od substratu jest najczęściej NAD+ (niekiedy FAD+), kolejnym FMN(składnik kompleksu enzymatycznego- dehydrogenazy NADH), następnym koenzym Q (ubichinon), a dalszy transport elektronów zachodzi niezależnie od transportu protonów. Elektrony poprzez cytochrom b, cytochrom c1, cytochrom c oraz cytochrom a+a3 przechodzą na tlen. Powstaje anion tlenkowy O2-, który wiąże się z dwoma protonami tworząc cząsteczkę wody. Łańcuch transportu elektronów jest sprzężony w trzech miejscach z reakcjami fosforylacji, w których ADP wiąże Pi tworząc ATP. Transport jednej pary atomów wodoru z substratu na tlen przy udziale NAD+ dostarcza 3 cząsteczek ATP, a transport przy udziale FAD – 2 cząsteczek ATP. Wodory z FADH2 są przekazywane bezpośrednio na koenzym Q, z pominięciem NAD+ i FMN, a także miejsca pierwszej fosforylacji. · Fosforylacja oksydacyjna. Mechanizm powstawania ATP, sprzężony z mitochondrialnym systemem transportu elektronów przez łańcuch oddechowy, nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej. Synteza ATP zachodzi drogą wiązania nieorganicznego fosforanu przez ADP. Jedną z hipotez tego mechanizmu jest teoria chemiosmotyczna. Teoria zakłada że kompleksy: I, III i IV pełnią funkcję pompy protonowej. Transport elektronów przez łańcuch oddechowy jest sprzężony z przemieszczaniem protonów w poprzek błony mitochondrialnej, z macierzy do przestrzeni międzybłonowej. Przeniesienie jednej pary elektronów z NADH na tlen prowadzi do przemieszczenia 3 par protonów na zewnętrzną powierzchnię wewnętrznej bł. mitochondrialnej. Tworzy się gradient elektryczny i gradient pH. Zew. strona błony staje się bardziej dodatnio naładowana niż strona wewnętrzna (po stronie zewnętrznej pH jest niższe). Gradient protonów generuje syntezę ATP( katalizowaną przez syntazę ATP). Możliwe jest zahamowanie fosforylacji przy zachowaniu transportu elektronów przez łańcuch oddechowy. Zjawisko to nosi nazwę rozprzężenia fosforylacji oksydacyjnej. W tej sytuacji nie dochodzi do wytworzenia gradientu protonów. Energia uwalniana przez transport elektronów nie napędza syntezy ATP, lecz rozprasza się w postaci ciepła. Dochodzi do bezproduktywnego przetwarzania substratów energetycznych. · Wolne rodniki tlenowe - opisać Powstawanie reaktywnych form tlenu wiąże się z funkcjonowaniem łańcucha oddechowego i niezależnych od niego procesów utleniania. Niektóre z nich noszą nazwę wolnych rodników. Są to atomy lub cząsteczki posiadające niesparowany elektron. W przyrodzie nieożywionej wolne rodniki powstają w wyniku odddziaływań zwiększających energię cząsteczek - wysoka temp., promieniowanie jonizujące, czy wyładowania atmosferyczne, które prowadzą do rozrywania wiązań chemicznych. Powstawanie wolnych rodnikow w organiźmie związane jest z procesami utleniania zachodzącymi w tkankach. Głównie powstają one jako produkty uboczne w wieloetapowym przenoszeniu elektronów na cząsteczkę tlenu w łańcuchu oddechowym, bądź bez jego udziału (wtedy często pośredniczy w tym nadtlenek wodoru). Do endogennych wolnych rodników zaliczamy: - anionorodnik ponadtlenkowy (O2-) - rodnik hydroksylowy (OH) Reaktywne pochodne: - tlen singletowy (1O2) - nadtlenek wodoru H2O2 · Toksyczne działanie RFT (reaktywnych form tlenu) RFT powodują uszkodzenia błon plazmatycznych, skutkując (między innymi) uszkodzeniem erytrocytów i hemolizą. Powodują mutacje i transformację nowotworową komórek, wywołują agregację płytek krwi. Utleniają i pozbawiają aktywności biologicznej różne związki takie jak: glutation, askorbinian, dinukleotydy nikotynoamidoadeninowe, hemoglobinę i mioglobinę. Inaktywują wiele enzymów i białek transportujących. Degradują białka i glikozoaminoglikany macierzy pozakomórkowej. W różny sposób naruszają strukturę kwasów nukleinowych, poprzez przerwanie ciągłości nici DNA, uszkodzenia zasad i składników cukrowych. Powodują destrukcje surfaktanta płucnego, hamują.fosforylację oksydacyjną, a nierzadko śmierć komórki. Szczególnie dobrze poznano wpływ RFT na lipidy. Powodują one degradację nienasyconych kwasów tłuszczowych do krótkich fragmentów. Głównym produktem końcowym tego procesu jest dialdehyd malonowy, który może być wykryty w komórkach w reakcji barwnej. · Dalsze losy pirogronianu. Produkt glikolizy – pirogronian ulega wielokierunkowym przekształceniom. Większość ulega oksydacyjnej dekarboksylacji z wytworzeniem acetylo~S-CoA, które są substratem energetycznym włączanym do cyklu Krebsa lub mogą być użyte do syntezy kwasów tłuszczowych, cholesterolu (a pośrednio innych steroidów). W wątrobie dominującym szlakiem wykorzystania pirogronianu jest jego karboksylacja, prowadząca do powstania szczawiooctanu i jego włączenie do procesu glukoneogenezy (syntezy glukozy ze składników niecukrowych). Część pirogronianu staje się akceptorem grup –NH2 przechodząc w alaninę. Drożdże i niektóre bakterie przekształcają pirogronian w alkohol etylowy. Proces ten nosi nazwę fermentacji alkoholowej. · Glukoneogeneza Glukoneogeneza- synteza glukozy z substratów nie będących cukrami. Glukoneogeneza nie jest prostym odwróceniem glikolizy. Miejscem glukoneogenezy jest przede wszystkim wątroba, gdzie powstaje około 90% glukozy i w niewielkim stopniu nerka(10%). Reakcje glukoneogenezy Siedem spośród dziesięciu etapów glikolizy, to reakcje odwracalne. W procesie glukoneogenezy przebiegają one w kierunku odwrotnym niż w glikolizie, przy udziale tych samych enzymów. Nieodwracalnymi są natomiast wszystkie reakcje katalizowane w glikolizie przez kinazy. Ich przebieg w glukoneogenezie jest katalizowany przez inne enzymy. Przemiana pirogronianu w fosfoenolopirogronian zachodzi w dwóch etapach. Najpierw pirogronian jest karboksylowany przez karboksylazę pirogronianową do szczawiooctanu, a ten jest transportowany do cytosolu, gdzie jest dekarboksylowany i fosforylowany przez karboksykinazę fosfoenolopirogronianową. Reakcja jest napędzana przez hydrolizę GTP. Produktem reakcji staje się fosfoenolopirogronian. 1) Transport szczawiooctanu do cytozolu Szczawiooctan, powstały w mitochondrium, musi wniknąć do cytosolu, gdzie są zlokalizowane pozostałe enzymy glukoneogenezy. Jednakże wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla szczawiooctanu.Musi on być zredukowany do jabłczanu. Może wiązać resztę acetytową i przekształcać sią w cytrynian bądź grupę aminową i zamienić się w asparaginian.Produkty tych przekształceń przenikają do cytosolu, gdzie rozpadają sią na powrót do szczawiooctanu. 2) Dalsza przemiana fosfoenolopirogronianu poprzez fosfotriozy aż do fruktozo-1,6-bisfosforanu zachodzi poprzez odwrócenie reakcji glikolizy, z wykorzystaniem enzymów glikolizy. Hydrolityczne odłączenie fosforanu z fruktozo-1,6- bisfosforanu, przy udziale fruktozo-1,6-bisfosfatazy pozwala na ominięcie nieodwracalnego etapu glikolizy i prowadzi do powstania fruktozo-6-fosforanu. 3) Hydroliza glukozo-6-fosforanu przez gIukozo-6-fosfatazę, omija kolejny nieodwracalny etap glikolizy. Pod działaniem tego enzymu powstaje wolna glukoza, która (w odróżnieniu od jej estrów fosforanowych) może opuszczać komórkę, przenikać do krwi i tą drogą docierać do odległych narządów. Głównymi substratami są: pirogronian i szczawiooctan, a pośrednio wszystkie metabolity, które przekształcają się w jeden z nich. Są to: glicerol - pochodzący z hydrolizy triacylogliceroli w tkance tłuszczowej a-ketokwasy (pirogronian, szczawiooctan, alfa-ketoglutaran) - powstające z przemian szkieletów węglowodorowych aminokwasów glikogennych. mleczan - produkt glikolizy beztlenowej. Regulacja glukoneogenezy Przebieg glukoneogenezy jest regulowany przez efektory allosteryczne i przez hormony. W stanie głodu organizm oszczędza glukozę, a głównym substratem energetycznym stają się kwasy tłuszczowe. Powstający w wyniku ich rozpadu (+)acetylo~S-CoA jest efektorem allosterycznym ujemnym dehydrogenazy pirogronianowej — co zapobiega zużyciu pirogronianu drogą oksydacyjnej dekarboksylacji. Acetylo~S-CoA wpływa równiez na karboksylazę pirogronianową aktywując ją, jego podwyższony poziom jest sygnałem do wzmożenia syntezy szczawiooctanu (podczas głodu). Fruktozo-1,6-bis-fosfataza jest regulowana przez poziom energii w komórce. (+)Wysoki poziom ATP zwiększa aktywność tego enzymu i pobudza glukoneogenezę. Enzym ten jest hamowany przez (-)fruktozo-2,6-bis-fosforan, AMP i fruktozo-1,6-bis-fosforan (wspólny metabolit glikolizy i glukoneogenezy). Te inhibitory allosterycze hamują glukoneogenezę i kierują fruktozo-1,6-bis-fosforan do glikolizy. (+)Glukokortykoidy, adrenalina, glukagon pobudzają, a (-) insulina hamuje glukoneogenezę. Glukagon i adrenalina, których wydzielanie nasila się w stanie głodu, hamują aktywność kinazy pirogronianowej (enzym glikolizy), co zapobiega przemianie fosfoenolopirogronianu drogą glikolizy i kieruje ten metabolit do glukoneogenezy. · Glikoliza Tlenowa: Pirogronian jest produktem końcowym glikolizy w komórkach posiadających mitochondria i zaopatrywanych w tlen. Proces ten nosi nazwę glikolizy tlenowej, ponieważ może zachodzić tylko w warunkach tlenowych. W przebiegu glikolizy zużywa się NAD+ (cytosolowy), a tlen jest potrzebny do jego reoksydacji (odtworzenia), ponieważ NAD+ jest niezbędny do dalszego funkcjonowania glikolizy. Przemiana glukozy do pirogronianu przebiega poprzez 10 kolejno po sobie następujących reakcji. Pierwszy etap glikolizy, obejmujący 5 reakcji, zachodzi kosztem energii zainwestowanej w ten proces (2 cząsteczki ATP). Drugi etap generuje energię. Przebieg reakcji: 1)Fosforylacja glukozy [-1ATP] 2)Izomeryzacja glukozo-6-fosforanu 3)Fosforylacja fruktozo-6fosforanu [-1ATP] 4)Rozpad fruktozo1,6-bisfosforanu 5)Izomeryzacja fosfotrioz 6)Utlenianie aldehydu 3-fosfoglicerynowego [ NAD+ -> NADH+H+] 7)Powstawanie ATP z 1,3 bis-fosfoglicerynianu i ADP [+2ATP/mol glukozy] 8)Przemieszczanie fosforanu z C3 do C2 9) Dehydratacja 2-fosfoglicerynianu 10)Powstawanie pirogronianu [+2ATP/mol glukozy] Beztlenowa: Dotyczy komórek nie posiadających mitochondriów oraz komórek niedostatecznie zaopatrywanych w tlen. Przekształcenie glukozy w mleczan nosi nazwę glikolizy beztlenowej. Reakcję redukcji pirogronianu przez NADH+H+ do mleczanu katalizuje dehydrogenaza mleczanowa. Proces ten zachodzi przede wszystkim w krwinkach czerwonych i w mięśniach szkieletowych w okresie wysiłku. Wprawdzie mięśnie szkieletowe posiadają mitochondria, to jednak ilość NADH+H+ w pracującym mięśniu przewyższa możliwości jego utleniania przez łańcuch oddechowy. Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę mleczanową jest odwracalna. Kierunek jej przebiegu zależy od wartości stosunku pirogronian/mleczan i NADH+H+/NAD+. Mleczan z mięśni przenika do krwi, w wątrobie utlenia się do pirogronianu. Glikoliza beztlenowa jest mniej wydajna pod względem energetycznym niż glikoliza tlenowa. Glukoza + 2 Pi + 2 ADP --> 2 mleczan + 2 ATP + 2 H2O Przemiana jednej cząsteczki glukozy do 2 cząsteczek mleczanu dostarcza jedynie 2 cząsteczek ATP. Obydwie powstają drogą fosforylacji substratowej. · Cykl Krebsa Cykl kwasów trikarboksylowych, zwany cyklem Krebsa lub cyklem kwasu cytrynowego, odgrywa kluczową rolę w metabolizmie. Jego zasadnicza funkcja polega na utlenianiu acetylo~S-CoA do CO2 i H2O. Acetylo~S-CoA pochodzi z metabolizmu cukrów, kwasów tłuszczowych i szkieletów węglowodorowych aminokwasów. Utlenianie acetylo~S-CoA przez cykl Krebsa zużywa 2/3 całkowitej ilości tlenu i dostarcza 2/3 ATP powstającego w organizmie człowieka.Ponadto cykl Krebsa dostarcza substratów do różnych syntez, np. dostarcza α-ketokwasów do reakcji transaminacji i syntezy aminokwasów. Cykl funkcjonuje wyłącznie w mitochondriach i jest sprzężony z reakcjami fosforylacji oksydacyjnej. Do cyklu wchodzą dwa atomy węgla w postaci reszty acetylowej. Cztery pary elektronów są przenoszone na akceptory; trzy pary na NAD+, który redukuje się do NADH+H+ i jedna para na FAD, który redukuje się do FADH2. Łącznie, w wyniku procesów oksydoredukcyjnych, powstaje jedenaście cząsteczek ATP. Dodatkowo powstaje jedna cząsteczka GTP lub ATP na drodze fosforylacji substratowej. 3 NADH + 3 H+ + 9 ADP + 9 Pi → 3 NAD+ + 9 ATP FADH2 + 2 ADP 2 Pi → FAD + 2 ATP GTP + ADP → GDP + 1 ATP Łącznie +12 ATP/acetylo~S-CoA Cykl Krebsa jest głównym źródłem energii, podlega precyzyjnej regulacji. Dostatek energii w komórce,, cechujący się wysoką zawartością ATP, GTP i NADH+H+, jest sygnałem do spowolnienia cyklu Krebsa. Niedobór energii, objawiający się ubytkiem tych nukleotydów z równoczesnym wzrostem zawartości ADP, GDP i NAD+ nasila ten proces. Regulacja odbywa się przez aktywację i inhibicję enzymów syntazy cytrynianowej, dehydrogenazy izocytrynianowej, dehydrogenazy α-ketoglutaranowej II Opisać metabolizm fruktozy Pierwszym etapem jest fosforylacja katalizowana przez heksokinazę lub fruktokinazę. Dawcą fosforu jest ATP. Heksokinazy cechują się dużo wyższym powinowactwem do glukozy niż do fruktozy. Oznacza to że heksokinazy fosforyzują niewielką ilość fruktozy. Pod jej działaniem fruktoza jest fosforyzowana w pozycji C6 który jest w tej postaci włączany do glikolizy. Fosforylacją przez fruktokinazę jest głównym sposobem jej włączania do glikolizy. Fruktoza jest fosforyzowana w pozycji C1 co uniemożliwi ponowną fosforylację do fruktozo-1,6-bis-fosforanu. Otrzymujemy fruktozo- 1-fosforan który jest rozkładany przez aldolaze B do fosfodihydroksyacetonu i aldehydu glicerynowego. Pierwszy z nich bezpośrednio włączany jest do glikolizy, a także glukoneogenezy. Aldehyd włącza się do glikolizy poprzez fosforylację do aldehydu 3-fosofoglicerynowego. Fruktoza metabolizowana jest szybciej niż glukoza, ponieważ pomija ona reakcję katalizowaną przez fosfofruktokinazę – główny etap glikolizy ograniczający szybkość glikolizy. · Opisać metabolizm galaktozy Głównym źródłem galaktozy jest laktoza zawarta w mleku i jego przetworach. Trawienie laktozy zachodzi w jelicie cienkim. Część galaktozy pochodzi z rozpadu glikoprotein i glikolipidów. Przemiana galaktozy nie jest regulowana przez insulinę. Przemiana galaktozy: 1) Fosforylacja: enzym: galaktokinaza --> galaktozo-1-fosforan 2) Enzym: urydylotransferaza heksozo-1-fosforanowa. Galaktozo-1-fosforan + UDP-glukoza --> glukozo-1-fosforan i UDP-galaktoza. 3) Epimeryzacja, enzym: 4-epimeraza UDP-heksozowa; UDP-galaktozy do UDP-glukozy Glukozo-1-fosforan (pod wpływem fosfoglukomutazy) → glukozo-6-fosforan (leci do glikolizy lub pod wpływem glukozo-6-fosfatazy przekształcany w glukozę) · Opisać syntezę i rozkład glikogenu Synteza glikogenu Synteza i rozpad glikogenu są procesami ciągłymi. Glikogen jest syntetyzowany z UDP-glukozy, w procesie zwanym glikogenogenezą. Zachodzi w cytosolu, wymaga energi w postaci ATP (fosforylacja glukozy), UTP(wytworzenieUDP- glukozy) oraz obecności startera (fragmentu gfikogenu bądź białka glokogeniny). Najważniejszym enzymem w tym procesie jest syntaza glikogenowa, która wytwarza wiązania a-1,4-glikozydowe. Enzym ten przenosi reszty glukozy z UDP-glukozy na starter. Produktem reakcji elongacji, katalizowanej przez syntazę glikogenową, jest łańcuch liniowy, a rozgałęzienia łańcucha glikogenowego powstają pod działaniem enzymu rozgałęziającego (dla chętnych 1,4-1,6-transglukozydaza), który odłącza fragment złożony z 5-8 reszt glukozy od łańcucha prostego i wiąże go z grupą -OH przy węglu C6 glukozy w głębi łańcucha. Procesy powtarzają się, dzięki czemu cząsteczka glikogenu jest bardziej rozgałęziona, a przez to bardziej rozpuszczalna, łatwiej się rozkłada i łatwiej może zostać rozbudowana. Rozkład glikogenu (glikogenoliza) Proces zachodzi w wątrobie i mięśniach, nie jest odwróceniem syntezy tego związku i wymaga udziału innych enzymów. Dominującym mechanizmem w rozkładzie glikogenu jest fosforoliza wiązań a-1,4, przy udziale fosforylazy glikogenownej. Mechanizmem wspomagającym jest hydrolityczny rozkład wiązań a-1,6, występujących w miejscu rozgałęzień cząsteczki glikogenu przez a-1,6-glukozydazę. Fosforylaza glikogenowa katalizuje odłączanie reszt glukozy z końca redukującego w postaci glukozo-1-fosforanu, zużywa się Pi. Proces powtarza się do momentu, gdy pozostaną 4 reszty glukozy do miejsca rozgałęzienia (dekstryna graniczna). Wówczas enzym rozgałęziający przenosi jednostkę trisacharydową na koniec nieredukujący innego łańcucha. Pozostała reszta glukozy jest uwalniana poprzez a-1,6-glukozydazę. Procesy powtarzają się, w wyniku czego glikogen całkowicie rozpada się do glukozo-1-fosforanu oraz niewielkiej ilości wolnej glukozy. * Regulacja syntezy i degradacji glikogenu W wątrobie synteza glikogenu nasila się w okresie sytości, podczas gdy degradacja nasila się w okresie głodu. W mięśniach szkieletowych degradacja nasila się podczas wysiłku, a akumulacja - podczas spoczynku. Regulacja syntezy i degradacji glikogenu odbywa się na dwóch poziomach. Pierwszy to kontrola allosteryczna syntazy glikogenowej I fosforylazy glikogenowej. Drugi polega na kontroli* hormonalnej. Syntaza glikogenowa i fosforylaza glikogenowa są wrażliwe na zmiany stężeń niektórych metabolitów i stan energetyczny komórki. Synteza glikogenu jest pobudzana w sytuacji, gdy poziom energetyczny i dostępność glukozy są wysokie, natomiast degradacja glikogenu nasila się, gdy poziom energetyczny i dostępność glukozy maleje. Syntaza glikogenowa jest aktywowana allosterycznie przez glukozo-6-fosforan, gdy jego stężenie w komórce jest wysokie (stan sytości). W tej samej sytuacji fosforylaza glikogenowa jest allosterycznie hamowana przez glukozo-6- fosforan i przez ATP, który jest sygnałem wysokiego poziomu energetycznego komórki. W wątrobie także wolna glukoza jest inhibitorem allosterycznym fosforylazy glikogenowej. Metabolizm glikogenu pozostaje pod kontrolą układu hormonalnego. Insulina nasila proces glikogenogenezy, a adrenalina i glukagon pobudzają glikogenolizę. Niefosforylowana syntaza glikogenowa a, jest katalitycznie aktywna, natomiast jej postać fosforylowana - syntaza glikogenowa b - nie jest aktywna. Proces fosforylacji syntazy glikogenowej jest pobudzany przez glukagon (zahamowanie syntezy - pobudzenie glikogenolizy), natomiast jej defosforylacja jest pobudzana przez insulinę (nasilenie glikogenogenezy). Aktywność fosforylazy glikogenowej jest modyfikowane przez fosforylacje. W przeciwieństwie do syntazy glikogenowej, katalitycznie aktywna postać enzymu - fosforylaza glikogenowa a — jest fosforylowana, natomiast defosforylacja tego enzymu zamienia go w nieaktywną fosforylazę glikogenową b. Proces fosforylacji tego enzymu jest katalizowany przez kinazę białkową A. Jej aktywność jest pobudzana przez glukagon i adrenalinę, dlatego hormony te wzmagają glikogenolizę. Ponadto insulina aktywuje fosfatazę białkową 1, co przyspiesza defosforylację fosforylazy glikogenowej a, powodując inaktywację tego enzymu i zahamowanie glikogenolizy. ·Opisz pochodne cukrów prostych 1) Glikozydy - powstają poprzez połączenie grupy -OH anomerycznego węgla cukru z alkoholem, grupą aminową bądź iminową innego związku. Niecukrowy fragment cząsteczki to aglikon, zaś reszta cukrowa to resztą glikozylową. Węgiel anomeryczny cukru, biorący udział w tworzeniu wiązania traci właściwości redukujące. Gdy połączenie następuje poprzez grupy -OH obydwu podjednostek produktem jest O-glikozyd, gdy zaś grupa cukrowa łączy się poprzez azot aglikonu produktem jest N-glikozyd. Aglikonem może byc również 2 cukier, połączenia glikozydowe między nimi umożliwiają powstawanie wielocukrów. Najczęściej aglikonami są alkohole, również puryny, pirymidyny, reszty aminokwasowe i lipidy. Powstają tak nukleozydy, glikopeptydy, glikoproteiny i glikolipidy. 2) Kwasy uronowe - produkty utleniania grupy alkoholowej przy C6 heksoz (grupa -CH2OH do -COOH). Ich wzory przedstawia sie zwykle w postaci anionów: glukuronian, galakturonian etc. Najczęściej spotykany jest kwas glukuronowy, mannuronian oraz kwas iduronowy. Kwasy te są składnikami glikozaminoglikanów, biorą udział w biotransformacji i detoksykacji niektórych metabolitów (bilirubina, h. steroideowe) oraz ksenobiotyków. 3) Kwas askorbinowy - powstaje z przekształceń kwasu glukuronowego. Jest to silny reduktor (antyoksydant), chroni Fe2+ przed utlenieniem, zapobiega utlenianiu grup -SH białek, zobojętnia RFT. Kwas askorbinowy nie powstaje u człowieka, naczelnych i świnki morskiej - musi być dostarczany z pożywieniem (wit. C); wydalany w postaci kwasu diketogulonowego. 4) Aminoheksozy - grupa -OH w pozycji C2 została zastąpiona na aminową, są to: glukozamina, galaktozamina i mannozamina. UDP-N-acetyloglukozoamina ( aktywna postać N-acetyloglukozoaminy) może być substratem do syntezy glikozaminoglikanów, proteoglikanów, glikoprotein. W swoich aktywnych postaciach N-acetylogalaktozoamina może być substratem w syntezie proteoglikanów, a N-acetylomannozoamina w syntezie glikoprotein. 5) Kwas sjalowy (N-acetylonauraminowy) - cukier 9-węglowy, powstaje z połączenia N-acetylomannozoaminy i fragmentu trójwęglowego fosfoenolopirogronianu; uczestniczy w glikozylacji białek i syntezie glikolipidów. · Cykl Cori (cykl kwasu mlekowego) Mleczan przenika do krwi, wędruje do wątroby i nerek, gdzie utlenia się do pirogronianu. Ten ostatni staje się substratem w procesie glukoneogenezy i przemienia się w glukozę, która przenika do krwi. Część glukozy wnika ponownie do mięśni i krwinek czerwonych, gdzie przekształca się na powrót do mleczanu. Ta międzynarządowa „kooperacja metaboliczna", polegająca na powtarzalnym przetwarzaniu glukozy w mleczan i mleczanu w glukozę nosi nazwę cyklu Cori lub cyklu kwasu mlekowego · Opisać syntezę cholesterolu Syntetyzowany jest przez prawie wszystkie narządy, najobficiej przez wątrobę oraz ścianę jelit.Powstaje on w komórkach z kwasów tłuszczowych, cukrów i niektórych aminokwasów. Synteza cholesterolu zaczyna się od połączenia się 3 kluczowych dla metabolizmu cząsteczek acetylo-S-CoA, w dwóch reakcjach, najpierw kondensują ze sobą dwie gr. acetylowe pod wpływem tiolazy, powstaje acetoacetylo~S-CoA. Przyłączenie trzeciej grupy katalizuje syntaza (cytosolowa) HMG~S-CoA, powstaje HMG~S-CoA (b-hydroksy-b- metyloglutarylo~S-CoA). Produkt jest redukowany poprzez reduktazę HMG~S-CoA, odłącza się CoA-SH, zużywają 2 NADPH+2H+, powstaje mewalonian. Ten ulega fosforylacji, tworzy się pirofosforan mewalonianu, który ulega dekarboksylacji i dehydratacji, w wyniku czego powstaje IPP (pirofosforan izopentylu). Część ulega izomeryzacji do DPP (pirofosforan dimetyloallilu). DPP i IPP kondensują, w wyniku czego powstaje GPP ( pirofosforan geranylu). Do GPP przyłącza się kolejna cząsteczka IPP, powstaje FPP. Następnie 2 FPP, odłączając dwie cz. pirofosforanu, tworzą skwalen, reakcję katalizuje syntaza skwalenowa. Skwalen, przy udziale monooksygenazy skwalenowej, tlenu cząsteczkowego i NADPH+H+, ulega hydroksylacji i cyklizacji, powstaje lanosterol. Lanosterol, w ok 19 przemianach, po drodze tracąc 3 jednowęglowe grupy metylowe, przeprowadzany jest w 27-węglowy cholesterol. Insulina pobudza defosforylację (aktywację) , a glukagon fosforylację reduktazy HMG. Ponadto cholesterol hamuje syntezę i aktywność tego enzymu. · Opisać syntezę ciał ketonowych Biosynteza ciał ketonowych zachodzi w mitochondriach wątroby. Substratem, z którego powstaje jest acetylo-S-CoA. W pierwszym etapie reagują ze sobą, przy udziale tiolazy, 2 cząsteczki acetylo-S-CoA. Od jednego z nich odłącza się CoA-SH. Powstaje acetoacetylo-S-CoA, do którego przyłącza się reszta octanowa z acetylo-S-CoA, reakcję katalizuje syntaza HMG~S-CoA. Powstaje HMG-S-CoA, który w kolejnym etapie rozpada się na acetooctan i acetylo-S-CoA, pod wpływem liazy HMG-S-CoA. Acetooctan może przekształcać się w dwóch kierunkach. W odwracalnej reakcji zachodzącej z udziałem dehydrogenazy β- hydroksymaślanowej przechodzi w β-hydroksymaślan albo ulega samoistnej dekarboksylacji z wytworzeniem acetonu. · Opisać fazę oksydacyjną szlaku pentozofosforanowego Faza oksydacyjna szlaku pentozofosforanowego składa się z 3 reakcji, prowadzących do przekształcenia glukozo- 6-fosforanu do rybulozo-5-fosforanu. Pierwszy etap to utlenianie glukozo-6-fosforanu do 6-fosfoglukonolaktonu, reakcja ta katalizowana jest przez dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową. Akceptorem elektronów jest NADP+. Aktywność dehydrogenazy zależy od stosunku NADPH/NADP+, jeżeli jest on wysoki to aktywność dehydrogenazy jest hamowana, a szlak pentozofosforanowy jest spowolniony. Drugi etap to hydroliza 6-fosfoglukonolaktonu do 6-fosfoglukonianu, katalizowana przez 6- fosfoglukonolaktonazę. Reakcja ta jest nieodwracalna Trzeci etap to utlenianie 6-fosfoglukonianu, w wyniku którego powstaje rybulozo-5-fosforan, CO2 oraz NADPH. Reakcja jest katalizowana przez dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową, współdziałającą z jonami Mg2+. · Opisać fazę nieoksydacyjną szlaku pentozofsforanowego W odróżnieniu od fazy oksydacyjnej, kierunek przemian substratów fazy nieoksydacyjnej jest zróżnicowany, zależy od potrzeb metabolicznych komórki. Rybulozo-5-fosforan może przekształcić się w rybozo-5-fosforan lub też substraty do glikolizy czy glukoneogenezy. Przebieg reakcji jest regulowany przez dostępność substratów. Koenzym niezbędny do fazy nieoksydacyjnej to pirofosforan tiaminy. 1. powstawanie rybozo-5-fosforanu: rybulozo-5-fosforan izomeryzuje dzięki izomerazie pentozofosforanowej do rybozo-5-fosforanu. Jest to substrat do syntezy nukleotydów, ten kierunek przemiany dominuje w komórkach dzielących się, potrzebujących nukleotydów do syntezy DNA. 2. powstawanie pośredników glikolizy i glukoneogenezy: w komórkach gdzie intensywnie zachodzą syntezy; większe zapotrzebowanie na NADPH niż na rybozo-5-fosforan. Rybulozo-5-fosforan przechodzi w aldehyd 3- fosfolicerynowy i fruktozo-6-fosforan, które mogą przekształcić się w pirogronian lub w glukozo-6-fosforan. 3. gdy zapotrzebowanie na pentozy jest większe niż na NADPH, następuje spowolnienie fazy oksydacyjnej i przyspieszenie nieoksyd. Glukozo-6-fosforan jest przekształcany do fruktozo 6-fosforanu i aldehydu 3- fosfoglicerynowego. Dwie cząsteczki fruktozo-6-fosforanu i jedna cząsteczka aldehydu 3-fosfoglicerynowego reagują ze sobą, tworząc 3 cząsteczki rybozo-5-fosforanu, czemu nie towarzyszy powstanie NADPH. · Opisz kwasy żółciowe Kwasy żółciowe zawierają po 24 atomy węgla. Nie mają wiązań podwójnych. Pięciowęglowy, rozgałęziony podstawnik przy C17 jest zakończony grupą karboksylową. Dodatkowo mają jedną, dwie lub trzy grupy hydroksylowe. Najobficiej występującymi kwasami żółciowymi są: kwas cholowy i kwas deoksycholowy , a w mniejszej ilości kwasy litocholowy i chenodeoksycholowy.Pierwotnymi są kwas cholowy i kwas chenodeoksycholowy. Dzięki obecności polarnych grup karboksylowych i hydroksylowych są rozpuszczalne w środowisku wodnym (jako jedyna grupa lipidów). Mają charakter amfipatyczny. Cząsteczka kwasu żółciowego ma stronę niepolarną, skierowaną ku fazie tłuszczowej i stronę polarną skierowaną ku fazie wodnej. Dzięki tej właściwości pełnią funkcję emulgatorów. Zwiększają stopień dyspersji tłuszczów w treści jelitowej, zwiększając dostępność lipazy trzustkowej do substratu lipidowego. Wiążą się z cholesterolem, umożliwiając mu rozpuszczalność w żółci i wydalanie z wątroby poprzez żółć. Synteza kwasów żółciowych: Kwasy żółciowe powstają w wątrobie na drodze wieloetapowego przekształcania cholesterolu, polegającego na wysyceniu podwójnego wiązania w pierścieniu B, skróceniu podstawnika w pozycji C17 o 3 atomy węgla, odłączane w postaci propionylo~S-CoA oraz utleniania końcowego z pozostałych atomów węgla do grupy karboksylowej. Produktami tego procesu są kwas cholowy i kwas chenodeoksycholowy, zwane pierwotnymi kwasami żółciowymi. Przed opuszczeniem wątroby kwasy żółciowe połączone są z glicyną lub z tauryną poprzez wiązanie amidowe między grupą karboksylową kwasu żółciowego, a grupą aminową lub sulfonylową glicyny lub tauryny. Produkty tych reakcji noszą nazwę soli kwasów żółciowych. Sole kwasów żółciowych są bardziej efektywnymi emulgatorami niż wolne kwasy żółciowe, z uwagi na ich amfipatyczny charakter. · Znaczenie szlaku pentozofosforanowego Funkcjonuje w cytosolu, nie zależy od łańcucha oddechowego. Składa się z fazy oksydacyjnej (dwukrotne utlenienie glukozo-6-fosforanu z udziałem NADP+, produkty to rybulozo-5-fosforan, CO2 i 2 cząsteczki NADPH) oraz fazy nieoksydacyjnej (rybulozo-5-fosforan przechodzi w rybozo-5-fosforan lub ulega wieloetapowym przekształceniom w metabolity glukoneogenezy i glikolizy). W szlaku pentozofosforanowym przekształcenie cukrów następuje w różnych kierunkach, szybkość i kierunek reakcji są określone przez dostępność substratu lub zapotrzebowanie na określone metabolity. 1. W szlaku pentozofosforanowym (poza pierwsza reakcją) nie zużywa ani nie produkuje się ATP. 2. Dostarcza on większości NADPH (reduktor do przebiegu różnych syntez), co jest istotne w wątrobie i gruczołach mlekowych, bo tam zachodzi intensywna synteza kw. tłuszczowych i cholesterolu. 3. Dostarcza on rybozo-5-fosforanu niezbędnego do syntezy nukleotydów 4. gdy jest zapotrzebowanie na NADPH, a nie ma na estry fosforanowe pentoz, natępuje przekształcenie tych ostatnich w aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fruktozo-6-fosforan, które włączają się do glikolizy lub przekształcają w glukozo-6-fosforan. · Przyczyny wzmożonej ketogenezy · Metabolizm wątrobowy cukrów jest ściśle sprzężony z metabolizmem kwasów tłuszczowych. Przemiana glukozy drogą glikolizy dostarcza pirogronianu, który w wyniku karboksylacji przechodzi w szczawiooctan. Ten ostatni staje się akceptorem reszt acetytlowych, włączającym go do cyklu kwasów trikarboksylowych. Niedobór szczawiooctanu, spowodowany brakiem glukozy (głód) lub upośledzeniem jej przetwarzania (cukrzyca) w zasadniczym stopniu utrudnia cykl Krebsa. · Zahamowanie szlaku pentozofosforanowego (cukrzyca, głód) obniża wytwarzanie NADPH+H+, a to uniemożliwia wykorzystanie acetylo~S-CoA do syntezy kwasów tłuszczowych i steroidów. · W przebiegu choroby głodowej i cukrzycy, główne kierunki przemian acetylo~S-CoA zostają zahamowane, a znaczna część tego metabolitu przekształca się w ciała ketonowe. · Dodatkowym czynnikiem wzmagającym ketogenezę w przebiegu cukrzycy i choroby głodowej jest niski poziom insuliny. Hormon ten hamuje syntezę kluczowego enzymu ketogenezy - syntazy B-hydroksy-B- metyloglutarylo~S-CoA, jak również hamuje lipazę hormonowrażliwą — w cukrzycy nadmierna lipoliza i B- oksydacja - wzrost acetylo~S-CoA. · Metabolizm lipidów w przebiegu otyłości Hipertrofia i hiperplazja adipocytów prowadzi do wzmożonej syntezy i sekrecji leptyny- hormonu o działaniu przeciwnym do insuliny. Następstwem tego jest oporność tkanek na insulinę. W celu zneutralizowania leptyny i podtrzymania normoglikemii trzustka wzmaga syntezę insuliny. Rośnie jej stężenie we krwi (hiperinsulinemia). Wysokie stężenie leptyny sprawia, iż działanie insuliny staje się mało efektywne. Oporność tkanki tłuszczowej na insulinę znosi antylipolityczny efekt tego hormonu. Prowadzi to do wzrostu aktywności lipazy hormonowrażliwej, a w konsekwencji do nasilenia lipolizy i zwiększonego uwalniania kwasów tłuszczowych do krwioobiegu. Kwasy te wiążą się z albuminą i wędrują do wątroby. Tam wbudowują się do triacylogliceroli lub ulegają β-oksydacji, a produkt tego procesu (acetylo-S- CoA) dostarcza reszt acetylowych do resyntezy kwasów tłuszczowych i syntezy cholesterolu. Nadmiar triacylogliceroli i cholesterolu uwalnia się z wątroby w postaci kompleksów lipoproteinowych klasy VLDL i LDL, prowadząc do hipertriacyloglicerolemii i hipercholesterolemii. Anatomiczne zróżnicowanie otyłości pociąga za sobą konsekwencje metaboliczne. Następstwa patobiochemiczne i skutki chorobowe otyłości brzusznej są poważniejsze niż otyłości pośladkowo-udowej. · Opisać B-oksydację Zachodzi w mitochondrium. Jest to pierwszy etap utleniania kwasów tłuszczowych. β-oksydacja polega na wielokrotnie powtarzanych reakcjach odwodornienia łańcucha węglowodorowego kwasu tłuszczowego przy węglu β i na rozpadzie utlenianego substratu na fragmenty dwuwęglowe, także przy kolejnych węglach β. Efekt końcowy b-oksydacji to rozpad danego kwasu tłuszczowego do n cząsteczek acetylo~S-CoA. Liczba zachodzących B-oksydacji równa się: n - 1 (n równa się liczbie par atomów węgla) gdyż produktem ostatniej z nich są dwie cząsteczki acetylo~S-CoA. B- oksydacja przebiega nieco inaczej dla kwasów o parzystej i nieparzystej liczbie atomów węgla, dla kwasów nasyconych i nienasyconych, także kwasów o łńcuchu prostym i rozgałęzionym. Proces B-oksydacji kwasów tłuszczowych o długim łańcuchu (>22C) zachodzi w peroksysomach i zmierza do skrócenia łańcucha, w celu ułatwienia jego dalszej B-oksydacji w mitochondiach. · Opisać syntezę kwasów tłuszczowych  W pierwszym etapie grupa acetylowa musi być przeniesiona z mitochondrium do cytosolu za pomocą mechanizmu zwanego mostkiem cytrynianowym, gdyż błona mitochondrialna jest nieprzeuszczalna dla acetylo-S- CoA  Proces syntezy nie jest odwróceniem B-oksydacji. Każda (za wyjątkiem jednej) grupa acetylowa jest karboksylowana (wiąże CO2) z wytworzeniem malonylo~S-CoA, przy udziale karboksylazy acetylo~S-CoA.  Jej koenzymem jest karboksybiotyna.  Karboksylaza acetylo~S-CoA podlega regulacji na drodze dwóch mechanizmów: 1. Odwracalnej asocjacji i dysocjacji podjednostek. Enzym jest aktywowany przez cytrynian, natomiast malonylo-S-CoA (produkt reakcji) i palimitynylo~S-CoA (produkt końcowy całego procesu) powodują dysocjację i inaktywację enzymu. 2. Drugi mechanizm polega na odwracalnej fosforylacji i defosforylacji enzymu.Adrenalina pobudza proces fosforylacji, co powoduje inaktywację enzymu, a insulina powoduje defosforylację i aktywację enzymu. Długotrwałe żywienie dietą bogatą w węglowodany lub ubogą w tłuszcze powoduje wzrost syntezy karboksylazy acetylo~S-CoA, a w konsekwencji wzmożoną syntezę kwasów tłuszczowych. Dieta bogata w tłuszcze lub głodzenie powodują obniżenie syntezy tego enzymu. Przyłączanie kolejnych fragmentów dwuwęglowych Proces wydłużania łańcucha kwasu tłuszczowego (składania fragmentów dwuwęglowych - acetylo~S-CoA) zachodzi pod działaniem syntazy kwasów tłuszczowych (KT). Jest to enzym wielofunkcyjny. Ma strukturę dimeryczną. Każdy monomer zawiera białko przenoszące grupy acylowe (ACP) i wykazuje siedem różnych aktywności enzymatyczncyh:  acetylotransferazy  malonylotransferazy  syntazy B-laktamowej  reduktazy B-ketoacylowej  dehydratazy B-hydroksyacylo-ACP  reduktazy enoilowej  tioesterazy palmitynianowej Elongacja i desaturacja kwasów tłuszczowych Palmitynian(16C) jest końcowym produktem reakcji katalizowanej przez syntazę kwasów tłuszczowych. Jego dalsze wydłużanie (elongacja) i wprowadzanie wiązań podwójnych (desaturacja) jest katalizowane przez inne enzymy, zlokalizowane w mitochondriach i w siateczce endoplazmatycznej. W organizmie ludzkim desaturacja kwasów tłuszczowych zachodzi w ograniczonym stopniu, dlatego "wielonienasycone" kwasy tłuszczowe muszą być dostarczane w diecie. ·Opisać syntezę triacylogliceroli Biosynteza triacylogliceroli zachodzi głównie w wątrobie i w tkance tłuszczowej. Proces ten można podzielić na dwa etapy. Pierwszym jest powstawanie fosfoglicerolu, drugim estryfikacja glicerolu kwasami tłuszczowymi. W trakcie estryfikacji kwasy tłuszczowe tracą swój ujemny ładunek elektrostatyczny, tworząc tłuszcze obojętne. W procesie glikolizy, na etapie reakcji katalizowanej przez aldolazę, powstaje fosfodihydroksyaceton, który jest redukowany przez dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanową, z udziałem NADH+H+ do glicerolo-3-fosforanu. Komórki tłuszczowe mogą pobierać glukozę tylko w obecności insuliny. Drugi szlak syntezy glocerolo-3-fosforanu funkcjonuje wyłącznie w wątrobie. Polega na przemianie wolnego glicerolu w glicerolo-3-fosforan w reakcji katalizowanej przez kinazę glicerolową. Dawcą fosforanu jest ATP. Kwas tłuszczowy uczestniczący w biosyntezie triacyloglicerolu musi związać się z CoA-SH. Powstaje aktywna postać tego kwasu, acylo-S-CoA. Reakcję katalizuje tiokinaza. Proces estryfikacji glicerolu jest poprzedzony powstaniem glicerolo-3-fosforanu. W dwu kolejnych reakcjach następuje estryfikacja glicerolo-3-fosforanu resztami kwasów tłuszczowych, pochodzących z 2 cząsteczek acylo-S-CoA, przy udziale acylotransferazy glicerolofosforanowej. Powstaje kwas fosfatydowy. Fosfataza fosfatydynowa odłącza fosforan nieorganiczny, powstaje diacyloglicerol, który pod działaniem acylotransferazy wiąże trzecią resztę kwasu tłuszczowego, powstaje triacyloglicerol. · Opisać rozkład triacylogliceroli w komórkach Proces rozpadu triacylogliceroli w tkance tłuszczowej jest regulowany przez układ hormonalny. Hydroliza kwasów tłuszczowych, zmagazynowanych w postaci triacylogliceroli w komórkach tłuszczowych katalizowana jes t przez lipazę hormonowrażliwą, która odłącza kwasy tłuszczowe w pozycji C1 lub C3 triacyloglicerolu. Inne lipazy, specyficzne wobec monoacylogliceroli lub diacylogliceroli, odłączają pozostałe kwasy tłuszczowe. Lipaza hormonowrażliwa jest aktywowana na drodze fosforylacji przez kinazę białkową, zależną od cyklicznego 3’5’- AMP. Nukleotyd ten jest produkowany w komórkach tłuszczowych w odpowiedzi na związanie hormonu (głównie adrenaliny) przez receptory błonowe. Karboksylaza acetylo-S-CoA, główny enzym sterujący biosyntezą kwasów tłuszczowych jest hamowany przez ten hormon. Tak więc wiązanie przez receptory błonowe hormonu aktywującego cyklazę adenylanową, a w konsekwencji wzrost stężenia cyklicznego 3’5’-AMP w komórce, powoduje pobudzenie lipolizy z równoczesnym zahamowaniem syntezy kwasów tłuszczowych. Wysoka zawartość insuliny i glukozy w osoczu, sprawia, iż lipaza hormonowrażliwa jest defosforylowana i staje się nieaktywna. · Opisz trawienie tłuszczów - Trawienie tłuszczów – lipoliza – rozpoczyna się w żołądku, gdzie występuje enzym lipolityczny zwany lipazą kwasostabilną. - Triacyloglicerole, zawierające kwasy tłuszczowe o krótkim bądź średnio długim łańcuchu mogą być hydrolizowane przez lipazę żołądkową. - Enzym ten aktywowany jest tylko w obojętnym pH, dlatego jego użyteczność u dorosłego człowieka jest wątpliwa, natomiast może pełnić funkcję lipolityczną u niemowląt, u których pH soku żołądkowego jest zbliżone do obojętnego. - U człowieka dorosłego właściwe trawienie lipidów następuje w jelicie cienkim. - W dwunastnicy zachodzi proces emulsyfikacji lipidów pokarmowych. - Sole kwasów żółciowych obecne w treści dwunastniczej są biologicznymi detergentami. Zmniejszają napięcie powierzchniowe kulek tłuszczu, co przy równoczesnym mieszaniu treści dwunastniczej prowadzi do emulsyfikacji lipidów. - W odpowiedzi na obecność lipidów w górnym odcinku jelita cienkiego, komórki błony śluzowej dolnej części dwunastnicy i jelita czczego produkują hormon – cholecystokininę. - Hormon ten pobudza skurcz pęcherzyka żółciowego, powodując wypływ żółci do dwunastnicy oraz pobudza trzustkę do uwalniania enzymów trawiennych. - Inne komórki błony śluzowej produkują sekretynę, która pobudza trzustkę do wydzielania soku bogatego w wodorowęglan, który neutralizuje treść jelitową do optymalnego pH dla działania enzymów. - Triacyloglicerole są trawione przez lipazę trzustkową, która odłącza kwasy tłuszczowe przy skrajnych atomach węgla glicerolu. Produktem tej reakcji jest mieszanina 2-monoacylogliceroli i wolnych kwasów tłuszczowych. - Innym enzymem hydrolizującym triacyloglicerole jest kolipaza, która pomaga w zakotwiczeniu się i stabilizacji lipazy na granicy fazy wodnej i lipidowej. - Fofolipaza A2 zawarta w soku trzustkowym rozkłada fosfolipidy. - Esteraza cholesterolowa hydrolizuje estry cholesterolu uwalniając cholesterol i kwasy tłuszczowe. - Produkty lipolizy - wolne kwasy tłuszczowe, wolny cholesterol i monoacyloglicerol wraz z solami kwasów żółciowych tworzą "mieszane micele", które wchłaniają się poprzez nabłonek jelitowy. - W komórkach błony śluzowej następuje resynteza triacylogliceroli i estrów cholesterolu, które następnie przechodzą do limfy, w postaci chylomikronów. Triacyloglicerole zawarte w chylomikronach są rozkładane przez krążącą we krwi lipazę lipoproteinową. Produkty degradacji wnikają do wnętrza komórek mięśniowych i adipocytów lub wiążą się z albuminą osoczową i krążą we krwi do czasu ich wychwycenia przez inne komórki. · Rozpad ciał ketonowych Ciała ketonowe, powstające w mitochondriach wątroby, nie są przetwarzane w tym narządzie. Przenikają do krwi. Aceton nie jest przydatny w metabolizmie i zostaje wydalony, głównie drogą nerkową. Acetooctan i beta-hydroksymaślan są wychwytywane przez mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy, korę nerki i w niewielkim stopniu przez mózg, gdzie są zużywane jako substraty energetyczne. Włączanie do metabolizmu : 1) Beta-hydroksymaślan jest utleniany przez dehydrogenazę beta-hydroksymaślanową do acetooctanu. Acetooctan pod działaniem tiokinazy reaguje z CoA-SH tworząć acetoacetylo-S-CoA kosztem energii powstałej z rozpadu ATP do AMP + PPi. Następnie po wpływem tiolazy zamienia się w dwie cząsteczki acetylo-S-CoA, które mogą utleniać się w cyklu Krebsa do CO2 i H2O lub włączać się do innych przemian. 2) CoA-transferaza beta-ketokwasowa przenosi CoA z bursztynylo-S-CoA na acetooctan z wytworzeniem acetoacetylo- S-CoA, który pod działaniem tiolazy i kolejnej cząsteczki CoA-SH rozpada się na dwie cząsteczki acetylo-S-CoA. Reakcja ta nie wymaga energii. W przebiegu choroby głodowej lub cukrzycy zawartość ciał ketonowych w organizmie przekracza możliwości ich zużytkowania prze wymienione wyżej tkanki. Pojawia się ketonemia i ketonuria, a aceton pojawia się w powietrzu wydychanym. Gromadzenie się ciał ketonowych doprowadza do pojawienia się kwasicy metabolicznej. · Opisać HDL  HDL są syntetyzowane w wątrobie oraz ścianie jelita, a następnie uwalniane do krążenia  mają najmniejszą średnicę, najmniej lipidów, a najwięcej apoprotein  są krążącym rezerwuarem apoprotein  oczyszczają osocze z cholestrolu  są aktywnymi „zbieraczami” wolnego cholesterolu z powierzchni błon biologicznych i innych krążących lipoprotein  cholesterol pobrany przez HDL jest estryfikowany przez enzym osoczowy acylotransferazę lecytyna:cholesterol i nie może już być wykorzystany do budowy błon biologicznych!!!  kuliste HDL są pobierane przez komórki wątrobowe drogą endocytozy, w której pośredniczą receptory błonowe. Estry cholesterolu ulegają hydrolizie. Uwolniony cholesterol zostaje przepakowany w inne lipoproteiny, przetworzony w kwasy żółciowe, lub wydzielony do żółci celem wydalenia z organizmu · Opisać LDL LDL (low density lipoproteins) - lipoproteiny o niskiej gęstości- są głównym transporterem cholesterolu z wątroby do innych narządów (przede wszystkim nerek, mięśni i kory nadnerczy). Zawierają większość cholesterolu osoczowego. Zawierają znacznie mniej triacylogliceroli niż VLDL, natomiast więcej cholesterolu. LDL pełnią swa funkcję poprzez odkładanie wolnego cholesterolu na powierzchni błon komórkowych lub poprzez wiązanie się z receptorem błonowym. Po związaniu z receptorem, LDL w nienaruszonej formie są wchłaniane do wnętrza komórki drogą endocytozy. Receptory podlegają recyklizacji ( ponownemu użyciu), a resztki lipoproteinowe są degradowane przez hydrolazy lizosomalne. Liczba receptorów waha się zależnie od dostępności kompleksów lipoproteinowych i zgodnie z potrzebami komórki. Jeżeli liczba krążących kompleksów jest wysoka, to liczba receptorów maleje i odwrotnie, gdy komórka potrzebuje cholesterolu, liczba receptorów powierzchniowych rośnie. · Opisać VLDL VLDL - Powstają w wątrobie. Przenoszą lipidy z wątroby do tkanek obwodowych. Po przedostaniu się do krwi wymieniają lipidy i apoproteiny, przekształcając się w LDL. Lipaza lipoproteinowa rozkłada zawarte w nich triacyloglicerole – zwiększa tym samym ich gęstość i zmniejsza średnicę. Zmniejszone VLDL aktywnie wymieniają składniki z HDL(m.in składniki białkowe VLDL są przenoszone do HDL -apoE i apoC , estry cholesterolu są przenosznoszone z HDL na VLDL a triacyloglicerole i fosfolipidy przemieszczane są z VLDL na HDL, w wyniku tych transportów powstaje właśnie LDL). · Opisać chylomikrony Są lipoproteinami o najniższej gęstości i największej średnicy. Zawierają najwięcej lipidów i najmniej apoprotein. Powstają w ścianie jelita cienkiego.] Są nośnikami lipidów pochodzenia pokarmowego, głównie triacylogliceroli i cholesterolu do tkanek obwodowych. Podczas przechodzenia przez naczynia włosowate są rozpoznawane przez receptory powierzchniowe, głównie w tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym, trzustce i wątrobie. Lipaza lipoproteinowa rozkłada zawarte w nich triacyloglicerole, zwiększając gęstość i zmniejszając średnicę tych kompleksów. Cholesterol uwolniony z chylomikronów hamuje syntezę cholesterolu – autoregulacja, po degradacji rdzenia pozostaje chylomikron resztkowy wzbogacony w estry cholesterolu, wędruje on do wątroby i wnika do hepatocytów · Opisz substraty glukoneogenezy  Głównymi substratami są: pirogronian i szczawiooctan, a pośrednio wszystkie metabolity, które przekształcają się w jeden z nich. Są to: 1. glicerol - pochodzący z hydrolizy triacylogliceroli w tkance tłuszczowej 2. a-ketokwasy - powstające z przemian szkieletów węglowodorowych aminokwasów glikogennych. 3. mleczan - produkt glikolizy beztlenowej. Mleczan przenika do krwi, wędruje do wątroby i nerek, gdzie utlenia się do pirogronianu. Ten ostatni staje się substratem w procesie glukoneogenezy i przemienia się w glukozę, która przenika do krwi. Część glukozy wnika ponownie do mięśni i krwinek czerwonych, gdzie przekształca się na powrót do mleczanu. Ta międzynarządowa „kooperacja metaboliczna", polegająca na powtarzalnym przetwarzaniu glukozy w mleczan i mleczanu w glukozę nosi nazwę cyklu Cori lub cyklu kwasu mlekowego · Opisz chorobę metaboliczną związaną z przemianą lipidów Jeśli stężenie triacylogliceroli lub cholesterolu przekroczy górną granicę normy tego stężenia, powstaje stan określany jako hiperlipidemia (hiperlipoproteinemia). Poszczególne przypadki różnią się procentowym udziałem poszczególnych frakcji lipoproteinowych w ogólnej zawartości lipidów. Hiperlipidemia może być następstwem pierwotnych i wtórnych zaburzeń metabolizmu. Najczęściej występują hiperlipidemie rodzinne, objawiające się przedwczesnym rozwojem miażdżycy której następstwem jest choroba wieńcowa. towarzyszą im zmiany skórne w postaci kępek żółtych. Może także wystąpić hipolipoproteinemia, czyli zmniejszenie stężenia niektórych frakcji lipoproteinowych w osoczu i nieprawidłowe ich rozmieszczenie w poszczególnych tkankach. Towarzyszy im niedobór masy ciała, zaburzenia widzenia, zmiany neurologiczne, hematologiczne. · Opisać antygeny grupowe krwi Wyróżniamy antygeny A, B i H(inaczej 0); są zbudowane z glikosfingolipidów, które powstają w wyniku związania przez ceramidy reszt cukrowych. Antygeny grupowe krwi są zlokalizowane w błonach komórkowych krwinek czerwonych. Z modyfikacji antygenu H może powstawać antygen A lub B. O takiej modyfikacji decyduje genetycznie uwarunkowana obecność lub brak odpowiednich glikozylotransferaz. Obecność enzymów obydwu przemian sprawia, że krwinki czerwone stają się nośnikami zarówno antygenu A, jak i B. Najczęściej występującymi grupami krwi są A i O, najmniej jest osób z grupą AB. · Opisz sfingolipidy Sfingolipidy są fosfolipidami, które zamiast glicerolu zawierają aminoalkohol, sfingozynę lub dihydrosfingozynę.. Kwas tłuszczowy wiążę się z grupą aminową sfingozyny lub dihydroksysfingozyny wiązaniem amidowym, tworząc ceramid, który może być prekursorem zarówno sfingomielin jak i glikolipidów zwanych cerebrozydami. Sfingomielina jest jednym z głównych składników lipidowych tkanki nerwowej, występuje w osłonkach mielinowych włókien nerwowych. Antygeny grupowe krwi A,B, H (0) należą do sfingolipidów. Grupa aminowa sfingozyny jest acylowana kwasem tłuszczowym – powstaje ceramid (bezpośredni prekursor sfingomielin i cerebrozydów). Podczas powstawania sfingolipidów w siateczce endoplazmatycznej i aparacie Golgiego grupa –OH przy C1 sfingozyny nie jest aktywowana, natomiast podstawnik przyłączający się do tej grupy musi być w postaci aktywnej. Przyłączenie składnika cukrowego, pochodzącego z odpowiednich nukleotydowych pochodnych cukrów, prowadzi do powstania cerebrozydów. III · Metabolizm energetyczny tkanki tłuszczowej  Komórki tkanki tłuszczowej - adipocyty - pełnią rolę rezerwuaru triacylogliceroli.  Własne potrzeby energetyczne zaspakajają głównie drogą glikolizy.  W okresie sytości w adipocytach zachodzi synteza i akumulacja triacylogliceroli. Komórki te pobierają kwasy tłuszczowe pochodzenia pokarmowego, syntetyzowane w wątrobie i krążące we krwi. Dodatkowo kwasy tłuszczowe powstają rownież drogą syntezy w adipocytach.  Produkty metabolizmu glukozy: pirogronian, fosfodihydroksyaceton oraz NADPH+H+ mają zasadnicze znaczenie w lipogenezie zachodzącej w adipocytach. Z tego powodu dieta bogata węglowodany sprzyja akumulacji triacylogliceroli w komórkach tłuszczowych.  W okresie głodu adipocyty stają się źródłem kwasów tłuszczowych dla potrzeb energetycznych innych tkanek.  Tkanka tłuszczowa wydziela leptynę, rezystynę i adiponektynę - hormony, które wywołują efekty przeciwstawne do insuliny. · Metabolizm energetyczny mięśnia sercowego i mózgu Mózg  Mózg - 2% masy ciała (u mnie chyba 0,2 %) zużywa około 20-30% energii wytwarzanej w organizmie. Niemal jedynym substratem energetycznym zużywanym przez mózg jest glukoza, przetwarzana drogą metabolizmu tlenowego. Ponadto mózg zużywa niewielkie ilości ciał ketonowych.  W przebiegu głodu maleje zużycie glukozy, wzrasta natomiast zużycie ciał ketonowych. Mogą one dostarczać nawet do 50% energii zużywanej przez mózg. Metabolizm mięśnia szkieletowego:  Mięsień szkieletowy jest wielkim konsumentem energii. Pobiera z krwi i przetwarza glukozę, kwasy tłuszczowe i ciała ketonowe. W warunkach niedostatecznego dostępu tlenu produkuje znaczne ilości mleczanu.  W stanie sytości mięsień wykorzystuje glukozę pochodzenia pokarmowego, a w stanie głodu pobiera glukozę powstającą drogą glikogenolizy wątrobowej, albo glukoneogenezy zachodzącej w wątrobie i w nerkach. Nadmiar glukozy przetwarzany jest w glikogen. Glikogenoliza mięśniowa jest źródłem glukozy wyłącznie dla mięśnia.  Włókna mięśniowe - czerwone - bogate w mitochondria i zawierające mioglobinę - czerpią energię z procesów tlenowych. Włókna mięśniowe - białe - ubogie w mitochondria i niezawierające mioglobiny - wytwarzają energię na drodze glikolizy beztlenowej.  Specyficzną cechą metabolizmu energetycznego komórki mięśniowej jest zdolność do natychmiastowego odtwarzania zużytego ATP z innych związków bogatych w energię. Jednym z nich jest fosfokreatyna, drugim ADP.  Regeneracja ATP może zachodzić także poprzez interakcję 2 cząsteczek ADP, przy udziale kinazy adenylanowej: ADP + ADP ATP + AMP · Wątroba w stanie głodu Wątroba podczas głodu staje się producentem substratów energetycznych. W stanie głodu krew żyły wrotnej dostarcza do komórek wątrobowych mniej substratów energetycznych pochodzenia pokarmowego. Trzustka zmniejsza sekrecję insuliny, za to zwiększa wydzielanie glukagonu. Stan ten sprzyja nasileniu katabolizmu i przeciwdziała anabolizmowi. Podstawową funkcją wątroby w czasie głodu staje się synteza i dystrybucja substratów energetycznych – glukozy i ciał ketonowych – na potrzeby innych narządów. W stanie głodu następuje : - zahamowanie glikolizy – ubytek insuliny unieczynnia i hamuje syntezę kluczowych enzymów glikolizy : glukokinazy, fosfofruktokinazy i kinazy pirogronianowej. - zahamowanie szlaku pentozofosforanowego – niedobór glukozy i jej spowolniona fosforylacja zmniejszają zużycie tego cukru drogą szlaku pentozofosforanowego. Maleje ilość NADPH + H+ w komórkach wątrobowych - wzmożenie glikogenolizy – zmniejszenie stosunku insulina/glukagon skutkuje pobudzeniem glikogenolizy w wątrobie, jej produkt – wolna glukoza, przenika do krwi i jest transportowana do innych narządów. Zapas glikogenu w wątrobie wyczerpuje się po 10-18h głodzenia. -Nasilenie glukoneogenezy – glukoneogeneza wątrobowa rozpoczyna się po 4-6h od ostatniego posiłku, jej produkt – wolna glukoza, drogą krwi jest transportowana do innych narządów -Zahamowanie lipogenezy w wątrobie wynika z braku substratów. Maleje dostępność kwasów tłuszczowych pochodzenia pokarmowego, a niedobór NADPH+ H+ spowodowany spowolnieniem szlaku pentozofosforanowego zmniejsza ich syntezę. - Wzmożenie ketogenezy – wątroba jest jedynym narządem syntetyzującym i uwalniającym ciała ketonowe. Synteza ciał ketonowych nasila się, gdy rośnie stężenie acetylo-S-CoA w komórkach wątrobowych i zaczyna przekraczać możliwości utlenienia reszt acetylowych w cyklu kwasów trikarboksylowych. Głównymi konsumentami ciał ketonowych są mięśnie i mózg, obniża to zapotrzebowanie na glukozę i pozwala na wyhamowanie glukoneogenezy, co oszczędza zużycie aminokwasów, a pośrednio białek – potrzebnych do innych celów. · Metabolizm wątroby w stanie sytości 1) W okresie sytości hepatocyty - wzbogacone w substraty energetyczne - zostają poddane stymulacji insulinowej i uwalniają się spod wpływu glukagonu. Stan ten sprzyja nasileniu anabolizmu i przeciwdziała katabolizmowi. W stanie sytości wątroba staje się konsumentem glukozy. 2) Wzmożenie glikolizy 3) Nasilenie szlaku pentozofosforanowego 4) Wzmożenie glikogenogenezy 5) Zahamowanie glukoneogenezy 6) Wzmożenie lipogenezy 7) Zahamowanie ketogenezy 8) Wzmożenie syntezy białek · Utlenianie etanolu ❖ Etanol utlenia sie w wątrobie przy współudziale cytozolu i mitochondriów. Pierwszy etap zachodzi w cytosolu, przy udziale dehydrogenazy alkoholowej. Produktem reakcji jest aldehyd octowy, który wnika do mitochondriów, gdzie pod działaniem dehydrogenazy aldehydowej utlenia sie do octanu, który łączy sie z CoA-SH, kosztem rozpadu cząsteczki GTP. Powstaje acetylo~S-CoA. ❖ Utlenianie cząsteczki etanolu do octanu zużywa 2 cząsteczki NAD+. Skutkiem tego jest niedobór NAD+, co upośledza funkcje dehydrogenaz zależnych od NAD+. ❖ Możliwości wątroby w zakresie utleniania octanu powstałego z etanolu są ograniczone również przez niedobór GTP (powstaje w cyklu kwasów trikarboksylowych w r-cji katalizowanej przez tiokinazę bursztynianową - syntetaza bursztynyo SCoA). ❖ W siateczce endoplazmatycznej wątroby funkcjonuje dodatkowy szlak utleniania etanolu do aldehydu octowego, zachodzący bez udziału dehydrogenazy alkoholowej. Biorą w nim udział cytochrom C-450, NADPH+H+ i O2. Tą drogą utlenia się jedynie znikoma część etanolu. · Toksyczne efekty etanolu  Produkty utleniania etanolu - acetylo~S-CoA, NADH i ATP hamują glikolizę.  Nadmierne zużycie NAD+ i akumulacja NADH+H+ hamuje utlenianie (gl. B-oksydację).  Niedobór pirogronianu i szczawiooctanu hamuje glukoneogenezę. Nieodbór NAD+ uniemozliwia bowiem przekształcanie mleczanu w pirogronian a nadmiar NADH+H* sprawa, iż pirogronian i szczawiooctan ulegają redukcji do odpowiednich hydroksy-kwasów - mleczanu i jabłczanu.  Następstwem spowolnionej głukoneogenezy jest zmniejszanie glikogenogenezy. Po wyczerpaniu zapasów glikogenu w wątrobie, zwłaszcza przy równoczesnym nieodżywieniu lub wyczerpującym wysiłku objawia się hipoglikemią.  Akumulacja mleczanu narusza równowagę kwasowo - zasadową zwiększając skłonność do kwasicy Niedobór szczawiooctanu i NAD* powoduje, oprócz spowolnienia cyklu Krebsa, skierowanie acetylo~S-CoA do syntezy kwasów tłuszczowych lub ciał ketonowych.  Zwiększona synteza i zmniejszona B-oksydacja kwasów tłuszczowych prowadzą do ich akumulacji, a w konsekwencji do wzmożenia syntezy triacylogliceroli. Akumulacja triacylogliceroli w hepatocytach prowadzi z czasem do stłuszczenia wątroby.  Aldehyd octowy, powstały w trakcie utleniania etanolu, jest związkiem bardzo reaktywnym. Wywiera szereg efektów toksycznych. · Toksyczne efekty aldehydu octowego Aldehyd octowy ma wysokie powinowactwo do grup –SH i – NH2 dlatego uszkadza on białka, peptydy, enzymy, aminy katecholowe i składniki błon biologicznych. Mechanizmy na zasadzie których wywołuje wyżej wymienione efekty to: - tworzenie zasad Schiffa z gr. Aminowymi białek i peptydów(deformacja cząsteczki białka i upośledzenie jego funkcji) - tworzenie semimerkaptali z grupami –SH białek - wiązanie z etanoloaminą zawartą w fosfolipidach( uszkodzenie błon biologicznych) - wiazanie z aminami katecholowymi( zaburzenie procesu transmisji) - aldehyd octowy konkuruje z innymi aldehydami w reakcjach enzymatycznych. · Rozpad białek pokarmowych  Soki trawienne zawierają szereg enzymów proteolitycznych, zarówno egzo, jak i endopeptydaz. Najważniejszymi z nich są: pepsyna w soku żołądkowym, trypsyna, chymotrypsyna, elastaza i karboksypeptydaza w soku trzustkowym oraz aminopeptydaza w soku jelitowym.  Łączne działanie wspomnianych enzymów prowadzi do całkowitego rozpadu białek pokarmowych do wolnych aminokwasów, a te są wchłaniane przez nabłonek jelitowy na drodze aktywnego transportu i z krwią dostają się do różnych tkanek.  Rozpad białek pokarmowych jest jedynym źródłem aminokwasów egzogennych: fenyloalaniny, izoleucyny, leucyny, metioniny, treoniny, tryptofanu, waliny, histydyny i lizyny.  Niedobór nawet jednego aminokwasu egzogennego prowadzi do ujemnego bilansu azotowego · Rozpad białek pozakomórkowych  Macierz pozakomórkowa skupia około połowy wszystkich białek. Dominuje kolagen oraz elastyna. Degradacja zachodzi przy udziale metaloproteinaz macierzy pozakomórkowej (MMP). Są one syntetyzowane i wydzielane w postaci nieaktywnych prekursorów, zwanych zymogenami. Opisano ponad 20 MMP. Wyróżnia się: kolagenazy, żelatynazy, stromelizyny i metaloproteinazy transbłonowe. Najlepiej poznane są kolagenazy i żelatynazy.  metaloproteinazy są endopeptydazami. Powodują jedynie wstępną degradację substratów białkowych. Dalej produkty proteolizy ulegają endocytozie i są rozkładane przez proteazy wewnątrzkomórkowe  Trawienie kolagenu cechuje sie. pewną specyfiką. Natywny kolagen trawiony jest w obrębie struktury trihelikalnej przy udziale kolagenaz. Pod ich działaniem cząsteczka kolagenu – tropokolagen rozpada się na dwa wielkocząsteczkowe produkty - tropokolagen A i tropokolagen B. Tracą one strukturę trihelikalną już w fizjologicznej temperaturze organizmu i dalej są trawione przez różne nieswoiste proteazy wewnątrzkomórkowe.  Aktywność MMP jest regulowana (między innymi) przez tkankowe inhibitory metaloproteinaz (TIMP). · Trawienie białek wewnątrzkomórkowych  Zachodzi pod działaniem proteaz wewnątrzkomórkowych. Białka „żyją" różnie długo. Decyduje o tym sekwencja aminokwasów, jak i aminokwasy N-końcowe.  Białka przeznaczone do rozkładu są znakowane - ubikwityną (polipeptydem).  W komórce eukariotycznej funkcjonują dwa szlaki proteolizy: lizosomalny i pozalizosomalny.  Proteazy lizosomalne noszą nazwę katepsyn. Opisano kilkanaście enzymów tej grupy. Działają głównie w kwaśnym zakresie pH.  Największe znaczenie w pozalizosomalnej degradacji białek odgrywają wieloenzymatyczne kompleksy - proteasomy. Typowa komórka ludzka zawiera około 30 000 proteasomów. Białko, pozbawione struktury przestrzennej w wyniku rozfałdowania, wnika do wnętrza kanału wytworzonego przez podjednostki proteasomu, gdzie następuje proteoliza.  różne białka są rozkładane z różną prędkością. Szybkość rozkładu zależy od stanu fizjologicznego narządu. Degradacja białek mięśni zwiększa się podczas głodu. · Transaminacja - znaczenie Istota transaminacji w procesie rozpadu aminokwasów sprowadza się do zbierania grup aminowych z róznych aminokwasów i przekazywania ich na alfa-ketoglutaram i szczawiooctan z wytworzeniem glutaminianu i asparaginianu. Glutaminian łatwo uwalnia amoniak włączany do cyklu mocznikowego, a asparaginian przekazuje bezpośrednio swoją grupę aminową do tego cyklu. Tą drogą grupy aminowe większości aminokwasów wiążą się z CO2, wytwarzając mocznik, który (uczłowieka) jest głównym produktem końcowym przemiany azotu białkowego. Mięśnie, które są głównym producentem aminokwasów, nie mają możłiwoście przetwarzania grup aminowych w mocznik. Muszą współdziałąć z wątrobą. Taką możliwość stwarza cykl alaninowy. Odwracalność reakcji transaminascji sprawia, iż grupy aminowe aminokwasów mięśniowych są przenoszone na pirogronian, wytwarzany w mięśniach w procesie glikolizy. Powstaje alanina, którą z krwią trafia do wątroby, gdzie w wyniku transaminacji grupa aminowa przenoszona jest na szczwiooctan lub alfa-ketoglutaran. Powstaje asparaginian lub glutaminian, które przekazują grupę aminowa do cyklu mocznikowego Znaczenie cyklu mocznikowego Cykl ten ma na celu usunięcie z organizmu szkodliwego amoniaku, ze względu na jego znaczną toksyczność nawet w małych stężeniach. Wynikiem obrotu całego cyklu z organizmu wydzielone zostają dwie cząsteczki NH3. Jedna z nich pochodzi z amoniaku, zaś druga pochodzi w grupy aminowej asparaginianu. Związanie 2 cząsteczek amoniaku odbywa się kosztem 4 cząsteczek ATP. · Hiperamonemia typu 1 i 2 Hiperamonemia typu I - spowodowana niedoborem syntetazy karbamoilofosforanowej I. Następstwem tego jest niemożność włączania amoniaku do cyklu mocznikowego, rośnie stężenie amoniaku we krwi Hiperamonemia typu II - spowodowana niedoborem karbamoilotransferazy ornitynowej. W tym przypadku karbamoilfosforan nie wchodzi w reakcje z ornityna , nie powstaje cytrulina. Zwiększa sie zawartość amoniaku w tkankach, a nadmiar karbamoilofosforanu zużywa się do biosyntezy pirymidyn. Klinicznym następstwem obu hiperamonemii jest zła tolerancja pokarmów bogatobiałkowych , bóle głowy, wymiory, niedorozwój umysłowy. · Hiperargininemia Spowodowana niedoborem arginazy. Następstwem tego niedoboru jest upośledzenie rozpadu argininy do mocznika i ornityny. Niedobór ornityny pozbawia wątrobę zdolności włączania karbaoilofosforanu do cyklu mocznikowego. Zwiększa sięstężenie argininy w płynach fizjologicznych. Pojawiająsię zaburzenia trawienie, zwiększona pobudliwość nerwowa oraz objawy neurologiczne w postaci drgawek i zaburzeń koordynacji ruchowej. Niekedy występuje śpiączka. Leczenie polega na ograniczaniu do niezbędnego minimum podaży białka w diecie. · Cytrulinemia Spowodowana niedoborem syntetazy agrininobursztynianowej. Jego następstwem jest upośledzenia reakcji sprzęgania cytruliny z asparaginianem. Zwiększa sięstężenie cytruliny we krwi, w moczu i w płynie mózgowo rdzeniowym. Po posiłkach obserwuje się zwiększenie stężenia amoniaku we krwi. · Synteza hemu Zachodzi w szpiku w prekursorach krwinek czerwonych (hemoglobina) oraz w wątrobie (enzymy: oksydaza, peroksydaza) Pierwsza i trzy ostatnie reakcje w mitochondriach, pozaostałe w cytosolu. Wszystkie atomy C i N pochodzą z bursztynylo~S-CoA i glicyny. Syntaza δ-aminolewulinianowa (koenzym - fosforan pirydoksalu, hamowana przez hem i heminę, aktywowana przez ksenobiotyki) z tych dwóch związków tworzy produkt pośredni, który odłącza CO2 dając δ-aminolewulinian. 2 cząsteczki δ-aminolewulinianu reagują ze sobą, ulegają dehydratacji przez dehydratazę δ-aminolewulinianową i dają porfobilinogen. 4 jego cząsteczki kondensują dając uroporfirynogen III pod wpływem syntazy uroporfirynogenu. Uroporfirynogen III jest dekarboksylowany i staje się koproporfirynogenem III, który wnika z powrotem do mitochondrium. Tam pod wpływem oksydazy koproporfirynogenu staje się protoporfirynogenem IX, a ten z kolei, pod wpływem oksydazy protoporfirynogenu IX przekształca się w protoporfirynę IX. Następnie ferrochelataza (hamowana przez ołów) wprowadzająca jon Fe2+ tworzy hem. · Rozpad hemu Najwięcej hemu przeznaczonego do degradacji w układzie siateczkowo-śródbłonkowym wątroby i śledziony pochodzi z erytrocytow, natomiast reszta to hem z mioglobiny i bialek enzymatycznych. Pierwszy etap to wprowadzenie przez enzym oksygenazę hemową grupy hydroksylowej do mostka metinowego pomiedzy 2 pierscieniami pirolowymi z utlenieniem Fe2+ do Fe3+ a nastepnie rozerwanie pierscienia z uwolnieniem Fe3+, CO i zielonego barwnika biliwerdyny. Biliwerdyna jest redukowana tworząc bilirubine. Bilirubina jest slabo rozpuszczalna w wodzie i tworzy kompleksy z albumina osoczowa, nastepnie odlacza się i przenika do wnętrza hepatocytu. W hepatocytach bilirubina wiaze 2 czasteczki beta-glukuronianu z UDP-glukuronianu tworząc rozpuszczalny diglukuronid bilirubiny który jest aktywnie transportowany do żółci. (glukuronylotransferaza bilirubinowa) Diglukuronid bilirubiny jest hydrolizowany w jelicie przez beta-glukuronidaze a uwolniona bilirubina jest przeksztalcana przez bakterie do urobilinogenu. Czesc urobilinogenu przenika do krwi i wydalana jest przez nerki (przekształca się w kontakcie z powietrzem w barwnik moczu urobiline), natomiast większość jest redukowana przez bakterie jelitowe do sterkobiliny (barwik kału). · Żółtaczki Wzrost st. bilirubiny w osoczu -> odkładanie w tkankach -> zażółcenie białkówek oczu oraz skóry. Żółtaczka hemolityczna Zdrowa wątroba może przekształcić 3g/24h bilirubiny. Zdrowa wątroba wykorzystuje tą zdolność w 10% (0,3 g). Rezerwa wykorzystywana, gdy rozpad hemu jest wzmożony. Wzrasta ilość diglukuronidu bilirubiny wydzielanego z żółcią -> powstaje więcej urobilinogenu, rośnie jego st. w osoczu i wzrasta wydalanie z moczem. Masowy rozpad krwinek czerwonych (np. anemia hemolityczna) -> powstaje większa ilość bilirubiny (wątroba nie jest w stanie w całości jej przetworzyć) -> wzrasta ilość wolnej bilirubiny w osoczu. Żółtaczka miąższowa Czynnik zakaźny lub toksyczny-> uszkodzenie komórek wątroby-> zmniejsza wychwyt bilirubiny przez wątrobe, jak i wytwarzanie diglukuronidu -> wzrasta ilość wolnej bilirubiny w osoczu. Rośnie wydalanie urobilinogenu z moczem. Treść jelitowa jest odbarwiona. Żółtaczka zastoinowa w przypadku zamknięcia odpływu żółci z wątroby. Bilirubina nie może być transportowana do jelita. Wątroba zwraca diglukuronid bilirubiny do krwi. Żółtaczka noworodków z powodu wzmożonego rozpadu krwinek zawierających hemoglobinę płodową. · Porfiryny - budowa i znaczenie  Porfiryny są cyklicznymi barwnymi związkami, łatwo wiążącym jony metali, głównie Fe2+/Fe3+, Mg2+ oraz Co2+  Najobficiej występującą porfiryną w organiźmie człowieka jest hem, który stanowi grupę prostetyczną wielu białek, zwanych hemoproteinami. Należą do nich głownie: hemoglobina, mioglobina oraz niektóre enzymy np. cytochromy, katalaza, peroksydaza. Białka te są szybko syntetyzowane i degradowane. W ciągu doby powstaje i rozpada się od 6 do 7 gramów hemoglobiny.  W świecie roślin głównymi porfirynami są chlorofile, warunkujące funkcjonowanie fotosyntezy.  Do porfiryn zalicza się także witaminę B12  Porfiryny są cyklicznymi cząsteczkami złożonymi z czterech pierścieni pirolowych, zespolonych mostkami metinowymi (=CH-). Porfiryny różnią się naturą łańcuchów bocznych, połączonych z każdym spośród czterech pierścieni pirolowych.  Określa się je numerami rzymskimi od I do IV. W organizmie człowieka istotne funkcje pełnią jedynie porfiryny typu III.  Prekursory porfiryn noszą nazwę porfirynogenów. · Amplifikacja DNA · Łańcuchowa reakcja polimerazowa – PCR (polymerase chain reaction) jest laboratoryjną metodą amplifikacji (powielania) wybranych sekwencji DNA. Pozwala na wytworzenie milionów jej kopii. · Do przeprowadzenia tej reakcji potrzebny jest macierzysty DNA (nawet niewielki fragment), para odpowiednich starterów, deoksyrybonukleotydy trifosforanowe jako substraty, jony Mg2+ i przede wszystkim termostabilna polimeraza DNA – najczęściej jest stosowana polimeraza Taq, izolowana z bakterii termofilnych. · W reakcji można podzielić na trzy etapy: · denaturację macierzystego DNA w temp. 95oC · przyłączenie startera w temp. 55oC · polimeryzację w temp. 72oC Jest to proces w pełni zautomatyzowany, zachodzi w tzw. termocyklerach. · PCR pozwala na zwielokrotnienie ilości DNA, wystarczającej do badań jakościowych i ilościowych (ułatwia wykrywanie mutacji, zakażeń wirusowych, identyfikację osobniczą w medycynie sądowej). · Informacja genetyczna przepływa od DNA do RNA i dalej do białka w wielu procesach, w których następuje wzajemne oddziaływanie enzymów i innych białek z kwasami nukleinowymi. · Język informacji genetycznej jest bardzo prosty – obejmuje tylko kilka symboli: A, T, C, G, U. · Opisz mRNA i kod aminokwasowy Informacyjny kwas rybonukleinowy – mRNA · Przenosi informację z jądra komórkowego do cytoplazmy. Stanowi około 5% wszystkich RNA. Powstaje w jądrze komórkowym, na matrycy DNA, zgodnie z regułą komplementarności zasad. Informacja zakodowana w postaci sekwencji nukleotydowej DNA zostaje przetworzona na sekwencję nukleotydową RNA, dlatego proces ten nosi nazwę transkrypcji (przepisywania). · mRNA pełni rolę matrycy w procesie syntezy białek. =] W strukturze mRNA można wyróżnić: Sekwencję prowadzącą – koniec 5′ zakończony „czapeczką”. Sekwencję kodującą – zawierającą trójki nukleotydów, zwane kodonami. Sekwencja kodonów w mRNA decyduje o kolejności (sekwencji) aminokwasów w białku. Zespół kodonów nosi nazwę kodu aminokwasowego. Sekwencję końcową – koniec 3′ zawiera ogon poliadenylanowy złożony z wielu reszt AMP. Odcinek mRNA odpowiedzialny za kodowanie jednego łańcucha białkowego nosi nazwę cistronu. Poszczególne cistrony są od siebie oddzielone kodonami „stop”. Eukariotyczne mRNA są monocistronowe – jeden łańcuch mRNA koduje jeden łańcuch białkowy. Prokariotyczne mRNA mają charakter policistronowy – jeden łańcuch mRNA koduje syntezę kilku łańcuchów białkowych. Kod aminokwasowy : · Jest „kolinearny” – sekwencja aminokwasów w białku (od końca – N) odpowiada sekwencji kodonów w mRNA liczonej od 5’ do 3’ · Jest „bezprzecinkowy” – kolejne kodony nie zachodzą na siebie i nie zawierają elementów wspólnych. · Jest „niedwuznaczny” – każdy z kodonów jest odpowiedzialny za wiązanie tylko jednego aminokwasu. · Jest uniwersalny – te same kodony kodują te same aminokwasy we wszystkich organizmach. · Jest zdegenerowany – jeden aminokwas może być kodowany przez więcej niż jeden kodon. · Opisz replikację u eucariota Replikacją nazywamy syntezę DNA, ma ona charakter semikonserwatywny. W trakcie podziału komórki, każda z dwóch nici DNA służy za matrycę do syntezy

Ultragieda-Biochemia-3 PDF

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript