Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

notatki z biochemii (białka, enzymy, węglowodany, porfiryny, hormony, azot, hemoglobina), Notatki z Biochemia medyczna

Zawartość notatek: -białka (aminokwasy, budowa, klasyfikacja, poziomy organizacji, właściwości, białka globularne i fibrylarne) -hemoglobina (efekt Bohra, funkcje, niedokrwistości, charakterystyka hemoglobiny S, E, C, F, H, barta) -enzymy (klasyfikacja, budowa, mechanizm działania, modele wiązania, metaloenzymy, kataliza, kinetyka, inhibicja) -węglowodany (glikoliza, regulacja glikolizy, cykl corich, oksydacyjna dekarboksylacja, cykl krebsa, glukoneogeneza, glikogenogeneza, glikogenoliza, metabolizm fruktozy i galaktozy, cykl pentozofosforanowy, markery karcynogenezy, choroby) -cukrzyca -porfiryny(synteza i katabolizm hemu, porfirie, żółtaczki, synteza i katabolizm puryn i pirymidyn, zaburzenia metabolizmu puryn i pirymidyn -hormony(przysadki, nadnercza, podwzgórza, tarczycy, trzustka) -azot(bilans, ASPAT, ALAT, dehydrogenaza glutaminianowa, amoniak) -białka ostrej fazy(podział, klasyczna droga aktywacji dopełniacza, alternatywna, lektynowa) -krew(skład, krzepnięcie) -biochemia metali

Typologia: Notatki

2023/2024

W sprzedaży od 13.11.2024

klaudia-major
klaudia-major 🇵🇱

1 dokument

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz notatki z biochemii (białka, enzymy, węglowodany, porfiryny, hormony, azot, hemoglobina) i więcej Notatki w PDF z Biochemia medyczna tylko na Docsity! = = t 6 naK0% |. Uup | Uuh Uus BIAŁKA AMINOKWASY OGÓLNA BUDOWA • D-aminokwasy występują sporadycznie, jedynie w niektórych antybiotykach peptydowych lub w ścianie komórek bakteryjnych • D seryna w przodomózgowiu • D asparaginian obecny w mózgu i na obwodzie • wszystkie aminokwasy L mają asymetryczny atom węgla alfa • z tetraedrycznego ułożenia różnych podstawników wynika aktywność optyczną, z wyjątkiem glicyny • są optycznie czynne, skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo lub w lewo i występują w dwóch stereoizomerycanych formach L i D ENANCJOMERY • mają identyczne właściwości chemiczne i fizyczne • różnią się tylko kierunkiem skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego • jeden z nich skręca płaszczyznę światła w prawo a drugi o ten sam kąt w lewo • takie związki są optycznie aktywne · & 2 C COOH gr. Aminowa gr. Karboksylowa T m · ASPARAGINA (Asn) HG = -CHz-CH- COD" O NH” KWAS GLUTAMINOWY (Glu) "00C — CH, — CEZ EN SCG; NH” GLUTAMINA (Gin) HaN — © — CHa Ez CH=C0o* O NH * AMINOKWASY Z ŁAŃCUCHEM BOCZNYM ZAWIERA JĄCYM GRUPY ZASADOWE ARGININA (Arg) H” N-SRZRSIZRERZA CHEZ | C=NH>" NH> LIZYNA (Lys) CH2 — CH - CHo-CH>-CH-COO7 | | NI” NHą” HISTYDYNA (His) [7552 u "e =666) HN N + AMINOKWASY ZAWIERA JACE PIERŚCIEŃ AROMATYCZNY HISTYDYNA (His) r JSC R NH" FENYLOALANINA (Phe) <_>- (H+ -CH-C0O- | NHą * TYROZYNA (Tyr) 66Q Qt t-c00 NHą TRYPTOFAN (Trp) | CH s i Coo NM IMINOKWASY PROLINA (Pro) N "COO Mz AMINOKWASY Z ŁAŃCUCHAMI NIEPOLARNYMI . glicyna . alanina . walina . leucyna . izoleucyna . fenyloalanina . tryptofan . metionina . prolina RZADKIE AMINOKWASY • hydroksyprolina i hydroksylizyna • aminokwasy białkowe występujące tylko w nielicznych białkach zwierzęcych typu kolagenu i elastyny, nie mają własnych kodonów odpowiedzialnych za ich wbudowanie w łańcuch polipeptydowy AMINOKWASY NIEBIAŁKOWE • nie są alfa-aminokwasami • beta-alanina (składnik koenzymu A, produkt rozpadu pirymidyn) • ornityna i cytrulina (metabolity cyklu krebsa) • kwas gamma-aminomasłowy (GABA- przekaźnik sygnałów w układzie nerwowym) • tyroksyna i trijidotyronuna (hormony tarczycy) • homocysteina (metabolity aminokwasów siarkowych) • homoseryna (w komórkach roślinnych prekursor metioniny) BIAŁKA BUDOWA BIAŁEK • białka są zaliczane do liniowych polimerów złożonych z mniejszych podjednostek-monomerów (aminokwasów) • oligopeptyd: • peptyd: • białka: • selenocysteiny i pirololizyny nie możemy zaliczyć do żadnej z grup aminokwasów (obojętne, kwasowe i zasadowe)- wbudowywane są do białek w trakcie ich syntezy, selenocysteina zawiera selen, pirolizyna jest pochodna lizyny • białko wiążące retinol przenosi witaminę A, opsyna to białko światłoczułe WIĄZANIE PEPTYDOWE oo dog od 10 do 99 powyzej 100 BETA-KARTKA • wiązania wodorowe tworzą się miedzy sąsiednimi segmentami struktury beta • stabilizowana przez międzyłańcuchowe wiązania wodorowe • silnie rozciągnięta w kierunku osiowym • białko o tej strukturze jest układem sztywnych płaszczyzn ustawionych względem siebie pod pewnym kątem • N-końce są po tej samej stronie albo są antyrównoległe czyli N-końce są po przeciwnych stronach • rozciągnięty kształt łańcucha utrzymywany jest przez oddziaływania wodorowe • kierunek przebiegu łańcucha o strukturze beta odwracają zwroty-beta (spinka do włosów) w których tlen karbonylowy jednego wiązania peptydowego jest połączony wiązaniem wodorowym z wodorem grupy aminowej czwartego z kolei wiązania peptydowego • spinka do włosów często łączą końce antyrównoległych struktur beta w obrębie pojedynczego polipeptydu, łączy struktury równoległe i antyrównoległe • spinka do włosów umożliwiają nagłą zmianą kierunku nici polipeptydowej o regularnej strukturze II-rzędowej w białkach globularnych • częsta forma jest jednostka beta-alfa-beta- struktury beta przeplatają się z alfa helisą PĘTLĘ I ZAGIĘCIA • stanowią regiony zawierające więcej reszt aminokwasowych niż jest to konieczne do utworzenia struktury drugorzędowej • mimo nieregularnych konformacji pełnią kluczowe funkcje biologiczne • w enzymach pętla łączą domeny odpowiedzialne za wiązanie substratu • często zawierają reszty aminokwasowe uczestniczące w katalizie • stanowią składniki wiążące z oligonukleotydami w białkach oddziałujących z DNA • pętlę występujące na powierzchni białek stanowią łatwo dostępne miejsca czyli epitopy rozpoznawane i wiążące się z przeciwciałami STRUKTURY NADDRUGORZĘDOWE • tworzone przez ściśle upakowanie łańcuchów bocznych sąsiednich elementów struktur drugorzędowych • motyw spirala-pętla-spirala jest przykładem struktury obecnej w wielu białkach, które pełnią funkcje czynników transkrypcyjnych • motywy helisa-skręt-helisa składa się przezważnie z około dwudziestu aminokwasów • palec cynkowy to pętla złożona z. aminokwasów, występuje w białkach wiązanych DNA, bierze udział w związaniu cząsteczek kwasu nukleinowego przez białko, składa się z dwóch antyrównoległych struktur beta i struktury alfa, obecność jonu cynku jest kluczowa dla stabilności domeny, jon cynku tworzy wiązania koordynacyjne z czterema resztami cysteiny lub dwóch reszt cysteiny i dwóch reszt histydyny • zamek leucynowy złożony z. reszt aminokwasowych, jest to przestrzenny białkowy motyw strukturalny, łączący ze sobą białkowe helisy alfa, stanowią fragment białka wiążące DNA w wielu czynnikach transkrypcyjnych 23 · 30 STRUKTURA TRZECIORZĘDOWA • powstaje w wyniku pofałdowania łańcucha struktury drugorzędowej • określa kształt białka • występują domeny, które są podstawowymi jednostkami funkcjonalnymi i przestrzennymi polipeptydów • rdzeń domeny zbudowany jest z motywów • hydrofobowe łańcuchy boczne są schowane we wnętrzu a grupy hydrofilowe występują na powierzchni cząsteczki • zwinięcie polipeptydu nadaje cząsteczce trójwymiarowy kształt WIĄZANIA • mostki dwusiarczkowe- powstają pomiędzy atomami siarki dwóch reszt cysteinowych • oddziaływania hydrofobowe- łączenie się grup hydrofobowych w celu ochrony cząsteczki przed oddziaływaniem na nie cząsteczek wody kierując łańcuchy boczne hydrofobowe aminokwasów do wnętrza białka osłaniając je od środowiska wodnego • wiązania wodorowe- występują między atomami tlenu grupy karbonylowej wiązania peptydowego i atomami wodoru ugrupowania aminowego • wiązania jonowe (określane też oddziaływaniami elektrostatycznymi) • oddziaływania van der Waalsa STRUKTURA CZWARTORZĘDOWA • jest najwyższym poziom organizacji białek, zbudowanych z dwóch lub więcej polipeptydów, dotyczy zatem jedynie białek oligomerycznych • białka oligomeryczne zależnie od ilości budujących je podjednostek, mogą być dimerami, trimerami, tetramerami itd • jeśli podjednostki mają identyczną sekwencje to tworzą homomery, np. homodimer natomiast jeśli podjednostki mają różną sekwencje to tworzą heteromery np. heterodimer • protomer- pojedynczy łańcuch polipeptydowy • oligomer- połączone łańcuchy protomerow • podjednostka- funkcjonalna część białka np. hemoglobina dysocjuje na dwie podjednostki alfabeta a te zawierają dwa łańcuchy czyli protomer alfa i beta • wiązania takie same jak w trzeciorzędowej CHAPERONY • inaczej białka opiekuńcze • białka odpowiedzialne za prawidłowe zwijanie się innych białek do najkorzystniejszej energetycznie konformacji • ich rola w komórce to rozfaldowywamie i ponowne sfałdowanie białka przy transporcie kodowanych jądrowo białek przez błony plastydów oraz mitochondriów • zwane również jako białka szoku cieplnego oddziałują z polipeptydem na różnych etapach procesu fałdowania • niektóre białka opiekuńcze wiążą hydrofobowe regiony rozciągniętego polipeptydu i pełnią ważną rolę w utrzymaniu białka w postaci niepofałdowanej aż do zakończenia jego syntezy np. Hsp • zapobiegają agregacji i nieprawidłowemu zwijaniu się białek co zapobiega chorobie alzheimera D • białka o takiej samej funkcji, ale różnią się strukturą pierwszorzędowa • mogą być produktami różnych genów lub powstawać w wyniku tkankowo-specyficznego przetwarzania produktu jednego genu • jeśli białka te są enzymami określa się je mianem inoenzymów • roztwory białek mają charakter koloidowy • powolna dyfuzja • niezdolność do dializy- przenikanie przez błony półprzepuszczalne • większość białek dobrze rozpuszcza się w wodzie lub w rozcieńczonych roztworach soli, kwasów lub zasad • o rozpuszczalności decyduje: -zdolność do hydratacji -budowa chemiczna -obecność soli w środowisku -pH roztworu • ładunek elektryczny cząsteczki • denaturacja białek- zniszczenie struktury IV, III lub II, renaturacja- przywrócenie prawidłowej struktury białka po ustaniu działania czynnika denaturującego IZOFORMY WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE BIAŁEK BIAŁKA GLOBULARNE • mioglobina • hemoglobina • albuminy • immunoglobuliny • cytokiny • enzymy • białka receptorowe MIOGLOBINA • hemoproteina obecna w sercu i w mięśniach • służy jako magazyn tlenu • struktura III-rzędowa • składa się z pojedycznego łańcucha polipeptydowego tetramerycznej cząsteczki hemoglobiny • około. łańcucha mioglobiny jest zwinięte tworząc osiem alfa helis • jej wnętrze tworzą aminokwasy niepolarne z kolei aminokwasy polarne zlokalizowane są głównie na jej powierzchni • ugrupowanie hemowe mieści się w szczelinie, która jest otoczona przez aminokwasy polarne z wyjątkiem dwóch reszt histydyny • pierwsza reszta histydyny (proksymalna) wiąże się bezpośrednio z Fe. z cząsteczką hemu • druga reszta histydyny (dystalna) nie oddziaływuje bezpośrednio z hemem lecz stabilizuje wiązanie tlenu z Fe • zbudowana z. reszt aminokwasowych • silnie upakowana · · 80% > F8 2+ & 2+ E · 53 HEMOGLOBINA BUDOWA HEMOGLOBINY I MIOGLOBINY • hemoglobina należy do hemoporfiryn i jest metyloproteinazą • słabo rozpuszcza się w wodzie • wytworzenie łańcuchów globinowych jest możliwe dzięki dwóm genom umiejscowionym na krótkim ramieniu chromosomu. dla łańcuchów alfa i dwóm genom kodującym syntezę łańcucha beta na krótkim ramieniu chromosomu CECHA HEMOGLOBINA MIOGLOBINA tetramerrodzaj konstrukcji monomer struktura białkowa IV- rzędowa III-rzędowa część białkowa dwa łańcuchy polipeptydowe alfa i dwa łańcuchy beta jeden łańcuch polipetydowy część niebiałkowa hem hem liczba jonów Fe. w jednej cząsteczce barwnika liczba przyłączanych cząsteczek powinowactwo do tlenu mniejsze większe występowanie u kręgowców: w postaci zamkniętej w erytrocytach, u niektórych bezkręgowców: w postaci rozpuszczonej w osoczu mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe i serca funkcja transport tlenu magazynowanie tlenu w mięśniach poprzecznie prążkowanych podczas nadmiernego wysiłku mioglobina uwalnia zmagazynowane cząsteczki tlenu i pozwala mitochondriom na syntezę ATP, w momencie uszkodzenia mięśni przedostaje się do krwi co jest między innymi markerem badanym w przypadku zawału serca · 16 1 I PRAWIDŁOWE TYPY HEMOGLOBINY • hemoglobina A- stanowi około. całkowitej hemoglobiny u dorosłych, HbA zawiera dwa łańcuchy alfa i dwa łańcuchy beta • hemoglobina A. - stanowi. całkowitej hemoglobiny, zawiera dwa łańcuchy alfa i dwa łańcuchy delta • hemoglobina F- do. całkowitej hemoglobiny u dorosłych, składa się z dwóch łańcuchów alfa i gamma. , jest to główny rodzaj hemoglobiny produkowany przez płód podczas ciąży, po porodzie synteza tej hemoglobiny znacznie się zmniejsza • w życiu embrionalnym, płodowym, niemowlęcym i dorosłym Hb tworzą różne globiny • cząsteczki globin są kodowane przez geny zgrupowane w dwóch klastrach: -klastrze alfa na chromosomie (geny kodujące globiny alfa i zeta ( ) -klastrze beta na chromosomie. (geny kodujące globiny beta, gamma, delta i epsilon (. ) • geny te są umieszczone na chromosomach w takiej kolejności, w jakiej ulegają ekspresji w poszczególnych fazach rozwojowych organizmu • do. tygodnia życia płód produkuje epsilon-globinę i zeta-globinę • w fazie embrionalnej dochodzi do zmian wytwarzanych Hb- produkowane są hemoglobina Gower (. i Gower. następnie hemoglobiny Portland. , aż dominującą Hb staje się hemoglobina F (HbF) • w skład większości tetramerow Hb wchodzi alfa-globina a jej poziom zwiększa się i od około szóstego tygodnia ciąży utrzymuje się jej względnie stała wartość (. ekspresji) stanowiąc. całkowitego poziomu globin • przed urodzeniem dochodzi do wyciszania produkcji gamma-globiny a nasila się produkcja beta- globiny HEMOGLOBINY EMBRIONALNE · 96-9 % 2 2- 3% 16) , (202) a " · (p , 122y2) 6 3 d E O 2 · 1232 ·12521 · 32y2 ↳ X , E / 24 · 00% · 50% S - S POWINOWACTWO DO TLENU • największe powinowactwo do tlenu mają hemoglobiny zarodkowe (przebywają w środowisku ubogo tlenowym), a najmniejsze hemoglobina dorosłych (A) • stopień wysycenia hemoglobiny tlenem zależy od: -ciśnienia parcjalnego tlenu i dwutlenku węgla -pH -temperatury -stężenia 2,3 difofosgliceryniani • miarą powinowactwa różnych hemoglobin do tlenu jest wartość p50, która odpowiada ciśnieniu cząsteczkowemu tlenu przy jakim nasycenie hemoglobiny tlenem wynosi 50%, jest ona różna dla różnych organizmów jak i dla wszystkich różnych rodzajów hemoglobin: -↑p50 przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo -↓p50 przesunięcie krzywej dysocjacji w lewo - p50 wynosi około 26,6mmHg (24-28mmHg) EFEKT BOHRA • zjawisko polegające na zmniejszaniu powinowactwa hemoglobiny do tlenu w warunkach obniżonego pH • efekt wzrostu prawdopodobieństwa dysocjacji tlenu z oksyhemoglobiny wraz ze wzrostem stężenia CO2, powoduje, że tlen jest łatwiej oddawany przez hemoglobinę i ułatwia to oddawanie tlenu w tkankach • przeciwnie podwyższenie pH zwiększa powinowactwo wiązaniu tlenu przez hemoglobinę i utrudnia oddawanie go w tkankach • 2,3-DPG: -zmniejsza powinowactwo hemoglobiny do tlenu -w warunkach niedoboru tlenu przy niskim pO2 w tkankach zwiększa się synteza 2,3-DPG -jest to najważniejszy modulator powinowactwa do tlenu -działa jako allosteryczny efektor mający zdolność modulowania powinowactwa hemoglobiny do tlenu poprzez stabilizację jej formy T -zwiększa Efekt Bohra -zwiększa szybkość dysocjacji oksyhemoglobiny -ułatwia uwalnianie tlenu do tkanek a · d I ⑰ B El M -nieprawidłowa funkcja czynnika wewnętrznego -nabyte (polekowe) i wrodzone zaburzenia absorpcji witaminy B12 -choroby trzustki, zespół Zollingera-Ellisona, choroby jelita krętego, choroba Crohna. • Niedobór kwasu foliowego: -niedobory dietetyczne -zwiększone zapotrzebowanie (ciąża, okres niemowlęcy, przewlekła anemia hemolityczna) -wrodzone i polekowe zaburzenia wchłaniania kwasu foliowego -rozległa resekcja jelita czczego. -polekowe i indukowane: antagoniści kwasu foliowego (metotreksat), antagoniści puryn (6- merkaptopuryna), przez toksyny antagoniści pirymidyn (arabinozyd cytozyny), leki alkilujące (cyklofosfamid), zydowudyna; zaburzenia syntezy DNA trimetoprim, doustne leki antykoncepcyjne, tlenek azotu, związki arsenu, środki owadobójcze NIEDOKRWISTOŚĆ MAKROCYTOWA NIEMEGALOBLASTUCZNA • przyspieszona erytropoeza (hemoliza, anemia pokrwotoczna) • alkoholizm • choroby wątroby • zespoły mielodysplastyczne NIEDOKRWISTOŚĆ NORMOCYTOWA • pokrwotoczna, hemolityczna • zaburzenia produkcji erytropoetyny (niewydolność nerek, choroby wątroby) • niedostateczna stymulacja produkcji erytropoetyny w przebiegu obniżonego zapotrzebowania na tlen (niedoczynność tarczycy, inne deficyty endokrynologiczne) • niedożywienie • zapalne i nowotworowe choroby przewlekłe • nacieczenie szpiku kostnego (białaczka, szpiczak, przerzuty nowotworów). • występuje w przebiegu różnych chorób narządowych lub może wynikać z procesu patologicznego występującego bezpośrednio w szpiku • w poszukiwaniu przyczyn należy w pierwszej kolejności ustalić, czy retikulocytoza jest adekwatna do stopnia obniżenia parametrów czerwonokrwinkowych • zwiększona retikulocytoza występuje w hemolizie i ostrym krwawieniu ze zwiększoną produkcją krwinek czerwonych, a mała może świadczyć o patologii pozaszpikowej lub wewnątrzszpikowej NIEDOKRWISTOŚĆ MIKROCYTOWA Zaburzenia metabolizmu żelaza • niedobór ustrojowy żelaza • zaburzone udostępnienie żelaza (przewlekłe choroby zapalne i nowotworowe) • zaburzenia syntezy łańcuchów globiny: talasemia a i b • hemoglobinopatie • choroba niestabilnej hemoglobiny NIEDOKRWISTOŚĆ SYDEROBLASTYCZNA • wrodzona (sprzężona z chromosomem X lub dziedziczona autosomalnie) • nabyta (zespół mielodysplastyczny typ RARS) • towarzysząca nowotworom i chorobommieloproliferacyjnym • poalkoholowa; polekowa (izoniazyd, chloramfenikol) • toksyczna (zatrucie ołowiem) DEFEKTY SYNTEZY ŁAŃCUCHÓW GLOBINY • ilościowe zaburzenia syntezy hemoglobiny • najczęściej zaburzenia dotyczą ekspresji alfa-globiny (alfa-talasemia) lub beta-globiny (beta- talasemia), • istnieją także talasemie związane z obniżoną syntezą innych globin np. delta-globiny, gamma- globiny • zaburzenia w biosyntezie globin spowodowane są mutacjami w kodujących je genach lub ich elementach regulatorowych • talasemia określana jest różnymi nazwami: „niedokrwistość śródziemnomorska" lub „niedokrwistość tarczowatokrwinkowa", ciężka (major) postać beta- talasemii to inaczej „niedokrwistość Cooleya" • "ciężkość" talasemii związana jest najczęściej z: -rodzajem mutacji sprawczej, -rodzajem dziedziczenia mutacji (np. postać heterozygotyczna, homozygotyczna, czy też złożona heterozygota), -współdziedziczeniem innych talasemii, -wariantów hemoglobin oraz innymi czynnikami ALFA TALASEMIA • grupa schorzeń wynikających ze zmniejszonej syntezy łańcuchów alfa-globiny • dzieli się na cztery główne rodzaje: -tzw. cichy nosiciel (najłagodniejsza postać), -cecha alfa-talasemii (tzw. trait), -choroba HbH -HbBart’s hydrops fetalis obrzęk płodowy (najcięższa postać alfa-talasemii) BETA TALASEMIA • grupa schorzeń wynikających ze zmniejszonej syntezy łańcuchów beta globiny • dzieli się na trzy główne rodzaje: -minor (tzw. cecha beta-talasemii) -intermedia -major (najcięższa postać beta-talasemii) • objawami talasemii są: -ubytki kości -anemia -powiększenia śledziony, wątroby, węzłów chłonnych -pojawianie się kamieni nerkowych -bóle w kończynach dolnych HEMAGLOBINOPATIE • genetycznie uwarunkowane nieprawidłowości budowy i funkcjonowania hemoglobiny prowadzące do: -zmniejszone powinowactwo do tlenu prowadzące do anemii -zwiększone powinowactwo do tlenu prowadzące do czerwienicy -polimeryzacja hemoglobiny HbS -zmniejszona rozpuszczalność prowadząca do krystalizacji i niedokrwistości hemolitycznej HbC -zwiększona tendencja do utleniania prowadząca do powstawania methemoglobiny HbM HEMOGLOBINA S • prowadzi do niedokrwistości sierpowatej– rodzaj wrodzonej niedokrwistości spowodowanej nieprawidłową budową hemoglobiny • mutacja punktowa w genie łańcucha β (HBB) hemoglobiny powoduje zmianę pojedynczego aminokwasu w sekwencji białka (z kwasu glutaminowego na walinę) • hemoglobinę tak zmienioną, z nieprawidłową strukturą I-rzędową określa się jako hemoglobinę S (HbS) w przeciwieństwie do normalnej, występującej u dorosłych hemoglobiny A (HbA) • charakteryzuje się zmienionymi w porównaniu z hemoglobiną A własnościami fizykochemicznymi • chorobę dziedziczy się w sposób autosomalny (nie jest sprzężona z płcią) recesywny, z allelem kodominującym • ten rodzaj dziedziczenia polega na tym, że nosiciele tylko jednej kopii wadliwego genu (heterozygoty) w normalnych warunkach nie mają objawów klinicznych, jednak ich erytrocyty zawierają około 40% HbS • rozpuszczalność HbS w stanie odtlenowania jest znacznie mniejsza, co powoduje tendencję cząsteczek dezoksyhemoglobiny S do polimeryzacji w agregaty • agregaty HbS powodują, że erytrocyty stają się sztywne i nieodkształcalne • polimeryzacja jest odwracalna, po ponownym natlenieniu większość krwinek chorych na niedokrwistość sierpowatokrwinkową mimo, że zawierają określoną ilość HbS nie ma charakterystycznego kształtu, ponieważ docierają do płuc i są ponownie natlenowane zanim nastąpi znaczna polimeryzacja i zniekształcenie komórek • heterozygoty są również w dużym stopniu odporne na malarię • zjawisko takie nazywa się przewagą heterozygot lub naddominacją • naddominacja powoduje, że na terenach występowania malarii mutacja powodująca anemię sierpowatą utrzymuje się w populacji • ten typ anemii jest przede wszystkim rozpowszechniony w środkowej i zachodniej Afryce, sporadycznie jest spotykany w rejonie Morza Śródziemnego • choroba ta występuje najczęściej u mulatów i osób rasy czarnej, mutacja rzadko występuje u rasy białej (1/600000 urodzeń) • częstotliwość występowania u rasy czarnej to 1/625 Czynniki wpływające na tworzenie się polimerów HbS: • temperatura >37 stopni (gorączka) • pH< 7,35 (kwasica) • siła jonowa (odwodnienie) • ciśnienia parcjalne tlenu HEMOGLOBINA E • jest jedną z najczęściej występujących na świecie odmian hemoglobiny beta • najczęściej występuje w rejonie południowo-wschodniej Azji, głównie w Kambodży, Laosie i Tajlandii oraz u osób wywodzących się z tych regionów • osoby, które są homozygotami Hb E (mają dwa zmutowane allele genu ßE) zwykle cierpią na łagodną niedokrwistość hemolityczną (spowodowaną przedwczesnym usuwaniem krwinek czerwonych z krążenia krwi), przebiegającą z mikrocytozą i łagodnym powiększeniem śledziony • obecność pojedynczego zmutowanego allelu nie powoduje objawów choroby, o ile nie towarzyszy jej inna mutacja genu hemoglobiny, na przykład jedna z mutacji związana z cechą beta talasemii Hemoglobina C: Jest kolejną mutacją w zakresie genu kodującego łańcuch beta hemoglobiny. Około 2-3% osób pochodzących z Afryki zachodniej jest heterozygotami w zakresie hemoglobiny C (mają jeden allel ßC). Choroba spowodowana obecnością hemoglobiny C (występująca u homozygot - czyli u osób z dwoma allelami zmutowanego OKSYDAZY • aktywacja atomy tlenu do przyjęcia elektronów oderwanych od utlenianego substratu i katalizują połączenie powstałych jonów tlenowych z protonami na cząsteczkę wody lub nadtlenku wodoru -oksydaza cytochromowa -oksydaza fenolowa -oksydaza monoaminowa -oksydaza diaminowa OKSYGENAZY • katalizują proces wbudowania tlenu w cząsteczkę -dioksygenazy -monooksygenazy DEHYDROGENAZY • katalizują odrywanie atomów wodoru od utlenianego substratu i przenoszą je na inne enzymy czy związki pośrednie, nie maja zdolności przenoszenia elektronów bezpośrednio na tlen -dehydrogenaza alkoholowa -dehydrogenaza mleczanowa -dehydrogenaza glutaminowa -reduktaza karbonyl HYDROPEROKSYDAZY • katalizują reakcje dołączania grupy hydroksylowej OH do substratów -peroksydaza -katalazy KOENZYMY TRANSFERAZ • koenzym A • difosforan tiaminy • fosforan pirydoksalu • kwas tetrahydrofilowy • biotyna • fosforany nukleozydów • CTP-cytydynotrifosforan KOENZYMY LIAZ, IZOMERAZ I LIGAZ • koenzym B. '-deoksyadenozylokobalamina DEHYDROGENAZA BURSZTANIOWAE R E B RS I oksydoreduktazy działające na CH-CH z chinonem jako akceptorem dehydrogenaza bursztaniowa odłączają pare atomów wodoru od grupy H-C-OH przekazują odłączone wodory na NAD oksydoreduktazy DEHYDROGENAZA MLECZANOWA 25 - EC... 2T · , C 3 . 6 . - . 3 . 3 .5 . 3 . 5 . TRANSFERAZY • enzymy przenoszące grupy chemiczne (np. aminowej-NH. ,fosforanowej, tiolowej- SH) z substratu zwanego dawcą lub donorem na substrat zwany biorcą lub akceptorem (transminazy, kinazy) • reakcje odwracalne TRANSFERAZY AMINOTRANSFERAZY KINAZY FOSFORYLAZY enzymy katalizujące przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na alfa-ketokwas -aminotransferaza alaninowa -aminotransferaza asparaginianowa -aminotransferaza tyrozynowa katalizują reakcje przeniesienia grupy ortofosforanowej z ATP na substrat -heksokinaza -fosfofruktokinaza -kinaza pirogronianowa -kinaza mewalonianowa -kinaza glicerolowa katalizują przeniesienie fragmentu cząsteczki (np. reszty glukozowej) na fosforan nieorganiczny -fosforylaza glikogenowa Dzielą się na osiem podklas: • EC -przenoszą fragmenty jednowęglowe -metylotransferazy -amidynotransferazy -karboksylotransferazy -hydroksymetylotransferazy • EC -przenoszą fragmenty cząsteczek z grupami aldehydowymi lub ketonowymi -transketolazy -transaldolazy • EC -przenoszą reszty kwasowe -acylotransferazy • EC -przenoszą reszty cukrowe -glukozylotransferazy • EC -przenoszą grupy alkilowe lub arylowe -alkilotransferazy • EC -przenoszą grupy azotowe • EC -przenoszą reszty fosforanowe najczęściej z ATP na różne akceptory (fosfotransferazy) • EC -przenoszą grupy zawierajace siarkę (sulfurotransferazy) 2 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2. 5 : 2 . 6 2. PRZYKŁAD szczawiooctan glutaminian asparaginian alfa-ketoglutaran aminotransferaza asparaginianowa produktami reakcji są nowy aminokwas i nowy keto kwas HYDROLAZY • katalizują reakcje hydrolizy- czyli rozkładają wiązania chemiczne z przyłączeniem cząsteczki wody • reakcja nieodwracalna • najczęściej rozkładają wiązania peptydowe, estrowe, amidowe, glikozydowe i bezwodnikowe FOSFATAZY • katalizują reakcje hydrolitycznego odłączenia grupy fosforanowej od substratu (białka,cukry) -fosfataza bisfosfoglicerynianowa -fosfataza fosfoproteinowa -fosfataza alkaliczna -glukozo- -fosfataza PEPTYDAZY • katalizują reakcje hydrolitycznego rozerwania wiązania peptydowego np. w białkach -trypsyna -pepsyna -chymotrypsyna GLIKOZYDAZY • katalizują reakcje rozerwania przy udziale cząsteczki wody wiązania glikozydowego w węglowodanach -alfa-lizozym -amylaza -beta-galaktozydaza LIPAZY • katalizują hydrolityczne rozerwanie wiązania estrowego w lipidach -lipaza trzustkowa -fosfolipaza A PRZYKŁAD glukozo- -fosfataza glukozo- -fosforan glukoza LIAZY • katalizują niehydrolityczny rozkład wiązania (C-C, C-O, C-N, C-S) • rozerwanie wiązań przebiega bez pobrania i wydzielania ubocznych produktów (bądź małe cząsteczki np. CO. , NH. ) • w zależności od kierunku reakcji wiązanie podwójnie powstaje lub zanika • niektóre reakcje mogą być odwracalne, jeżeli nie towarzyszy im duzy spadek energii swobodnej kinaza NMP 6 2 H2O G + D I 6 23 • aktywność wielu enzymów wymaga kofaktorów • drobnocząsteczkowe związki organiczne (koenzymy) lub jony metali (Ca, Mg, Zn, Fe, K, Na, Mn, Cu) apoenzym. kofaktor. holoenzym KOENZYM CoA FAD, FMN pirofosforan tiaminy tetrahydrofolian deoksyadenozynokobalamina fosforan pirydoksalu kompleksy biotyna-lizyna (biocytyna) PREKURSOR kwas pantotenowy ryboflawina (witamina B. ) tiamina (witamina B. ) kwas foliowy kobalamina (witamina B. ) pirydoksyna (witamina B. ) biotyna Reakcje wymagające koenzymów obejmują reakcje: • oksydacyjno-redukcyjne • przenoszenia grup i izomeryzacji • prowadzące do tworzenia wiązań kowalencyjnych (klasy enzymów: Reakcje lityczne, łącznie z reakcjami hydrolitycznymi katalizowanymi przez enzymy trawienne nie wymagają koenzymów- klasy IZOENZYMY • są różnymi formami enzymu katalizującymi ta sama reakcje, ale wykazującymi odmienne właściwości fizyczne lub kinetyczne, takie jak punkt izoelektryczny, optimum pH, powinowactwo do substratu lub wrażliwości na inhibitory • różne formy izoenzymów danego enzymu pochodzą zazwyczaj z różnych genów i często występują w różnych tkankach ciała • wykrywanie: badanie aktywności po zablokowaniu za pomocą mAb niepożądanych izoenzymów DEHYDROGENEZA MLECZANOWA • enzym cytoplazmatyczny, występujący we wszystkich komórkach organizmu • występuje w postaci pięciu izoenzymów • katalizuje odwracalna reakcje: utlenianie mleczanu do pirogronianu lub na odwrót • układ podjednostek H i M w tetramerze • M- typu mięśniowego • H- typu sercowego • wykrywanie: elektroforeza • dla LDH1 - reakcja z beta- hydroksymaślanem (swoisty substrat) • LDH1 występuje w mięśniu sercowym i w mózgu • LDH5 występuje głównie w mięśniach szkieletowych • te izoenzymy zapobiegają zakwaszaniu narządów i umożliwia czerpanie energii przez mięśnie drogą metabolizmu beztlenowego (B5) 2 1 (Bg 12 6 (Bz) , 2 , 3 , 6) 3 ; a · Inne izoenzymy: • kinaza kreatynowa • dehydrogenaza alkoholowa • dehydrogenaza glicerolo- -fosforanowa • dehydrogenaza jabłczanowa • heksokinaza CENTRUM AKTYWNE ENZYMU Jest to miejsce w cząsteczce enzymu odpowiedzialne za wiązanie substratów i przebieg reakcji katalizowanej przez enzym. Wiążąc substrat przetwarza go w produkt CENTRUM AKTYWNE MIEJSCE WIĄZANIA MIEJSCE KATALITYCZNE Charakterystyka centrum aktywnego: • posiada trójwymiarową szczelinę lub zagłębienie na powierzchni cząsteczki, które tworzy środowisko niepolarne (jest niedostępna dla wody) jeżeli nie bierze udziału w reakcji • niepolarny charakter znacznej części takiej szczeliny sprzyja wiązaniu substratu a także katalitycznemu przebiegowi reakcji • szczelina może zawierać także reszty polarne co jest ważne dla wiązania substratu i katalizy • uczestniczą reszty aminokwasowe, które w łańcuchach bocznych mają grupy mogące być donorami lub akceptorami protonów • te reszty aminokwasowe są zgrupowane o odpowiednim ułożeniu przestrzennym • odpowiada za specyficzność reakcji • decyduje o właściwościach katalitycznych enzymu W wiązaniu substratu najczęściej biorą udział: • wiązania elektrostatyczne-wzajemne przyciąganie cząsteczek o przeciwstawnych ładunkach elektrycznych • wiązania wodorowe • siły Van der Waalsa Rzadziej: • oddziaływania hydrofobowe • wiązania kowalencyjne Najczęściej reszt dostarczają łańcuchy boczne aminokwasów: • lizyny, histydyny, argininy • grupy beta- karboksylowe asparaginianu • grupy gamma- karboksylowe glutaminianu • grupy aminowe lizyny • atomy azotu w pierścieniu imidazolowym histydyny • grupy OH: tyrozyny, treoniny, seryny • grupy SH cysteiny • grupa COOH: kwasu glutaminowego, kwasu asparaginowego ENZYMY NIE ZUŻYWAJĄ SIĘ W CZASIE REAKCJI 3 - - D · ENZYMY ALLOSTERYCZNE • składają się z kilku podjednostek, z których każda ma własne centrum aktywne • mają centrum allosteryczne do których przyłączają się efektory (drobnączasteczkowe związki) wpływające na aktywność enzymu (mają wpływ na zmianę kształtu centrum aktywnego • te centra zwane są tez regulatorowymi • efektory zmieniają konformację enzymu ( trzecio- rzędową i czwarto-rzędową) Formy enzymów allosterycznych: • jedna podjednostka: obydwa centra • conajmniej dwie podjednostki: centrum aktywne w podjednostce katalitycznej a allosteryczne w podjednostce regulatorowej Efektory allosteryczne dzielą się na: • dodatnie- aktywatory allosteryczne • ujemne- inhibitory allosteryczne MECHANIZM DZIAŁANIA Enzym, wiązać określony substrat czy substraty, tworzą nietrwały kompleks enzym-substrat. Następuje indukowanie, czyli wymuszone dopasowanie, podczas którego enzym dostosowuje swoje centrum aktywne do substratu przestrzenne dopasowanie centrum aktywnego do substratu lub substratów utworzenie nietrwałego kompleksu enzym-substrat, co powoduje obniżenie energii aktywacji i przyspieszenie przebiegu rekacji oddzielenie produktu od enzymu ⑨ ·e " ENZYMY AKTYWOWANE METALAMI • są to enzymy które zwiększają swoją aktywność poprzez obecność jonów metali • w większości przypadków jony są jedno lub dwuwartościowe • jony te nie są ścisłe związane z enzymem w przeciwieństwie do metaloenzymów • metal aktywuje podłoże i angażuje się w aktywność enzymów • enzymy te wymagają nadmiaru jonów metali • podczas odłączenia jonów metali tracą swoją aktywność PRZYKŁADY ENZYMÓW AKTYWOWANYCH METALAMI KINAZA PIROGRONIANOWA • z klasy transferaz • katalizujące przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogronianu na ADP, przez co tworzy się jedna cząsteczka pirogronianu i jedna cząsteczka ATP • reakcja ta bierze udział w szlaku glikolityczny, KATALIZA • kataliza to zjawisko polegające na przyspieszeniu szybkości reakcji chemicznej pod wpływem dodania do układu niewielkiej ilości substancji zwanych katalizatorami • kataliza polega na obniżeniu energii aktywacji reakcji i zwiększeniu szybkości reakcji chemicznej lub skierowaniu reakcji na jedną z termodynamicznie możliwych dróg prowadzące do różnych produktów KATALIZATOR • zwiększa szybkość z jaką reakcja chemiczna osiąga stan równowagi (stan równowagi się nie zmienia) • sam się jednak nie zużywa a jego symbol nie występuje w równaniu stechiometrycznym reakcji KATALIZATORY HOMOGENICZNE HETEROGENICZNE BIOKATALIZATORY (ENZYMY) ENZYMY JAKO BIOKATALIZATORY Enzymy to wielkocząsteczkowe w większości białkowe, biokatalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne • wytwarzane przez żywe komórki • regulują procesy metaboliczne (anaboliczne i katoboliczne) wspomagają utrzymanie homeostazy • działają wewnątrzkomórkowego lub poza komórkami , • charakteryzują się bardzo wysoką efektywnością • przyspieszają reakcje biochemiczne CECHY ODRÓŻNIAJĄCE ENZYMY OD KATALIZATORÓW NIEORGANICZNYCH STOSOWANYCH W PRAKTYCE CHEMICZNEJ • wysoka katalityczna skuteczność (wydajność) • zdolność do regulacji (zmiany aktywności) • wrażliwość na zmiany środowiska np. pH, temperatura • swoistość (specyficzność) SPECYFICZNOŚĆ • specyficzność substratowa: -specyficzność wobec substratów wykorzystywanych przez enzym, są one komplementarne do miejsca aktywnego (enzym oddziałuje zazwyczaj z jednym substratem) -zależy od budowy miejsca wiązania substratu • specyficzność działania: -selektywność w stosunku do określonego typu katalizowanej reakcji chemicznej spośród wielu możliwych przekształceń jakim może ulec substrat -typ katalizowanej reakcji jest zależny od budowy centrum katalicznego przebieg reakcji stan początkowy (substraty) stan końcowy (produkty) stan przejściowy energia aktywacji bez enzymu energia aktywacji z enzymem energia reakcji Enzymy zwiększają szybkość reakcji poprzez obniżanie energii aktywacji (bariery energetycznej) katalizowanych rekacji Enzymy umożliwiają powstanie stanów przejściowych enzym-substrat KINETYKA Aktywność enzymatyczna to szybkość reakcji enzymatycznej mierzona w ściśle określonych warunkach, można ją wyrażać w różnych jednostkach, najczęściej w: • międzynarodowych jednostkach enzymatycznych (U) to ilość enzymu katalizujące przemianę 1. • mola substratu w czasie jednej minuty w temperaturze. C, w optymalnych warunkach i przy maksymalnym wysyceniu enzymu substratem • katalach MODEL MICHAELISA-MENTENA • model ten zakłada dwuetapowy przebieg reakcji katalizowanej przez enzymu, kompleks enzym- substrat jest koniecznym etapem pośrednim procesu katalicznego • wykres Michaelisa-Mentena określa zależność między szybkością reakcji enzymatycznej (v) a stężeniem substratu (S) przy stałym stężeniu enzymu 06 0 ray -------- ----------------------- B T · j 300 ifmol min 6.6 nanokatali= U a • szybkość ta zwiększa się wraz ze wzrostem (S), w pewnym zakresie stężeń substratu jest ona zależna liniowo od (S) • przy odpowiednio wysokim (S) osiąga ona wartość maksymalną Vmax ponieważ enzym zostaje wysycony substratem STAŁA MICHAELISA To takie stężenie substratu przy którym szybkość reakcji jest równa połowie szybkości maksymalnej, posiada wymiar stezenia substratu, najczęściej mol. dm stała michaelisa jest odwrotnie proporcjonalna do powinowactwa enzymu do substratu, małe wartości Km świadczą o dużym powinowactwie CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI im niższa wartość Km tym powinowactwo enzymu do danego substratu jest wyższe STĘŻENIE ENZYMU Szybkość reakcji rośnie wprost proporcjonalnie do stężenia enzymu, pod warunkiem, ze pomiar będzie prowadzony w warunkach wysycenia enzymu substratem i przy niezmiennych pozostałych parametrach reakcji enzym wysycony substratem enzym niewysycony TEMPERATURA • wzrost temperatury. podwyższenie energii kinetycznej. wzrost szybkości reakcji • temperatura przy której szybkość reakcji enzymatycznej jest najwyższa- temperatura optymalna wzrost stężenia substratu prowadzi do zwiększenia prędkości reakcji do pewnego momentu a następnie pozostanie na jej stałym poziomie On 3 max[S] o = km + [5] ↑ km- > ↓powinowatwo ---- E = n = • inhibitor niekompetycyjny łączy się odwracalnie z enzymem w miejscu innym niż centrum aktywne (miejsce allosteryczne), zmieniając strukture przestrzenna miejsca aktywnego, uniemożliwiając substratowi połączenie się z enzymem • wzrost stężenia substratu nie wypiera inhibitora INHIBITORY NIEKOMPETYCYJNE • czyli niewspółzawodniczące • nie są analogami strukturalnymi substratu i wiążą się niezależnie od substratu w rożnym od centrum aktywnego miejscu enzymu • dlatego możliwe jest powstanie kompleksu enzym-inhibitor, enzym-substrat, substrat-enzym- inhibitor • nie zależy od relacji ilościowych między substratem i inhibitorem • nie można jej znieść przez zwiększenie stężenia substratu • inhibitor niekompetycyjny nie zmienia powinowactwa enzymu do substratu (nie zmienia wartości Km) • obecność tego inhibitora w kompleksie substrat-enzym-inhibitor zmienia konformację centrum aktywnego enzymu niezbędną do zajścia reakcji enzymatycznej, prowadząc do zmniejszenia jej szybkości maksymalnej INHIBICJA ODWRACALNA NIEKOMPETYCYJNA PODZIAŁ ENZYMÓW WEDŁUG RICHTERICHA I HESSA W latach 60. Richterich i Hess stworzyli kliniczny podział enzymów osocza na: • sekrecyjne (wydzielnicze): należą do nich między innymi: czynniki krzepnięcia krwi oraz fibrynolizy, esterazy cholinowe, ceruloplazmina i lipaza lipoproteinowa. Po uszkodzeniu komórek wątroby następuje spadek ich aktywności, ponieważ ich ilość zależy od syntezy w rybosomach wątroby. W przypadku diagnostyki liczy się tylko dolna granica normy ich wydzielania • wskaźnikowe (indykatorowe): pojawiają się w dużych ilościach po uszkodzeniu narządów. Zawartość enzymu wskaźnikowego jest zależna od jego ilości w uszkodzonej tkance, liczby uszkodzonych komórek i stopnia ich uszkodzenia, a także rozmieszczenia enzymów w różnych narządach. Do celów dydaktycznych można je podzielić na swoiste i nieswoiste narządowo. Diagnostycznie liczy się ich górna granica normy • ekskrecyjne (wydalnicze): przeszkoda w normalnym odpływie różnych wydzielin ustrojowych, takich jak: żółć, sok trzustkowy, ciecz sterczowa czy ślina, powoduje zastój wydzieliny i przedostanie się enzymów do krwiobiegu. Do tej grupy należą enzymy soku trzustkowego (amylaza, lipaza, DNA-aza, RNA-aza, trypsyna, chymotrypsyna), żółci (fosfataza zasadowa, GGTP, leucyloaminopeptydaza- konstelacja żółci), fosfataza kwaśna płynu sterczowego, amylaza ślinianek i enzym gruczołów wydalniczych żołądka, czyli pepsyna - S Max g WYRAŻENIE AKTYWNOŚCI ENZYMATYCZNEJ SPOSOBY POMIARU AKTYWNOŚCI ENZYMATYCZNEJ SPEKTROFOTOMERIA • opiera się na zasadzie, ze substancje absorbują lub emitują promieniowanie elektromagnetyczne w określonych zakresach długości fal • próbkę umieszcza się w spektrofotomerze, które emituje promieniowanie o różnych długościach fal przez próbkę a następnie mierzy ilość promieniowania, które zostało pochłonięte lub emitowane przez próbkę POMIAR POCHŁANIANIA TLENU • istnieją biosensory, które zostały opracowane specjalnie do pomiaru stężenia tlenu w biologicznych próbkach • te urządzenia wykorzystują enzymy takie jak oksydaza glukozowa do wykrywania tlenu CHROMATOGRAFIA CIECZOWA WYDAJNOŚCIOWA • HPLC polega na rozdzielaniu mieszaniny substancji na składniki podczas przepływu przez kolumnę napełniona materiałem stacjonarny, • kolumna jest jednym z kluczowych elementów w której zachodzi oddziaływanie miedzy składnikami próbki a stacjonarnym materiale, chromatograficznym • różnice w oddziaływaniach chemicznych miedzy składnikiem próbki a materiale, stacjonarnym prowadzą do różnic w czasie retencji, co pozwala na ich rozdzielenie JEDNOSTKI AKTYWNOŚCI ENZYMÓW WPŁYW WARUNKÓW NA AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW ENZYMY JAKO LEKI • mixtura pepsini • pankreatyna - enzymy soku trzustkowego • trombina -inicjator kaskady krzepnięcia • streptokinaza -aktywacja plazminogenu do plazminy, rozpuszczanie skrzeplin • streptodornaza - rozkłada DNA zmniejszając lepkość wydzielin ropnych • kolagenaza -rozkłada włókna kolagenowe do oczyszczania ran ZASTOSOWANIE ENZYMÓW W PRAKTYCE MEDYCZNEJ • enzymy jako markery chorób: -aminotransferazy (zawał mięśnia sercowego, uszkodzenie watroby) -amylaza (zapalenie trzustki) -LDH (zawał mieśnia sercowego) • enzymy jako leki i odczynniki -tkankowy aktywator plazminogenu i urokinaza (leczenie choroby zakrzepowej) -lipaza (w leczeniu zaburzeń wydzielniczych trzustki -ureaza (odczynnik do oznaczania mocznika) -kolagenaza (do oznaczania kolagenu w ilościach niewykrywalnych innymi metodami, np. w hodowlach komórek in vitro • enzymy w biotechnologii i terapii genowej -za pomocą nukleaz można wycinać pewne fragmenty kwasów nukleinowych i wszczepiać je do chorych komórek tego samego gatunku co pozwala na wyeliminowanie wadliwie zbudowanych odcinków DNA d D -mają wpływ na aktywność biologiczną białek -pełnią kluczową rolę w interakcji gospodarz-patogen -biorą udział w odpowiedzi immunologicznej IZOMERIA KONFIGURACYJNA D I L • związki o takim samym wzorze strukturalnym ale o innej konfiguracji przestrzennej to stereoizomery • przynależność do szeregu D lub L jest uwarunkowana położeniem grupy hydroksylowej przy ostatnim asymetrycznym atomie węgla • powstają enancjomery (lustrzane odbicia) • OH przy lewej to L • OH przy prawej to D • obecność asymetrycznego atomu węgla nadaje cząsteczce aktywność optyczną: -skręcenie płaszczyzny światła spolaryzowanego w prawo daje nam symbol (+) -skręcenie płaszczyzny światła spolaryzowanego w lewo daje nam symbol (-) -związek może mieć oznaczenia D (+) i L (-) -mieszanina równych ilości izomerów D i L nie wykazuje żadnej aktywności optycznej, mieszanina taka to racemat SPOSÓB PRZEJŚCIA Z FORMY ŁAŃCUCHOWEJ GLUKOZY DO CYKLICZNEJ anomery to stereoizomery, które różnią się położeniem grupy OH przy pierwszym atomie węgla w pierścieniu -anomer alfa: OH znajduje się na dole -anomer beta: OH znajduje się na górze anomery alfa i beta mogą w siebie przechodzić- mutarotacje mutarotacja to zmiana skręcalności optycznej w miarę otwierania się pierścienia i jego odtwarzania CHO CHO H OH HO H CH2OH CH20H M &. H -, 0 H-OH CH2OH O HO-H Y H - OH HOH2O dit HOH CH2OH D-glukoza CH2OH Th O Y HOH H dit CH2OH CH2OH 0 ↑ O OH Hop 10 . HoOhdit ↓ D-glukopiranoza 3-D-glukopiranoza EPIMERY • są to cukry różniące się konfiguracją tylko przy jednym asymetrycznym atomie węgla • izomery glukozy różniące się konfiguracja -OH i -H przy 2, 3 i 4 atomie węgla to galaktoza i mannoza TRANSPORT GLUKOZY Istnieje 14 izoform transporterów glukozy GLUT1- GLUT1, są to uniporty czyli transportują tylko jedną cząsteczkę glukozy na zasadzie transportu ułatwionego • transport aktywny: -glukoza -galaktoza • dyfuzja prosta: -glukoza -galaktoza -fruktoza GLUT1 • erytrocyty i komórki tworzące barierę krew-mózg • jelito grube • mózg • tkanki płodowe • łożysko • odpowiada za pobieranie glukozy w sposób ciągły niezależny od glukozy GLUT2 • sensor glukozy • wysokie K • znajduje się w błonie komórek beta trzustki, które wydzielają insulinę w nerkach i jelitach • obecność tego transportera w trzustce sprzyja odpowiednio wczesnemu wydzielaniu insuliny w odpowiedzi na zwiększone stężenie wewnątrzkomórkowej glukozy • wątroba GLUT3 • transporter specyficzny dla układu nerwowego • występuje również w nerkach i łożysku • wykazuje wysokie powinowactwo do glukozy i umożliwia jej transport do wnętrza komórek nawet przy niskich poziomiach glikemii & N HOCH2 HOCH2 HOCH2 O O O HO H H H H H HO H H I H OH H OH OH H H OH OH OH HO OH H OH H OH H H &-D-Galakto a X-D-GIrkoza LD-Mannoza · · · ⑱ m -20 m · GLUT • Km • występuje głównie w mięśniach, w tym mięśniu sercowym i w tkance tłuszczowej • jest zależny od insuliny w przeciwieństwie do reszty • umożliwia to zmagazynowanie nadwyżek glukozy w postaci kwasów tłuszczowych w komórkach tkanki tłuszczowej i w formie glikogenu w mięśniach w odpowiedzi na wydzielaną przez trzustkę insulinę GLUT • odpowiedzialny za absorpcję fruktozy • jelito cienkie • jądra GLUT. i GLUT. -konstytutywny transporter glukozy, niskie Km TRASPORTER JEDNOKIERUNKOWY ZALEŻNY OD SODU • do kotransporterów SGLT zalicza się wiele białek błonowych, które uczestniczą w transporcie glukozy, aminokwasów, witamin, jonów oraz osmolitów przez rąbek szczoteczkowy komórek kanalika proksymalnego oraz nabłonek jelitowy • kotransporter SGLT1 -ma niewielką pojemność -wysokie powinowactwo -zlokalizowany głównie w jelitach i segmencie S3 kanalika proksymalnego -chociaż jest on głównym transporterem glukozy w jelitach, jego udział w transporcie glukozy w nerkach jest mniejszy i szacowany na około 10% reabsorpcji glukozy w nefronach • kotransporter SGLT2 -duża pojemność -niskie powinowactwo -występuje głównie w nerkach • kotransporter SGLT3 -występuje w mięśniach i układzie nerwowym -uważa się że nie pełni on roli transportera ale sensora glukozy • symport- jedna z rodzajów transportu aktywnego zachodzących wewnątrz organizmów żywych, podczas którego przez jedno białko transportowane są dwie cząsteczki jednocześnie w tym samym kierunku PODSTAWOWE REGUŁY POZYSKIWANIA ENERGII PRZEZ KOMÓRKĘ • energia zawarta w pożywieniu to energia w formie dostępnej dla organizmu człowieka • energia w formie dostępnej dla organizmu to energia wiązań chemicznych (czyli elektronów) zredukowanych związków węgla • energia ta jest uwalniana w procesach utleniania związków węgla czyli ,,odbierania elektronów i przejmowania ich energii" • przejęta energia jest czasowo magazynowana w postaci wiązań ATP • utlenianie zredukowanych związków węgla czyli oddychanie komórkowe jest procesem zachodzącym stopniowo • końcowym etapem procesu oddychania jest redukcja tlenu w mitochondriach przez ostatni kompleks łańcucha oddechowego ~ Im J N 2 ~ M : & getti : &: REGULACJA GLIKOLIZY FOSFOFRUKTOKINAZA- ENZYM ALLOSTERYCZNY • jest hamowana przez (inhibitor): -nadmiar ATP -wysokie stężenie cytrynianu sygnalizują że komórka dysponuje dodatkiem energii • aktywator: -wysokie stężenie AMP wywiera efekt allosteryczny dodatni, sygnalizuje, że zasoby energetyczne komórki zostały wyczerpane- efektem tego jest aktywacja fosfofruktokinazy (PFK) -fruktozo- -bisfosforan jest najsilniejszym aktywatorem PFK HEKSOKINAZA • inhibitor: -nadmiar produktu reakcji glukozo- -fosforan, glukokinaza: fruktozo- -fosforan • aktywator: -pośrednio glukoza KINAZA PIROGRANIONOWA • inhibitor: -ATP -acetylo-CoA -cytrynian -jony wapnia • aktywator: -AMP -ATP -jony potasu i magnezu SZLAK BISFOSFOGLICERYNIANOWY W ERYTROCYTACH glicerolo- -bisfosforan łączy się z hemoglobiną i zmniejsza jej powinowactwo do tlenu ułatwiając uwalnianie go z oksyhemoglobiny zależą od zapotrzebowania energetycznego komórki i dostępności tlenu WARUNKI TLENOWE • pirogronian zostaje przekształcony w acetylo-CoA, który wchodzi w cykl kwasu cytrynowego, reakcje te katalizuje dehydrogenaza pirogronianowa LOSY PIROGRONIANU WARUNKI BEZTLENOWE • panuje podczas intensywnego wysiłku fizycznego gdzie ilość NADH wytwarzanego podczas glikolizy przekracza możliwości łańcucha oddechowego pod względem utleniania NADH z powrotem do NAD • w tym wypadku pirogronian syntetyzowany w mięśniu szkieletowym podczas glikolizy zostaje przekształcony w mleczan przez degrogenaze mleczanowa w reakcji generującej NAD. , dzięki czemu glikoliza w dalszym ciągu wytwarza ATP • jednak mleczan jest metabolitem uwięzionym w ślepej uliczce, ponieważ metabolizowany może być dalej tylko z powrotem w pirogronian 2 , 6 6 6 2 , 3 2 , 3 mutaza bisfosfoglicerynianowa * t T • mleczan dyfunduje z mięśni do krwi, skąd przechodzi do wątroby • w wątrobie przedostaje się do komórek gdzie z udziałem dehydrogenazy mleczanowej zostaje przekształcony z powrotem w pirogronian • następnie pirogronian w procesie glukoneogenezy ulega przekształceniu w glukozę • glukoza zostaje uwolniona znów do krwioobiegu, skąd może być pobierana przez mięsień szkieletowy i mózg, cykl tych reakcji nazywa się cyklem Corich • redukcja do mleczanu jest główną przemianą pirogronianu w tkankach słabo unaczynionych np. w soczewce, rogówce oka i rdzeniu nerki a także w erytrocytach nieposiadających mitochondriów GLUKOZA PIROGRONIAN MLECZAN GLIKOLIZA MLECZAN GLUKOZA PIROGRONIAN MLECZAN GLUKONEOGENAZA GLUKOZA KREW dehydrogenaza mleczanowa dehydrogenaza mleczanowa pirogronian. NAD. CoA. acetylo-CoA. CO. NADH • pirogronian jest przekształcany w macierzy mitochondrialnej do acetylo-CoA, w procesie oksydacyjnej dekarboksylacji czyli reakcji pomostowej • reakcja katalizowana jest przez wieloenzymatyczny kompleks- dehydrogenaza pirogronianowa • w skład tego kompleksu wchodzi : -dehydrogenaza pirogranionowa- E1, koenzym (kofaktor)- pirofosforan tiaminy (TPP) -transacetylaza dihydrolipoilowa- E2, koenzym- liponian -dehydrogenaza dihydrolipoilowa-E3, koenzym- dinukleotyd flawinoadeninowy w formie utlenionej (FAD), który przekazuje wodory pobrane z liponianu na utleniony dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD. ) ETAP PIERWSZY • pirogronian przyłącza się do pirofosforanu tiaminy TPP z równoczesną dekarboksylacją (odłączeniem dwutlenku węgla) ETAP DRUGI • grupa hydroksyetylowa, przyłączona do TPP, jest utleniana do grupy acetylowej i przeniesiona na lipoamid 1 ↑ GATP 2 ~ NADH + H 2ATP NAD + 2 2 ADH + H + NAD+ ~ 2 2 reakje & + A + ⑧ ATP acetylo-Coa - DH 19110 Cha przez : Add , Con 1 . S + ↑ & ③ · ETAP TRZECI • następuje przeniesienie grupy acetylowej z acetyloamidu i utworzenie acetylo-CoA i zredukowany liponian ETAP CZWARTY • acetylo-CoA utlenia się w cyklu kwasu cytrynowego (kresba) do CO. i H. O • liponian ulega utlenieniu przy udziale dehydrogenazy dihydrolipoilowej, która przekazuje atomu wodoru pobrane z liponianu na FAD • zredukowany FAD (FADH. ) przekazuje atom wodoru i elektron na NAD • powstaje NADH. ,który utlenia się dalej w łańcuchu oddechowym • acetylo-CoA zostaje utleniony do CO. w szeregu reakcji cyklu kwasu cytrynowego (cykl kwasów trikarboksylowych lub cykl Krebsa) • cykl ten stanowi główne źródło energii wykorzystywanej do syntezy ATP a także powstają w nim prekursory dla wielu różnych szlaków biosyntez ZNACZENIE CYKLU KREBSA • utlenianie pirogronianu do CO2 i H2O z jednoczesnym uzyskiwaniem energii • uczestniczy w glukoneogenezie, transaminacjach, deaminacjach i syntezie kwasów tłuszczowych • intermediaty cyklu kwasu cytrynowego dostarczają prekursorów do wielu szlaków biosyntez: -synteza aminokwasów następuje po transaminacji α-ketoglutaranu -synteza nukleotydów purynowych i pirymidynowych z α-ketoglutaranu i szczawiooctanu -szczawiooctan może być przekształcany w glukozę w procesie glukoneogenezy -bursztynylo-CoA jest najważniejszym intermediatem w syntezie pierścienia porfirynowego grup hemowych -cytrynian przenosi grupy acylowe, potrzebne do syntezy kwasów tłuszczowych, z mitochondriów do cytozolu -tworzenie fumaranu łączy cykl mocznikowy z cyklem Krebsa • w cyklu Krebsa powstają zredukowane formy dehydrogenaz katalizujących poszczególne reakcje składowe tego cyklu, a koenzymy tych dehydrogenaz NAD i FAD ulegają redukcji do NADH i FADH2 • z powstających w cyklu Krebsa NADH i FADH2 atomy wodoru przekazywane są do łańcucha oddechowego, gdzie wchodzące w ich skład elektrony służą do redukcji tlenu • cykl Krebsa nie może funkcjonować w warunkach beztlenowych • cykl Krebsa jest przemianą pozwalającą na doprowadzenie procesu utleniania związków organicznych do CO2 22 + 2 + E a * * ② & OKSYDACYJNA DEKARBOKSYLACJA. KETOGLUTARANU • reakcja nieodwracalna • proces katalizuje kompleks dehydrogenazy alfa-ketoglutaranowej • kompleks składa się z: -dehydrogenazy/dekarboksylazy alfa-ketoglutaranowej -bursztynylotransferazy -dehydrogenazy dihydroliponianowej • reakcja wymaga następujących kofaktorów: -pirofosforan tiaminy TPP: aktywna postać witaminy z grupy B, na który przeniesieniu ulega substrat by odłączyć CO -liponamid: amid kwasu liponowego, przenosi z TPP zdekarboksylowaną resztę pochodzącą od ketoglutaranu, redukując się -koenzym A: odbiera tę resztę liponamidowi w wyniku czego powstaje bursztynylo-CoA, zwany także sukcynylo-CoA -dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD): utlenia zredukowany liponamid, przekształcając się w FADH -dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NAD. ): utlenia się z kolei zredukowany FADH. ,przechodząc w NADH • substraty: NAD. CoA-SH • produkty: NADH. CO ketoglutaran sukcynylo S-CoA FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA/ROZPAD SUKCYNYLO-S- CoA • bursztynylo-CoA- zawiera wiązania wysokoenergetyczne i zostaje wykorzystany do przeprowadzenia fosforylacji substratowej przy użyciu fosforanu nieorganicznego • reakcje katalizuje syntetaza sukcynylo-CoA (tiokinaza bursztynianowa), która rozrywa wysokoenergetyczne wiązania tioestrowe • reakcja ta powiązana jest z fosforylacja guanozynodifosforanu (GDP) do guanozynotrifosforanu (GTP) • tworzenie GTP jest przykładem fosforylacji substratowej • GTP i ATP są energetycznie wymienialne • efektem jest powstawanie trifosforan nukleozydu • w reakcji oprócz trójfosforanu powstają wolne koenzym A i bursztynian • bursztynylo-CoA może być przekształcany do biorącego udział w glukoneogenezie pirogronianu lub wykorzystywany w syntezie hemu sukcynylo-S-CoA syntetaza sukcynylo-S-CoA (tiokinaza bursztynianowa) bursztynian • typ reakcji: hydroliza • produkty: GTP. CoA-SH • substraty: GDP. Pi · L 2 + 2 & # Y 1) + ADH + H COA-SH CO2 2- ~ GTP + ADP GDPATR GDP + P; GTP M - Co1-SH · + ot UTLENIANIE BURSZTYNIANU • typ reakcji: utlenianie • substraty:FAD • produkty:FADH • bursztynian ulega odwodornieniu katalizowanemu przez dehydrogenazę bursztaniową • w wyniku reakcji redukcji ulega FAD i powstaje kwas fumarowy lub fumaran (czterowęglowy) • energia swobodna nie jest wystarczająca do zredukowania NAD dlatego akceptorem atomów wodoru jest FAD • enzym katalizujący ten krok jest osadzony w błonie wewnętrznej mitochondrium, więc może przekazywać swoje elektrony bezpośrednio do łańcucha transportowego elektronów bursztynian dehydrogenaza bursztynianowa fumaran PRZYŁĄCZENIE CZĄSTECZKI WODY • hydratacja fumaranu • woda dodawana jest do czterowęglowej cząsteczki kwasu fumarowego, przekształcając go w kolejną czterowęglową cząsteczkę- kwas jabłkowy • fumaran do którego przekształca się cząsteczka wody zawiera wiązanie podwójne węgiel-węgiel w konfiguracji trans • reakcje te katalizuje fumaraza nazywana także hydratazą fumaranowa fumaran L-jabłczan fumaraza ODTWORZENIE SZCZWIOOCTANU • utlenianie jabłczanu • szczawiooctan jest regenerowany poprzez utlenianie kwasu jabłkowego • L-jabłczan ulega w ostatniej reakcji cyklu utlenieniu z odtworzeniem szczawiooctanu, który może przyłączyć kolejną resztę acetylową • reakcje tą katalizuje dehydrogenaza jabłczanowa • jest to enzym wymagający obecności dinukleotyd nikotynoamidoadeninowego (NAD ), ulegającego redukcji do NADH L-jabłczan dehydrogenaza jabłczanowa szczawiooctan FAD FADH2 - - H20 & E t NADt ↑ NADH + Ht T REAKCJE ANAPLEROTYCZNE REGULACJA CYKLU KREBSA DEHYDROGENAZA PIROGRONIANOWA -E1: hamowana przez: • zwiększenie NADH/NAD • zwiększenie acetylo-CoA • zwiększenie ATP/ADP -E2: hamowana przez: • podwyższone stężenie acetylo-CoA -E3 hamowana przez: NADH DEHYDROGENAZA IZOCYTRYNIANOWA • stymulowana allosterycznie przez ADP • wzrasta pod wpływem NAD i jonów Mg • wzrost poziomu NADH i ATP hamuje DEHYDROGENAZA ALFA-KETOGLUTARANOWA hamowana przez: • wzrost stężenia bursztynylo-CoA i NADH • wysokie stężenie ATP DEHYDROGENAZA JABŁCZANOWA • stymulowana przez wysokie stężenie jabłczanu • hamowana przez podwyższone stężenie szczawiooctanu • regulowany również allosterycznie przez cytrynian, hamuje on utlenianie jablczanu przy niskich stężeniach NAD i jabłczanu oraz stymuluje wytwarzanie szczawiooctanu przy wysokich stężeniach NAD i jabłczanu SYNTAZA CYTRYNIANOWA • hamowana allosterycznie przez ATP BILANS ELEKTRYCZNY ↳ t I · t 2 + t utlenianie 1 ADH 3ATP 3 ADH gATP =ADH2 < ZATP ⑮ GTP -> ATP SUBSTRATY ZUŻYWANE W GLUKONEOGENEZIE GLICEROL • pochodzący z hydrolizy triacylogliceroli w tkance tłuszczowej • przenika do krwi i jest transportowany do wątroby • tam jest fosforylowany do glicerolo-3-fosforanu a ten do fosfodihydroksyacetonu, który jest wspólnym metabolitem dla glikolizy i glukoneogenezy MLECZAN • produkt glikolizy beztlenowej, funkcjonującej głównie w krwinkach i mięśniach • mleczan przenika do krwi i wędruje do wątroby i nerek gdzie utlenia się do pirogronianu • pirogronian staje się substratem w procesie glukoneogenezy i przetwarza się w glukozę, która przenika do krwi • cześć glukozy wnika ponownie do mięśni i krwinek gdzie przekształca się na powrót do mleczanu- cykl kwasu mlekowego ALFA-KETOKWASY • szczawiooctan i pirogronian włączają się do glukoneogenezy • alfa-ketoglutaran włącza się do cyklu kwasów trikarboksylowych gdzie jest przekształcany do szczawiooctanu REGULACJA GLUKAGON ADRENALINA ⑮ frukto20-1 , 6-bis-P acetylo-S-Cot fruktozo - 1 ,6- fruktozo-2, 6-bis-p hanvia glukoneogeneze Karboksylaza bis-fosfataza OE AMP i Kierrig fruktozo - 1 , 6- ⑦ pirogronianowa fruktozo - 1 ,6-bis-P 3 bis-p do glikolizy V Szczawiooctan firktozo-6-P • jest to proces syntezy glikogenu z cząsteczki alfa-D-glukozy • zachodzi głównie w wątrobie i mięśniach • gromadzi glukozę w postaci glikogenu w celu jej wykorzystania jako paliwa energetycznego lub podczas wysiłku fizycznego (na potrzeby pracujących mięśni) • proces ten nie jest odwróceniem glikogenolizy • zachodzi w cytozolu • wymaga ATP niezbędnego do fosforylacji glukozy i w postaci UTP potrzebnego do wytwarzania UDP-glukozy FOSFORYLACJA GLUKOZY glukoza heksokinaza glukozo- -fosforan glukozo- -fosforan fosfoglukomutaza SYNTEZA UDP-GLUKOZY glukozo- -fosforan UTP pirofosforylaza UDP-glukozy UDP-glukoza • reszta fosforanowa glukozo- -fosforanu wytwarza wiązanie bezwodnikowe z resztą fosforanową UMP, powstaje UDP-glukoza • pirofosforan- PPi jest hydrolizowany do dwóch cząsteczek nieorganicznego fosforanu Pi przez pirofosfataze SYNTEZA STARTERA • syntaza glikogenowa nie syntetyzuje łańcucha glikolowego a go wydłuża • potrzebny jest do tego fragment łańcucha glikogenowego-pełni funkcje startera • w przypadku braku startera jest on syntetyzowany de novo, synteza ta zachodzi z udziałem glikogeniny WYDŁUŻANIE ŁAŃCUCHA GLIKOGENU UDP-glukozy starter n Glc syntaza glikogenowa • polega na przenoszeniu reszt glukozy z UDP-glukozy na nieredukujący koniec rosnącego łańcucha i wytwarzaniu coraz to nowych wiązań glikozydowych alfa- (n. ) Glc UDP UDP. ATP. UTP. ADP 1zomeryzacia ATP ADP G 36; M I & & O· Miedzy 21 aktywnei glukozy-UDP a4 reszty glukozowei glikogent AMP powstaje zATP UNanii) UDR przy voziale cyklazy adenylanowei ROZGAŁĘZIENIE ŁAŃCUCHA GLIKOGENOWEGO • produktem elongacji katalizowanej przez syntezę glikogenową jest liniowy, nierozgałęziony łańcuch glikogenowy, złożony z reszt glukozy połączonych wiązaniami • posiada tylko jeden koniec nieredukujący • rozgałęzienia łańcucha glikogenowego powstają pod działaniem. transglukokozydazy • enzym ten odłącza fragment łańcucha prostego od strony końca redukującego rozkładając wiązanie • wiąże go z końcem redukującym i powstaje wiązanie • pojawia się nowy koniec nieredukujący, który może być dalej wydłużany przez syntezę glikogenową łańcuch prosty łańcuch rozgałęziony • rozkład glikogenu w wątrobie i mięśniach • nie jest odwróceniem jego syntezy • jest katalizowany przez inne enzymy • dominującym mechanizmem jest fosforoliza wiążąc alfa- • mechanizmem wspomagającym jest hydrolityczny rozkład wiązań glikogen glukozo- -fosforan glukoza 2 - 1 , 4 a ,4 - 1 , 6- ↓ -1 ,6-glikozydowe ↓ 1 , 4 V ·dazy 14 2-1 ,6 Pi H2O Landi iswit fordiza is- pos POWSTAWANIE I EMIPERYZACJA UDP-GALAKTOZY • galaktozo- -fosforan nie może być włączony do glikolizy • musi przekształcić się w glukozo- -fosforan • proces ten przebiega poprzez UDP-galaktozę galaktozo- -fosforan UDP-glukoza urydylotransferaza heksozo- -fosforanowa UDP-galaktoza glukozo- -fosforan -epimeraza UDP-heksozowa UDP-glukoza glukozo- -fosforan fosfoglukomutaza glukozo- -fosforan glukozo- -fosfotaza glukoza EPIMERYZACJA glikoliza • ciąg reakcji podczas których glukozo- -fosforan jest utleniany do rybulozo- -fosforanu i wytwarzany jest NADPH • cel: dostarczenie komórce NADPH niezbędnego do przeprowadzenia reakcji redukcji w cytoplazmie i synteza pentoz • zachodzi w cytozolu glukozo-6-fosforan. 2NADP. H. O. ryboza-5-fosforan. NADPH. H. CO FAZA OKSYDACYJNA glukozo- -fosforan dehydrogenaza glukozo- -fosforanowa -fosfoglukonolakton -fosfoglukonolaktonaza -fosfoglukonian dehydrogenaza -fosfoglukonianowa rybulozo- -fosforan hydroliza 6 ODWRACALNAO H20 6 + Pi 6 6 5 ·Atroba , gruczot mekowy , · tanka +uszczowa · Kord Doniej zuzywany do syntezy nadnerczy knason Huszczowych i steroido · erytrocyty. · jadro A + D = + 2 ⑮ +2+ 2 t 2 NADD + NADPH + Ht H20 Ht 1 7 6 G 6 6 6 NADD + NADPH + H + T 5 + CO2 FAZA NIEOKSYDACYJNA • ta faza łączy fazę oksydacyjna z glikolizę, glukoneogeneza lub syntezę nukleotydów • reakcje zachodzą w różnych kierunkach • jesli zapotrzebowanie w komórce na NADPH jest większe niż na rybozo-5-fosforan, zostaje on przekształcony we fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy, które są metabolitami glikolizy, zgodnie z przedstawionymi reakcjami • jeśli natomiast zapotrzebowanie na rybozo-5-fosforan jest znacznie większe niż na NADPH, transketolaza i transaldolaza przekształcają fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3- fosfoglicerynowy, pobrane z glikolizy, w rybozo-5-fosforan. • kwasu uronowe są produktami powstającymi w wyniku utlenienia grupy alkoholowej przy węglu sześć heksoz • grupa CH OH zostaje utleniona do COOH • z glukozy powstaje kwas glukuronowy • a z mannozy kwas mannuronowy • izomeryzacja kwasu glukuronowego prowadzi do powstania kwasu galakturonowego lub induronowego • kwas glukuronowy powstaje w wyniku utlenienia UDP-glukozy do kwasu UDP-glukuronowego w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę UDP-glukozy, emiperyzacja kwasu UDP- glukuronowego przechodzi w kwas UDP-galakturonowy KWASY URONOWE => = t ⑯i ⑮ M 2 KWAS ASKORBINOWY • kwas glukuronowy przekształca się w kwas askorbinowy • jego redukcja prowadzi do powstania kwasu glukonowego a ten poprzez odwodornienie i dehydratację przekształca się w kwas askorbinowy • jest silnym reduktorem GLIKOZYDY • grupa organicznych związków zbudowanych z części cukrowej i aglikonowej • wiązanie pomiędzy cukrem a aglikonem nazywa się wiązaniem glikozydowym • mają znaczenie farmakologiczne PROTEOGLIKANY • wielkocząsteczkowe składniki substancji pozakomórkowej złożone z rdzenia białkowego połączonego kowalencyjnie z łańcuchami glikozaminoglikanów GLIKOZAMINOGLIKANY • grupa związków chemicznych-polisacharydy, które są zbudowane z powtarzających się jednostek dwucukrowych z których jedna reszta to zawsze aminocukier a druga to kwas uronowy • w połączenie z białkami tworzą proteoglikany • heparyna, kwas hialuronowy, siarczan chondroityny CZÓŁENKO JABŁCZANOWO-ASPARAGINIANOWE • stanowi mechanizm do transportowania cząsteczki w komórkach eukariotycznych przez wewnętrzną błonę mitochondrialną w celu przeniesienia NADH. H z glikolizy wytworzonego w cytozolu do macierzy mitochondrialnej po regeneracji NAD w cytozolu CZÓŁENKO GLICERYNO- -FOSFORANOWE • jest to mechanizm wymiany cząsteczek w komórkach eukariotycznych • co pozwala na zawracanie NAD do NADH H wynikające z glikolizy wytworzonego w cytozolu przez przeniesienie elektronów o wysokim potencjale mitochondriów przez wewnętrzną błoną mitochondrialną do przyłączania się do oddychania komórkowego przez ubichinon TRAWIENIE • obejmuje trawienie poli, oligo i disacharydów oraz wchłanianie monosacharydów • przemiany włączające monosacharydy w cykl przemian glukozy, po czym jej wykorzystanie do celów energetycznych lub metabolicznych • główne polisacharydy pokarmowe to skrobia złożona z amylozy i amylopektyny i glikogen pochodzenia zwierzęcego, dwucukry (laktoza, sacharoza), cukry proste (glukoza, fruktoza, galaktoza) • z przewodu pokarmowego wchłaniane są tylko cukry proste • trawienie skrobi rozpoczyna się w jamie ustnej pod wpływem amylazy ślinowej hydrolizującej niektóre wiązania α-1,4-glikozydowe, co prowadzi do utworzenia dekstryn • wiązania β-1,4-glikozydowe celulozy nie są trawione • w żołądku nie zachodzi dalsze trawienie skrobi - amylaza ślinowa traci swoją aktywność w środowisku kwaśnym n + + 3 + ①D ③U CA • jest istotny, biomarkerem raka trzustki zatwierdzonym przez FDA do monitorowania choroby • odpowiada on antygenowi sLea obecnemu na różnych glikoproteinach między innymi mucynach • antygen CA. - jest wykrywany głównie w raku trzustki, dróg żółciowych, jelita grubego i żołądka • może też występować u pacjentów z rakiem piersi, płuc, a także w innych niezłośliwych chorobach • po operacji guza jego stężenie w surowicy spada natomiast w przypadku nawrotu choroby wzrasta CEA • antygen onkoplodowy jest glikoproteiną charakterystyczną dla rozwoju płodu • stężenie spada dramatycznie przed urodzeniem • u dorosłych w surowicy wynosi • jest dobrze znanym markerem do oceny stopnia zaawansowania i monitorowania nawrotów raka jelita grubego • wykazuje jednak niską specyficzność, ponieważ jego stężenie rośnie również w innych nowotworach w tym raku trzustki i żołądka • pomocnym narzędziem w diagnozie i ocenie stopnia zaawansowania raka jelita grubego może być zmieniony wzór glikolizacji CEA • wykazano podwyższą ekspresje antygenów Lex, Ley, antygenu T i struktur wielomannozowych na glikoproteinie CEA pacjentów z rakiem jelita grubego w porównaniu do osób zdrowych PSA • swoisty antygen sterczowy PSA jest glikoproteina wydzielana przez nabłonek prostaty i gruczoły okołocewkowe • PSA można wykryć w surowicy zdrowych mężczyzn w stężeniu. do. lat, który wzrasta stopniowo wraz z wiekiem do. lat • stężenie PSA w stanach patologicznych prostaty jest zwiększone i glikoproteina ta wykorzystywana jest jako marker w badaniach przesiewowych raka prostaty (stężenie powyżej • ograniczeniem tego markera jest jednak niską specyficzność i brak wartości prognostycznej • badania przesiewowe PSA w kierunku raka prostaty mogą prowadzić do nadrozpoznawalności i wdrażania niepotrzebnego leczenia • opisano około. glikoform PSA, z których tylko niektóre występowały w agresywnym raku prostaty • kompleksowe, dwuantenowe glikoformy związane z kwasem smakowym są ściśle powiązane z agresywną chorobą • użytecznym markerem diagnostyczny, pozwalającym odróżnić raka prostaty od łagodnego rozrostu gruczołu krokowego może być glikoforma PSA zawierająca ugrupowanie LacdiNAc 9 - 9 · 99 2 ,519/m/ U · 2 , 5ng , m0 6 , 5ngm/ · O ng M · 50 • grupa chorób metabolicznych charakteryzująca się hiperglikemią (podwyższonym stężeniem glukozy we krwi) wynikające z defektu produkcji lub działaniem insuliny wydzielanej przez komórki beta wysp trzustkowych • przewlekła hiperglikemia wiąże się z niewydolnością wielu narządów głównie nerek, oczu, nerwów, serca i naczyń krwionośnych PODZIAŁ CUKRZYCA typ jeden insulinozależną typ dwa insulinoniezależna cukrzyca ciężarna inne typy rzadko cecha patogeneza czas otyłość skłonność do kwasicy ketonowej terapia rozwój miażdżycy typ jeden typ dwa u dzieci powyżej insulina, dieta dieta, leki brak insuliny TYP PIERWSZY • insulinozalezny • proces autoimmunologiczny • niszczy komórki wysp trzustkowych produkujące insulinę co powoduje pierwotny brak insuliny we krwi • dotyczy głównie dzieci i osób młodych • leczenie wymaga stałego podawania insuliny TYP DRUGI • insulinoniezalezny • najczęściej • u chorych jest zaburzone wydzielanie i działanie insuliny • chorzy są mało wrażliwi na działanie insuliny- insulinooporności: zaburzenie homeostazy glukozy polegającej na zmniejszeniu wrażliwości tkanek tłuszczowych mięśni, wątroby itp na działanie insuliny • może być uwarunkowany genetycznie lecz decedycujaca rolę pełnią czynniki środowiskowe (otyłość, mała aktywność fizyczna) insulinooporność I 30 roku • peptyd C- część proinsuliny utrzymuje się na stałym poziomie do czasu, po pewnym czasie wydzielanie insuliny spada więc poziom peptydu C też spada, powoduje to zwiększenie wydzielania wolnych kwasów tłuszczowych a to powoduje zahamowanie glikolizy, a to wzmożona glukoneogeneze w wątrobie, diagnostyka typu jeden CUKRZYCA CIĘŻARNYCH • przejściowe zaburzenie- podwyższone stężenie glukozy • pojawia się u zdrowych kobiet • pojawienie się w trakcie ciąży i ustępujące • mimo to jest to zagrożenie dla kobiety jak i dla płodu • dodatkowo u. kobiet po późniejszych latach rozwija się cukrzyca typu dwa • najczęściej przejawia się w trzecim trymestrze gdy najsilniej działają hormony laktegen i hormon wzrostu zagrozenie dla kobiet: • zagrożenie przedwczesnym porodem • zwieszone prawdopodobieństwo cięcia cesarskiego zagrozenie dla płodu: • makrosomia płodu- glukoza i aminokwasy przenikają przez barierę łożyskową co powoduje przerost wysp trzustkowych u płodu co powoduje zwiększenie wydzielania insuliny • skutkiem jest nadmierne wykorzystanie substratów do budowy tkanek i duża masa urodzeniowa • nadmierne wydzielanie moczu co powoduje wielowodzie, które może prowadzić do obumarcia płodu • wady cewy nerwowej, serca lub innych wad CUKRZYCA WTÓRNA • czyli o znanej przyczynie • powodowane przez współistniejące już choroby (choroby układu hormonalnego, choroby części zewnątrzwydzielniczej trzustki, schorzenia wątroby) PRAWIDŁOWE POZIOMY • na czczo: • w. minucie testu doustnego obciążenia glukozy poniżej cukrzyca gdy: • poziom glukozy: • nie na czczo równe lub wyższe • w. min test równy lub wyższy POWIKŁANIA CUKRZYCY ostre powikłania: • na skutek hiperglikemii, odwodnienia, ketonemii i kwasicy mleczanowej • może dojść do reketonowej śpiączki hiperosmolarnej lub kwasicy metabolicznej późne powikłania: • wynikają głównie z uszkodzenie funkcji śródbłonka naczyń dających w konsekwencji makroangopatie (rozwój miażdżycy i nadciśnienia) z powikladaninia neurologicznymi (neuropatia cukrzycowa) jak i zatorowo-zakrzepowymi · 30-50 % 0-99 mg/dl /3 ,9-5, 5 mmor 20 40mg/dl 17 , 8mmo/1) 00-126 mg/dl 200mg/dl · 120 200mg/dl (11 , 1 mmo/1) Wrodzona nietolerancja fruktozy * To choroba uwarunkowana genetycznie dziedziczenie autosomalne recesywne. * Jej przyczyną jest niedobór lub brak aldolazy fruktozo-1-fosforanowej biorącej udział w metabolizmie fruktozy w wątrobie. * Uniemożliwia przekształcenie fruktozo-1-P do fosfodihydroksyacetonu i aldehydu glicerynowego. * Wtkankach gromadzi się nadmiar fruktozo-1-P, co prowadzi do niewydolności wątroby oraz nerek. * Fruktozo-1-P hamuje aktywność fosforylazy glikogenowej w wątrobie, co uniemożliwia uwalnianie glukozy z glikogenu prowadząc w efekcie do hipoglikemii. * Choroba ta ujawnia się w okresie niemowlęcym, jej przejawem jest skłonność do wymiotów po spożyciu fruktozy. * Objawy kliniczne to powiększenie wątroby, uszkodzenie nerek-białkomocz i aminoacyduria, zahamowanie wzrostu, żółtaczka. Leczenie poprzez eliminacje fruktozy z diety. Samoistna pentozuria * Zaburzenie przemiany heksoz. * Bezpośrednią przyczyną jest nieprawidłowa przemiana kwasu glukuronowego. * W warunkach prawidłowych jest on metabolizowany do L-ksylulozy, 1. która włącza się do cyklu pentozowego, 2. lub może ulegać redukcji do ksylitolu pod wpływem działania dehydrogenzy ksyntolowei. * Jej wrodzony niedobór uniemożliwia powstanie ksylitolu. * Duże ilości ksylulozy przechodzą do moczu, przebiega to bezobjawowo i nie wymaga leczenia Niedobór disacharydaz * Jest to defekt enzymatyczny procesu trawienia jelitowego. * Polega na braku lub niedoborze jednej lub kilku disacharydaz. + _ Może być wrodzony lub nabyty (jako następstwo uszkodzenia błony śluzowej jelit). * |ch brak lub niedobór upośledza proces trawienia disacharydów i uniemożliwia wchłanianie monosacharydów. * Wzrasta zawartość cukrów w treści jelitowej, co prowadzi do jej hiperosmotyczności. *_ Następuje przemieszczanie wody do światła jelit. Wzrasta objętość treści jelitowej, co prowadzi przede wszystkim do biegunek. *_ Defekty te we wrodzonym niedoborze ujawniają się w wieku niemowlęcym. *_ Objawy kliniczne to wzdęcia biegunki, kolki jelitowe po spożyciu dwucukrów, objawy niedożywienia i zahamowania wzrostu. * W nabytym niedoborze objawy występują w wieku dojrzałym i są następstwem uszkodzenia nabłonka jelit po chorobach. *_ Leczenie to ograniczenie podaży laktozy i sacharozy. Choroby spichrzania glikogenu * Glikogen jest wielocukrem, który w komórkach zwierzęcych stanowi materiał zapasowy i jest gromadzony w wątrobie. + Glikogenozy (choroby spichrzeniowe glikogenu) są powodowane zaburzeniami w enzymach syntezy i degradacji glikogenu. * Choroby można podzielić na dwie duże grupy: związane z zaburzeniami wątroby, objawiające się hipoglikemią oraz związane z zaburzeniami nerwowo-mięśniowymi i ogólnym osłabieniem. * Przebieg choroby może być różny, od zagrażającego życiu we wczesnym dzieciństwie, po łagodny, związany z pojawianiem się nieznacznych objawów w wieku dorosłym. Choroba von Gierkiego * Wtypie I (chorobie von Gierkego) uszkodzeniu ulegają geny G6PC i SLC37A4. * Choroba ujawnia się zazwyczaj w 3-4 miesiącu życia, a do jej pierwszych objawów należy apatia i zmniejszenie apetytu. *_ Spowodowana wrodzonym brakiem glukozo-6-fosfatazy. + Wwarunkach prawidłowych glukozo-6-fosforan rozpada się na glukozę i fosforan. *_ Uchorych z brakiem glukozo-6-fosfatazy nie jest to możliwe, więc w wątrobie gromadzi się glukozo-6-fosforan, który może ulegać innym przemianom (rozpad w procesie glikolizy, której produktem jest pirogronian i mleczan lub ulega izomeryzacji do glukoz-1- fosforanu, który znów jest wbudowywany do glikogenu). + Skutki wrodzonego defektu to: wzrost ilości glikogenu w wątrobie i wzrost ilości pirogronianu i mlecznu we krwi. * Glukoza nie może opuścić hepatocyta, więc wątroba nie może dostarczyć tkankom glukozy z glikogenu. Nie jest możliwa przemiana galaktozy w glukozę bo zachodzi ona przez glukozo-6-fosforan. Tkanki muszą zatem czerpać energię z innych źródeł głównie tłuszczy. Wzrasta stężenie lipidów we krwi, wzrasta stężenie związków ketonowych, a stężenie glukozy we krwi jest bardzo niskie. Pojawia się kwasica jako wynik zwiększenia ilości we krwi produktów glikolizy i ketogenezy. Ponadto dochodzi do dużego powiększenia wątroby i nerek. Choroba Pompego * Typ II (choroba Pompego) związany jest z mutacjami w genie GAA. * Klasyczny typ choroby objawia się w pierwszych kilku miesiącach życia osłabioną siłą mięśni, hipotonią i zaburzeniami kardiologicznymi. * Typ nieklasyczny zazwyczaj dotyka dzieci ok. 1 r.ż., u których obserwuje się opóźniony rozwój motoryczny i postępujące osłabienie mięśni. + Spowodowana wrodzonym niedoborem a-1,4-glukozydazy. *_ Jest to enzym lizosomalny, uczestniczący w hydrolitycznym, bocznym mechanizmie rozpadu glikogenu. *_ Brak tego enzymu powoduje gromadzenie glikogenu w tkankach. Zwykle kończy się zgonem przed upływem 2 roku życia. * Jeśli defekt ujawni się później to przebieg choroby jest łagodniejszy, lepsze rokowania, jednak brak jest możliwości leczenia. Choroba Coriego Typ III (choroba Coriego) powodowany jest uszkodzeniami genu AGL. * Dotknięte nim dzieci już w okresie niemowlęcym cierpią na hipoglikemię i hiperlipidemie, a współistniejące uszkodzenia wątroby mogą doprowadzić do spowolnienia wzrostu. Przyczyną tej choroby jest wrodzony brak a-1,6 glikozydazy, enzymu które trawi wiązanie glikozydowe w miejscu rozgałęzień glikogenu. Jego brak powoduje fosforolizę glikogenu. Fosforylaza glikogenowa może odłączać tylko część reszt glukozy, więc w komórkach gromadzi się nadmiar częściowo zdegradowanego glikogenu. * Następstwem ograniczonej możliwości degradacji glikogenu i wykorzystania go jako źródła glukozy jest hipoglikemia. Choroba Andersena * Wtypie IV spowodowanym wrodzonym brakiem enzymu rozgałęziającego: amylo-1,4-1,6-transglukozydazy. * Uniemożliwia to tworzenie rozgałęzień glikogenu na drodze tworzenia wiązań 1,6-glikozydowych. * Zawartość glikogenu w wątrobie prawidłowa, ale jego struktura jest niewłaściwa. + Glikogen zbudowany jest z długich nierozgałęzionych łańcuchów, niczym amyloza. * Jest trudno rozpuszczalny, co powoduje uszkodzenie zawierających go komórek, więc i wątroby, prowadzące do marskości, powiększenia śledziony i zahamowania wzrostu. * Choroba kończy się śmiercią przed 2 rokiem życia. Choroba MacArdle'a * Typ V (choroba McArdle'a) jest powodowany mutacjami genu PYGM * Charakteryzuje się nietolerancją wysiłku, pojawiającą się zazwyczaj we wczesnej młodości. + Spowodowana jest wrodzonym brakiem fosforylazy glikogenowej w mięśniach. * Glikogen mięśniowy nie może być źródłem energii dla mięśni, więc po wysiłku nie dochodzi do wzrostu stężenia mleczanów, a w mięśniach dochodzi do kumulacji glikogenu. * Przy dużym wysiłku komórki mięśniowe mogą się rozpadać, uwalniając do krwi składniki takie jak mioglobina, dehydrogenaza mleczanowa, kinaza keratynowa, aldolaza. * Mioglobina ma małą masę cząsteczkowa, pojawia się w moczu. * Przebieg choroby jest łagodny, często pojawia się w wieku dojrzałym. Objawy to spadek siły mięśniowej, bolesne skurcze po wysiłku. • ma duże znaczenie antyoksydacyjne i chroni układ krążenia przed stresem oksydacyjnym HEMOPEKSYNA • białko produkowane przez wątrobę • tworzy nieaktywne kompleksy z hemem • transportuje hem do wątroby • ma najwyższe powinowactwo do hemu spośród wszystkich białek występujących we krwi RECEPTOR TRANSFERYNY • dzięki temu białkowi większość komórek w procesie endocytozy pobiera żelazo związane z transferyną (Tf) FERRYTYNA • białko magazynujące żelazo FERROPORTYNA • transporter żelaza jonowego FERROPORTYNA • transporter zależą jonowego z komórek do środowiska pozakomórkowego HAPTOGLOBINA • białko ostrej fazy produkowane przez wątrobę • wiąże hemoglobinę • kompleksy haptoglobina-hemoglobina są usuwane po związaniu z receptorów i endocytozie przez fagocyty SYNTEZA HEMU I REAKCJA sukcynylo-CoA glicyna kwas. aminolewulinowy (ALA) -amino- -ketoadypinian syntaza -aminolewulinianowa • reakcja wymaga udziału fosforanu pirydoksalu (PLP) jako koenzymu I i jest to etap ograniczającym szybkość biosyntezy porfiryn • ALAS występuje we wszystkich tkankach w wątrobie, jest hamowana przez heminę, utlenioną formę hemu, pobudzana przez ksenobiotyki • ALAS. wykazuje specyficzność wobec tkanek erytroidalnych, w tkankach erytroidalnych regulowana jest przez żelazo, nie polega regulacji przez hem, mutacje, których skutkiem jest utrata funkcji ALAS. są przyczyną sprzężonej z chromosomem. niedokrwistości syderoblastycznej i przeciążenia organizmu żelazem, nie jest indukowana przez leki, niedobór hemu jest sygnałem pobudzającym jego aktywność II REAKCJA cytoplazma ALA porfobilinogen (PBG) dehydrataza ALA zawiera cynk i jest hamowana przez ołów, zatrucie ołowiem powoduje podwyższenie ALA przy równoczesnym obniżeniu zawartości PBG, upośledzone wytwarzanie hemu staje się przyczyną zmniejszonej syntezy hemoglobiny, co prowadzi do zmniejszonej produkcji erytrocytów- anemia f) zwiazek postedni COA-S 202 & 3 I G Bag cyklu Krebsa Kondensuja ze soba G ALAS ⑫ 2 # Z 2H20 - III REAKCJA cytoplazma PBG syntaza uroporfirynogenowa I, syntaza hydroksymetylobilanu, deamiznaza porfobilinogenowa hydroksymetylobilan jest to łańcuchowy tetrapirol, może ulec samorzutnej cyklizacji do uroporfirynogenu I, w warunkach fizjologicznych powstaje wyłącznie izomer uroporfirynogenu III I. REAKCJA cytoplazma hydroksymetylobilan syntaza uroporfirynogenowa III uroporfirynogen III ulega cyklizacji REAKCJA uroporfirynogen III dekarboksylaza uroporfirynogenu III koproporfirynogen III ulega dekarboksylacji, cztery grupy octanowe ulegają dekarboksylacji, zamieniając się w grupy metylowe cytoplazma REAKCJA koproporfirynogen III protoporfirynogen I oksydaza koproporfirynogenu dekarboksylacja i utlenianie dwóch reszt kwasu propionowego REAKCJA protoporfirynogen I protoporfiryna I oksydaza protoporfirynogenowa utlenia się REAKCJA protoporfiryna I hem ferrochelataza ołów jest inhibitorem ferrochelatazy, dlatego hamuje syntezę hemu, sprzyjając rozwojowi anemii H4 X A 4 CO2 224H GH Fezt PORFIRIE • uwarunkowane wrodzonymi lub nabytymi wadami syntezy hemu • powodują kumulację i zwiększone wydalanie porfiryn lub ich prekursorów • defekty enzymatyczne na wczesnym etapie syntezy są przyczyną bólów brzucha i objawów neuropsychicznych • defekty później występujących enzymów wywołują nadwrażliwość na działanie światła • postać aktywna: u pacjentów występują ataki lub objawy choroby • postać utajona: o nieprawidłowościach świadczą tylko wyniki badań: nadmierne wydalanie porfiryn oraz prekursorów porfiryn z moczem i kałem co daje charakterystyczny objaw pod postacią różowego, czerwonego lub brunatnego moczu, który może ciemnieć dopiero po kilkunastominutowym działaniu światła OBJAWY • ciemnienie skóry, nadwrażliwość skóry na urazy, zmiany skórne • nudności, wymioty, zaparcia, niedowłady kończyn, niewydolność oddechowa • depresja, bezsenność, halucynacje wzrokowe lub słuchowe, impulsywne zachowanie WĄTROBOWE • niedobór dehydratazy ALA: -napadowe bóle brzucha -zaburzenia neuropsychiczne -wzrost stężenia ALA i koproporfiryny III w moczu • porfiria ostra przerywana- syntaza uroporfirynogenowa I -dziedziczona autosomalnie dominująco -PBG i ALA ulegają kumulacji w moczu -mocz ciemnieje pod wpływem światła i powietrza -pacjenci nie wykazują nadwrażliwości na działanie światła -wykazują napadowe bóle brzucha, zaburzenia neuropsychiczne • porfiria skórna późna- dekarboksylaza uroporfirynogenowa -dziedziczona autosomalnie dominująco -uroporfiryna ulega kumulacji w moczu -jest to najbardziej rozpowszechniona postać porfirii -pacjenci wykazują nadwrażliwość na światło -prowadzi do objawów skórnych i zmian barwy moczu od czerwonej do brązowej w świetle naturalnym lub różowej do czerwonej w świetle fluorescencyjnym -choroba zależy od przeciążenia wątroby żelazem, ekspozycji na światło, spożycia alkoholu, terapii estrogenami • koproporfiria wrodzona-oksydaza koproporfirynogenowa III -autosomalnie dominująca -koproporfirynogen III i inne metabolity poprzedzające blok enzymatyczny kumulują się w moczu -pacjenci wykazują nadwrażliwość na działanie światła, napadowe bóle brzucha i zaburzenia neuropsychiczne -wzrost stężenia PBG, ALA i koproporfiryny III w kale ŻÓŁTACZKA ZASTOINOWA (MECHANICZNA) • przyczyna: -blokada odpływu żółci • przykład: -cholestaza wewnątrzwątrobowa -cholestaza zewnątrzwątrobowa ŻÓŁTACZKA W WYNIKU WRODZONYCH LUB NABYTYCH ZABURZEŃ METABOLIZMU BILIRUBINY • przyczyna: -zaburzenia transportu wolnej bilirubiny z krwi do hepatocyta, zmniejszona aktywność UDP- glukoronozylotransferazy : zespół Gliberta -niedobór lub brak UDP-glukoronozylotransferazy: zespół Criglera-Najjara -zaburzenie wydzielania bilirubiny na biegunie żółciowym hepatocyta: zespół Dubin-Johnsona ŻÓŁTACZKA FIZJOLOGICZNA • widoczna po dobie życia noworodków • najwyższe stężenie bilirubiny obserwuje się wówczas w dobie życia, nie przekracza ono jednak • trwa maksymalnie tydzień i jest zjawiskiem całkowicie naturalnym • u wcześniaków maksymalne stężenie bilirubiny nie powinno przekraczać mg dl a żółtaczka może trzymać się do drugiego tygodnia życia • wzrost stężenia bilirubiny całkowitej powinien być mniejszy od. mg dl. h, stężenie bilirubiny sprzężonej nie powinno przekraczać bilirubiny całkowitej • powstała na skutek zwiększonej hemolizy erytrocytów i niedojrzałości wątroby do wychwytu, sprzęgania i wydzielania nadmiaru bilirubiny • bilirubina wolna może przenikać przez barierę krew-mózg, gdy jej stężenie w surowicy przekroczy mg dl, czego następstwem jest kernicterus- żółtaczka jąder podkorowych mózgu ANALIZY LABORATYJNE 3 - 5 3-cmg al 3 an 5 24 200 20-25 NAJCZĘSTSZE CHOROBY WYMAGAJĄCE BADANIE POZIOMU BILIRUBINY • niedokrwistość hemolityczna • WZW • mechaniczna niedrożność dróg żółciowych • alkoholowe zapalenie wątroby • zespół Gliberta- choroba metaboliczna i genetyczna • hemoliza- choroba polegająca na niszczeniu krwinek czerwonych • marskość wątroby • zespół Criglera-Najjara, gdzie brakuje w organizmie enzymu odpowiedzialnego za wydalanie bilirubiny • Zespół Dubina-Jonsona- zaburzenie związane z wydalaniem sprzężonej bilirubiny z hepatocytów OZNACZENIA W MOCZU STOSOWANE W DIAGNOSTYCE PORFIRII • porfobilinogen • koproporfiryna • kwas delta-aminolewulinowy stosowany w ocenie ekspozycji na ołów, w diagnostyce porfirii • w przypadku wyników dodatnich dla poszczególnych związków oznaczenie ilościowe w dobowej zbiórce moczu, precyzyjne oznaczenie odmian porfirii wymaga oznaczenia określonych metabolitów szlaku • puryny i pirymidyny są związkami heterocyklicznymi • zawierają azot PURYNA PIRYMIDYNA • mniejsza cząsteczka pirymidyny- ma dłuższą nazwę, kierunek numeracji jest zgodny ze wskazówkami zegara • większa cząsteczka puryny- krótsza nazwa, kierunek numeracji jest nie zgodny ze wskazówkami zegara • DNA i RNA zawierają te same zasady purynowe: adeninę i guaninę oraz zasadę pirymidynową: cytozynę, różnią się natomiast drugą zasadą pirymidynową: w DNA- tymina, w RNA- uracyl ZASADY PURYNOWE I PIRYMIDYNOWE NUKLEOZYDY • przyłączenie pentozy do zasady azotowej za pośrednictwem wiązania N-glikozydowego zapewnia utworzenie nukleozydu • atomy węgla pentozy są numerowane od. do. NUKLEOTYDY • przyłączenie jednej lub więcej grup fosforanowych do nukleozydu prowadzi do powstania nukleotydy G 7 5 1 2 8 4 g 3 & · 5 SYNTEZA PURYN • w syntezie wszystkich nukleotydów uczestniczy -fosforybozylo- -pirofosforan (PRPP) • do jego powstania potrzebny jest substrat w postaci rybozo- -fosforanu, jego źródłem jest szlak pentozofosforanowy • PRPP powstaje z rybozo- -fosforanu i ATP pod działaniem syntetazy PRPP rybozo- -fosforan -fosforybozylo- -pirofosforan (PRPP) syntaza PRPP • z rybozo- -fosforanu powstaje końcowy produkt- monofosforan inozyny (IMP) • następnie następuje przeniesienie -NH. z grupy amidowej glutaminy w miejsce pirofosforanu uwalnianego z PRPP, reakcje katalizuje aminotransferaza PRPP, powstaje -fosforybozyloamina -fosforybozylo- -pirofosforan (PRPP) -fosforybozyloamina aminotransferaza PRPP • azot grupy aminowej -fosforybozyloaminy przyłącza glicynę, kolejno przyłącza się: grupa formylowa z formylo-THF, ponownie grupa aminowa z glutaminy, dwutlenek węgla, z karboksybiotyny, grupa- NH. z asparaginianu i ponownie grupa formylowa z formylo-THF • następuje zamknięcie pierścienia purynowego, tą drogą powstaje pierwszy nukleotyd purynowy zawierający hipoksantynę czyli inozyno- -monofosforan (. -IMP • w wyniku modyfikacji zawartej w nim hipoksantyny powstają inne nukleotydy purynowe: -AMP i. -GMP dehydrogenaza IMP ksantozynomonofosforan syntetaza GMP guanozynomonofosforan (GMP) adenylobursztynian adenozynomonofosforan (AMP) liaza adenylobursztynianowa syntetaza adenylobursztynianowa fumaran asparaginian • aktywność aminotransferazy PRPP jest hamowana allosterycznie przez IMP, GMP I AMP, co spowalnia syntezę tych nukleotydów • szybkość syntezy PRPP zależy od dostępności rybozo- -fosforanu i od aktywności syntazy PRPP • syntaza PRPP jest hamowana sprzężeniem zwrotnym przez AMP, ADP, GMP i GDP • AMP hamuje przez sprzężenie zwrotne syntezę adenylobursztynianową • GMP hamuje dehydrogenazę IMP • AMP i GMP hamują fosforybozylotransferaze hipoksantynowo-guazynową 5 5 5 ATP AMP 1 5 5 1 5 2 5 Gin Glu 5 5 - PPi 5 2 5- 5 - 5- 5 (NH2zAsp) H20 NAD + NADH + H + 1 S GTP GDP + Pi (NHz 2) gIutamina T g)lutaminian ATP ADP + Dir 5 BIOSYNTEZA PIRYMIDYN • pierścień pirymidowy jest syntetyzowany zanim zostanie przyłączony do rybozo- -fosforanu, pochodzącego z PRPP, źródłami atomów tego pierścienia są glutamina, dwutlenek węgla i asparaginian • synteza karbamoilofosforanu II z glutaminy i dwutlenku węglam katalizowana jest przez syntetazę karbamoilofosforanową II (CPS II), który jest hamowany przez urydynotrifosforan lub aktywowana przez PRPP · ⑭ ⑦ PRPP e ⑦ urydynotrifosfora · -> zamienne substraty: · allopurinol · lek przecinnonotworowy : 5-fluoro-uracy dalei przeksztatany jest to UDPi UTP UTP syntetaza CTP cytydynotrifosforan (CTP) kinaza nukleozydomonofosforanowa kinaza nukleozydodifosforanowa reduktaza rybonukleotydowa deoksytymidynomonofosforan (dTMP) syntaza tymidylanowa KATABOLIZM PIRYMIDYN pseudourydyna jest wydalana w stanie niezmienionym, występuje tylko w tRNA & UMD + ATP UDP + ADP UDP + ATP > UTP + ADP defosforylacia - CDP Wymaga tioredoksyny-Koenzym ↓ D HF ↓- metotraksat hamrie reduktaze dihydrofolianowej THF PUMP < OCMp, ACTP metyleno-THE synteza DNA ~ DHF L ZABURZENIA METABOLIZMU PIRYMIDYN ACYDURIA OROTOWA • towarzyszy zespołowi Reye • uszkodzone mitochondria do zużywania karbamoilofosforanu, więc w cytoplazmie powstaje nadmiar kwasu ort owego • oratoacyduria typu I- deficyt fosforybozylotransferazy oratanowejvi dekarboksylazy oratydylanowej • orotoacyduria typu II- deficyt dekarboksylazy orotydylanowej SYNTEZA ALDOSTERONU pregnenolon dehydrogenaza hydroksysteroidowa izomeraza progesteron deoksykortykosteron hydroksylacja C kortykosteron hydroksylacja C hydroksykortykosteron hydroksylacja C aldosteron utlenienie C REGULACJA ALDOSTERONU • głównymi regulatorami sekrecji aldosteronu są układ reninowo: angiotensyna II działa na nadnercza powodując wzrost aldosteronu • potas: wydzielanie aldosteronu jest wrażliwe na zmiany stężenia potasu w osoczu SYNTEZA KORTYZOLU hydroksypregnenolon dehydrogenaza hydroksysteroidowa izomeraza hydroksyprogesteron deoksykortyzol hydroksylacja C hydroksylacja C utlenienie C kortyzol kortyzon • w osoczu krąży pod postacią wolną i związana z białkiem (alfa-globulina lub z CBG) • sekrecja kortyzolu zależna jest od ACTH obniżenie ciśnienia, utrata wody lub Na pobudzają uwalnianie reniny, enzym ten działa na angiotensynogen, uwalniając angietensyne I, później powstaje angietensyna II, który wiąże się z receptorem w błonach plazmatycznych komórek warstwy klebkowatej kory nadnerczy co powoduje pobudzenie syntezy aldosteronu 33 5 , 4 V 2 8 S 8 33 5 , 4 V 2 8 SYNTEZA ANDROGENÓW dehydroeplandrosteron (DHEA) androstendion dehydrogenaza hydroksysteroidowa izomeraza redukcja w pozycji C testosteron • androgeny wiąże białko- ABP RDZEŃ NADNERCZY • dopamina, noradrenalina, adrenalina syntetyzowane są w komórkach chromochłonnych rdzenia • komórki te zawierają ziarnistości które wydzielają katecholaminy, powstają z komórek grzebienia nerwowego, barwiące się na kolor czerwonobrunatny, skupiska tych komórek znajdują się również w sercu, wątrobie, nerkach i gonadach, zazwojowe neurony współczulne, nie mają dendrytów i aksonów tyrozyna dopa dopamina noradrenalina adrenalina hydroksylaza tyrozynowa dekarboksylaza dopa hydroksylaza dopaminowa PNMT • hydroksylaza tyrozynowa podlega różnym regulacjom, może być hamowana przez same katecholaminy lub przez szereg pochodnych tyrozyny • pobudzenie nerwu trzewnego wywołuje uwalnianie się katecholamin, ostry stres zwiększa syntezę noradrenaliny 33 j 5 , 4 17 V ↑ -L PODWZGÓRZE GONADOLIBERYNA • reguluje uwalnianie LH i FSH • jej wydzielanie jest zależne od stężenia krążących we krwi hormonów gonadalnych docierających do podwzgórza • wytwarzana głównie w polu przedwzrokowym PROLAKTOSTATYNA (DOPAMINA) • w układzie pozapiramidowym: odpowiedzialna za napęd ruchowy, koordynację i napięcie mięśni • w układzie limbicznym: odpowiedzialna za procesy emocjonalne, wyższe czynności psychiczne • w podwzgórze: regulacja wydzielania hormonów, zwłaszczaa prolaktyny • dopamina jest syntetyzowana głównie w neuronach i komórkach rdzenia nadnerczy PROLAKTOLIBERYNA • stymuluje przysadkę do wydzielania prolaktyny KORTYKOLIBERYNA • pobudza przysadkę do wydzielania kortykotropiny • odpowiada za uaktywnianie zachowań lękowych, hamowanie apetyty i aktywności seksualnej MELANOLIBERYNA • pobudza produkcję melanotropiny MELANOSTATYNA • hamuje uwalnianie melanotropiny