ĆWICZENIE 5
Trawienie białek
Żołądek
Sok żołądkowy (kwas solny)
Denaturacja białek
Pepsyna A ( dno żołądka)
Pepsyna B (część odźwiernikowa)
Rozkładają zdenaturowane białko do dużych polipeptydów, hydrolizują wiązania peptydowe
Trzustka
Trypsyna - działa swoiście na wiązania peptydowe utworzone przez aminokwasy zasadowe
Chymotrypsyna - działa swoiście na wiązania peptydowe utworzone przez aminokwasy pozbawione ładunku elektrycznego(np. a. aromatyczne)
Elastaza- działa na wiązania peptydowe utworzone przez małe aminokwasy (glicynę, alaninę, serynę)
Karbosypeptydaza- działa na C-końcowe wiązania peptydowe
Jelito cienkie
Aminopeptydaza - działa na N-końcowe wiązania peptydowe
Dipeptydazy - rozkladają dipeptydy do wolnych aminokwsów
Wchłanianie aminokwasów
-Wchłanianie odbywa się poprzez transport aktywny
- Transportowane są naturalne izomery aminokwasów
- W transporcie uczestniczy witamina B6 (fosforan pirydoksalu)
- Aminokwasy transportowane są przez rąbek szczoteczkowy (miejscewchłaniania: jelitoczcze)
Transport aktywny -rodzaj przenikania związków chemicznych przez
błony komórkowe, który zachodzi z udziałem mechanizmówtransportujących lub substancji przenośnikowych, ze środowiska omniejszym stężeniu do środowiska o stężeniu większym, czyli wbrewgradientowi elektrochemicznemu. Taki transport wymaga dostarczeniaenergii chemicznej
Transport bierny - zgodny z gradientem stężeń
Aminokwasy egzogenne
Aminokwasy egzogenne (nazywane też aminokwasami niezbędnymi -jest to grupa
aminokwasów, które nie mogą być syntetyzowane w organizmie zwierzęcym i muszą być dostarczane w pożywieniu, w przeciwieństwie do aminokwasów endogennych. Żywienie pokarmami ubogimi w aminokwasy niezbędne może doprowadzić do zaburzeń chorobowych. Do aminokwasów niezbędnych dla człowieka zalicza się 10 aminokwasów egzogennych
Aminokwasy niezbędne egzogenne
• Histydyna (His)
• Arginina (Arg)
• Izoleucyna (Ile)
• Leucyna (Leu)
• Lizyna (Lys)
• Metionina (Met)
• Fenyloalanina (Phe)
• Treonina (Thr)
• Tryptofan (Trp)
• Walina (Val)
Aminokwasy endogenne
Aminokwasy endogenne -to aminokwasy, które organizm zwierzęcy może syntetyzować
samodzielnie, w przeciwieństwie do aminokwasów egzogennych, które musi przyjmować systematycznie wraz z pożywieniem.
Aminokwasy nie niezbędne endogenne
• Alanina (Ala)
• Asparagina (Asn)
• Kw. asparaginowy (Asp)
• Cysteina (Cys)
• Glutamina (Gln)
• Kw. glutaminowy (Glu)
• Glicyna (Gly)
• Prolina (Pro)
• Seryna (ser)
• Tyrozyna (Tyr)
aminokwasy nie mogą być magazynowane,
nadmiar aminokwasów jest na bieżąco przerabiany, wykorzystywany na potrzeby energetyczne
grupa aminowa jest odłączana
szkielet węglowy jest przekształcany w acetylokoenzymA (acetylo-CoA) pirogronian lub jeden z intermediatów cyklu Krebsa
Z aminokwasów mogą powstawać kwasy tłuszczowe, ciała ketonowe lub glukoza
Wydalanie jest procesem fizjologicznym polegającym na usuwaniu z organizmu szkodliwych produktów przemian związków azotowych (amoniak,mocznik,kwas moczowy),dwutlenku węgla oraz wody i nadmiaru soli mineralnych i innych związków zbędnych dla organizmu.
Nadmiar azotu może być wydalany przez zwierzęta jednym z trzech sposobów:
W postaci amoniaku (zwierzęta wodne)
W postaci kwasu moczowego (ptaki)
W postaci mocznika - dotyczy ludzi
Wśród aminokwasów wyróżnić można zasadniczo na trzy grupy.
ulegające przekształceniu do acetylo-CoA,
(2) ulegające przekształceniu do pirogronianu
(3) ulegające przekształceniu do któregoś ze związków pośrednich cyklu Krebsa
Aminokwasy metabolizujące się bezpośrednio do acetylo-CoA mogą ulec tylko i wyłącznie spaleniu.
Aminokwasy metabolizujące się do pirogronianu lub związków cyklu Krebsa mogą zamieniać się na glukozę i po wejściu w cykl pentozowy dostarczać wodoru do syntezy kwasów tłuszczowych.
Wydajność energetyczna aminokwasów
Zakładając, że proporcje pomiędzy poszczególnymi aminokwasami są takie, jak to przedstawiono w tabeli, ze 100g białka można uzyskać łącznie 22.5 mola ATP. Jest to wartość porównywalna z węglowodanami, gdzie, ze 100g glukozy uzyskuje się 21 moli ATP.
Zakładając maksymalną sprawność zamiany białka na glukozę. Ze 100g białka uzyskać można 69g glukozy. (Wartość ta zależy od proporcji aminokwasów w danym białku.)
Transaminacja
Pierwszym etapem katabolizmu większości aminokwasów jest transaminacja - przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na a -ketoglutaran. Reakcje transaminacji katalizowane są
przez enzymy AMINOTRANSFERAZY zależne od fosforanu pirodyksylu ( witaminy B6 )
Katabolizm - ogół reakcji chemicznych metabolizmu prowadzący do rozpadu złożonych związków chemicznych na prostsze cząsteczki.
Anabolizm -grupa reakcji chemicznych, w wyniku których z prostych substratów powstają związki złożone, gromadzące energię
Fenyloketonuria
Fenyloketonuria jest chorobą genetyczną spowodowanamutacją genu kodującego enzym_hydroksylaze fenyloalaninową
Chorobę rozpoznaje się u ok. 1 na 15000 dzieci, ale częstość_jej występowania jest różna w różnych populacjach
Mutacja powoduje upośledzenie aktywności enzymatycznejPAH, który katalizuje przekształcanie w organizmieaminokwasu fenyloalaniny w inny aminokwas tyrozynę. We krwidziecka chorego na fenyloketonurię zaczyna gromadzić sięfenyloalanina i produkty jej metabolizmu, przy względnymniedoborze tyrozyny. Przy braku odpowiedniego leczeniadochodzi do uszkodzenia mózgu. Szkodliwe produkty sąszczególnie niebezpieczne dla układu nerwowego podczas jegorozwoju. Dlatego wśród dzieci robi się testy na fenyloketonurie.
Obecnie sądzi się że również dla dorosłych te metabolity sąniezdrowe.
Dziedziczenie fenyloketonurii
Choroba dziedziczy się w sposób autosomalny recesywny -oznacza to, że dziecko musi odziedziczyć wadliwy allel od obojga rodziców, żeby rozwinęła się choroba. Chorobę rozpoznaje się u ok. 1 na 15000 dzieci, ale częstość jej występowania jest różna w różnych populacjach.
Bezwodnikowe wiązania (tworzone między cząsteczkamikwasu fosforowego lub między cząsteczką kwasu fosforowego igrupą karbonylową przez odłączenie cząsteczki wody) mają
duży ujemny potencjał termodynamiczny (dG hydrolizy)
CYKL MOCZNIKOWY
Rozpoczyna się od połączenia wolnych jonów NH4+ i HCO3 w wyniku czego powstaje karbamoilofosforan. Reakcja katalizowana jest przez syntetazę karbamoilofosforanową, jest praktycznie nieodwracalna bo zużyciu ulegają dwie cząsteczki ATP
Grupa karbamoilowa karbamoilofosforanu, ze względu na obecność wiązania bezwodnikowego, charakteryzuje się wysokim potencjałem przenoszenia. W reakcji katalizowanej przez karbamoilotransferazę ornitynową jest ona przenoszona na ornitynę (atom azotu), co prowadzi do powstania cytruliny.
Cytrulina ulega kondensacji z asparaginianem, kosztem energii hydrolizy ATP do AMP i PPi (pirofosforanu), który jest donorem drugiej grupy aminowej włączanej do mocznika. PPi
Liaza argininobursztynianowa rozszczepia cząsteczkę argininobursztynianu do argininy i fumaranu. W ten sposób łańcuch węglowy asparaginianu zostaje zachowany w postaci fumaranu.
Ostatecznie argininę hydrolizuje arginaza, powstaje mocznik i ornityna. Ornityna jest transportowana z powrotem do mitochondrium gdzie rozpoczyna się kolejny cykl. Mocznik powstały w wyniku cyklu mocznikowego jest wydalany. Człowiek w ciągu roku wydala około 10 kg mocznika.
Sumaryczny zapis reakcji cyklu mocznikowego
• CO2 + NH4+ + 3 ATP + asparaginian + 2 H2O.
• .mocznik + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + fumaran
MOCZNIK
Jest to główny końcowy metabolit przemiany białkowej. Stężenie mocznika we krwi jest wypadkową produkcji która zachodzi wyłącznie w wątrobie i nerkowego wydalania,
zwiększa się ona wraz z wiekiem.
ZAKRES WARTOŚCI PRAWIDŁOWYCH
Norma dla mocznika 2,5-6,4 mmol/l lub 15 -39 mg/100ml
WARTOŚCI PODWYŻSZONE
Zwiększenie stężenia mocznika jest prawie zawsze dowodem upośledzonej czynności wydalniczej nerek.
-dieta bogata w białka
-nadmierny katabolizm białek w ustroju (gorączka, posocznica)
-krwawienie do przewodu pokarmowego
-niewydolność nerek
-niewydolność pozanerkowa np. zwężenie moczowodów.
Oznaczanie mocznika metodą ureazową
Surowicę lub krew pełną zadaje się ureazą która rozkłada mocznik na amoniak. Po strąceniu białek wprowadza się odczynnik Nesslera dający z amoniakiem żółte zabarwienie w wyniku tworzenia się jodku amidortęciowego(II)
2K2HgI4 + 3NaOH + NH4OH . O(Hg2)NH2I +4KI +3NaI +3H2O
odczynniki
• preparat ureazy
• 3% roztwór Na2SO4
• 10% roztwór ZnSO4
• 0,5 M roztwór NaOH
• wzorcowy roztwór NH4Cl zawierający 0,01 mg N w 1 ml ( 25 ml roztworu NH4Cl o stężeniu 1,53 mg/ml + 10 ml 1 M H2SO4 dopełnić do 1 l)
odczynnik Neslera
• w kolbie rozpuścić 30 g KI dodać 22g jodu + 30 g metalicznejrtęci.
• Mieszaninę wstrząsać . zdekantować roztwór znad metalicznejrtęci. I uzupełnić wodą do 400 ml.
• Roboczy odczynnik Neslera: do75 ml roztworu macierzystegododać 75 ml wody i 350 ml 10% NaOH. Powstały po kilkudniach osad odwirować. Klarowny roztwór używać dooznaczeń. Przechowywać w ciemnej butelce.
Wykonanie
• Do 3,2 ml 3% Na2SO4 dodać 0,2 ml krwi. Dodać 20 mg ureazy i inkubować 20 min w 37oC.
• Dodać 0,3 ml 10% ZnSO4 0,3 ml 0,5 M NaOH by strącić białka.
• Wstrząsnąć i odwirować.
• Do 2 ml supernatantu dodać 5ml wody i 1 ml odczynnika Nesslera
• W drugiej probówce sporządzić roztwór wzorcowy biorąc 2 lub 5 ml NH4Cl i 5 lub 2 ml wody dodać 1 ml odczynnika Nesslera.
• Oznaczać spektrofotometrycznie przy długości fali 430 nm
Obliczenie
• mg mocznika /100ml=(Ap/Aw) * Cw*(100/0,05)*2,14
• Cw=0,02 mg gdy dano 2 ml NH4Cl lub 0,05mg gdy dano 5 ml wzorca
•1 mg N odpowiada 2,14 mg mocznika.
ĆWICZENIE 6
Glukoza
• Naszym źródłem energii jest pokarm. Energiękumulują wszystkie podstawowe składniki pożywienia-białka, tłuszcze i węglowodany.
• Głównym paliwem organizmu pozostaje tylko jeden z nich - glukoza - cukier pochodzący z przemian niemal szystkich strawnych węglowodanów.
• Po poziomie glukozy organizm rozpoznaje dostatek lub deficyt energetyczny.
• Glukoza jest głównym źródłem energii dlanaszego mózgu. Mózg zawsze potrzebujeglukozy.
Homeostaza glukozy
• Homeostaza glukozy jest wypadkową dopływu glukozy do krwi oraz jej zużycia w komórkach.
• Ważną rolę w utrzymaniu homeostazy glukozy odgrywają procesy metaboliczne w mięśniach szkieletowych i wątrobie.
• Wpływ na przebieg procesów metabolicznych w tkance mięśniowej wywiera wiele czynników, najważniejsze to:
czynniki genetyczne
regulacja hormonalna
stężenie substratów
• Najważniejsze hormony biorące udział w tej regulacji stężenia glukozy to: insulina i glukagon.
Glikoliza
• Glikoliza jest podstawowym procesem wytwarzającym energię w żywym organizmie. Substratem jest glukoza, a produktem jest pirogronian, który w warunkach tlenowych przechodzi poprzez acetylo-CoA do cyklu kwasu cytrynowego, a w warunkach beztlenowych ulega redukcji do mleczanu.
• Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych to 2 mole ATP z jednego mola glukozy, a w warunkach tlenowych sumarycznie 32 mole ATP z jednego mola glukozy ( łącznie z cyklem
Krebsa).
Glukoneogeneza
Glukoneogeneza to enzymatyczny proces tworzenia przez organizm glukozy z metabolitów nie będących węglowodanami, np. aminokwasów, glicerolu czy mleczanu. Głównym substratem jest pirogronian.
Glikogen
• Jest głównym wielocukrem stanowiącym materiał zapasowy w komórkach zwierzęcych. Ma strukturę rozgałęzionych łańcuchów. Rozgałęzienie następuje co 812 reszt glukozy. Glikogen
może być szybko rozkładany do glukozy. Do najbogatszych w ten materiał zapasowy tkanek należą wątroba, mięśnie.
Glikogenoliza
• Glikogenoliza -rozkład glikogenu do glukozo-6-fosforanu (w mięśniach) lub do glukozy (w wątrobie) powodujący uzupełnienie chwilowego niedoboru glukozy w różnych tkankach organizmu m.in. we krwi. Proces pobudzany przez glukagon adrenalinę i hormon wzrostu.
Insulina
• Insulina to hormon peptydowy o działaniu ogólnoustrojowym, odgrywający zasadniczą rolę w metabolizmie węglowodanów oraz białek i tłuszczów.
• Nazwa insulina z łac. insula -wyspa, pochodzi od wysepek Langerhansa trzustki, gdzie insulina jest produkowana.
• Insulina produkowana jest przez komórki ß (komórki B) wysp trzustki.
• Najważniejszym bodźcem do produkcji insuliny jest poposiłkowe zwiększenie stężenia glukozy we krwi.
• Insulina sygnalizuje stan nasycenia substratami energetycznymi i stymuluje ich magazynowanie oraz syntezę białek
• Stymuluje syntezę glikogenu w mięśniach i wątrobie
• Przyspiesza w wątrobie glikolizę co zwiększa syntezę kwasów tłuszczowych.
• Powoduje wnikanie glukozy do mięśni i tkanki tłuszczowej
Glukagon
• to hormon produkowany w trzustce przez komórki alfa o działaniu przeciwstawnym do insuliny, podwyższający poziom glukozy we krwi. Działa głównie na wątrobę
• Stymuluje rozkład glikogenu i glukoneogenezę.Inhibuje syntezę kwasów tłuszczowych , glikolizę
• W czasie wysiłku fizycznego dochodzi do zwiększonego wykorzystywania substratów energetycznych, zwiększa się ich uwalnianie z magazynów tkankowych i udostępnianie do
przemian.
• Głównym substratem energetycznym, szczególnie w pierwszym etapie pracy mięśniowej, jest glukoza krążąca we krwi, pochodząca z glikogenu, oraz syntetyzowana w wątrobie.
• Zapasy glukozy zmagazynowane w formie glikogenu w mięśniach i wątrobie nie są duże i przy dłuższym wysiłku fizycznym ulegają wyczerpaniu.
• Po zakończeniu pracy następuje resynteza glikogenu, która jest stymulowana przez insulinę
• Glikogenu wystarcza na 8-12 godzin bez wysiłku lub ok. 2 godziny intensywnego wysiłku.
Regulacja poziomu glukozy w organizmie
• Regulacja poziomu glukozy we krwi związana jest z pracątrzustki, która wytwarza insulinę i glukagon oraz z pracąwątroby i mięśni
• Insulina pobudza przetwarzanie glukozy w glikogen i ułatwiatransport glukozy z krwi do komórek
• Glukagon pobudzający rozkład glikogenu do glukozy
• Wątroba i mięśnie magazynują nadmiar glukozy w postaciglikogenu. W przypadku niedoboru glukozy zmagazynowany wwątrobie i mięśniach glikogen zostaje rozłożony do glukozy.
• Nadmiar węglowodanów jest przekształcany w organizmieczłowieka w tłuszcze i magazynowany w tkance podskórnej.
Poziom glukozy we krwi
• Tkanką, która zawsze potrzebuje glukozy jestmózg, dlatego zachowanie homeostazy glukozyważne dla prawidłowej pracy organizmu.
• Mózg potrzebuje glukozy (ok. 150 gramów dziennie),a nie ma możliwości jej magazynowania
• We krwi stężenie glukozy wynosi ok. 90mg na 100cm3.W czasie intensywnego wysiłku fizycznego jej stan może spaść nawet do 70mg/100cm3,
• Spadek poziomu glukozy poniżej 60mg jest określany, jako hipoglikemia i staje się niebezpieczny.
• Podwyższony poziom cukru we krwi to hiperglikemia. Objawy obserwuje się przy stężeniu powyżej 200 mg/100cm3 ale stały podwyższony poziom (120mg/100ml) prowadzi do uszkodzeńorganizmu
Hipoglikemia-najważniejsze objawy
• silne uczucie głodu
• osłabienie
• nudności i wymioty
• niepokój
• zlewne poty
Organizm w czasie hipoglikemii stara się dostarczyć do mózgu glukozę który nie gromadzi zapasów glukozy.
Hormonami podnoszącymi stężenie glukozy we krwi są:
• adrenalina
• glukagon
• kortyzol
• hormon wzrostu
Adrenalina i glukagon podnoszą stężenie glukozy we krwi przez 2-4 godziny po hipoglikemii.
Kortyzol i hormon wzrostu zaczynają działać po ok. 3-4 godzinach i efekt podniesienia stężenia glukozy we krwi utrzymuje się od 5 do 12 godzin po hipoglikemii.
Obniżenie stężenia glukozy we krwi powoduje uruchomienie kontr regulacji.
W pierwszej kolejności uwalnia się glukagon, następnie - adrenalina.
Wątroba uwalnia glukozę pochodzącą z glikogenolizy.
Jeśli nadal poziom glukozy będzie za niski to uwalniany jest hormon wzrostu i kortyzol..
Hiperglikemia - zbyt wysoki poziom cukru we krwi.
• najczęściej powodem jest źle kontrolowana cukrzyca
• brak insuliny, insulinooporność
• przejadanie się
• zbyt mała aktywność fizyczna
Hiperglikemia-objawy
• nadmierne pragnienie
• wysychanie w ustach
• częstomocz
• chudnięcie
• nadmierna senność
Oznaczanie glukozy
• Wszystkie badania dotyczące stężenia glukozy wekrwi wykonuje się na czczo.
• Po posiłkach stężenie glukozy wzrasta.
• Krew ma właściwości glikolityczne, wskutek czegozawartość cukru we krwi wyrażnie maleje z czasem.Zapobiegamy dodając fluorek sodu 3mg/ml
• Krew odbiałcza się koloidalną zawiesiną ZnOH. Przesącz gotuje się z roztworem zawierającym Cu(ii) Cu(I) wypada z roztworu w postaci Cu2O. Tlenek miedzi rozpuszcza się w odczynnikuarsenomolibdenowym, dając niebieskie zabarwienie.
Odczynniki
• 1) 0,45% ZnSO4
• 2) 0,1 M NaOH
• 3) Odczynnik miedziowy I. W 600 ml wrzącej wody rozpuścić 200g bezwodnego Na2SO4. Oddzielnie w 100 ml wody rozpuścić 25 g soli Seignetta (winianu sodowopotasowego). Obydwa roztwory zmieszać dodać 20 g wodorowęglanu sodu i 25 g węglanu sodu i dopełnić do 1 l.
• Przesączyć. Przechowywać w 37oC. ( może się wytrącać).
• 4) Odczynnik miedziowy II 15% roztwór CuSO4 *5H2O + 2 krople H2SO4
• 5) mieszaninę roztworów miedziowych (I i II) w stosunku 1: 25 sporządzić bezpośrednio przed użyciem.
• 6) Odczynnik arseno molibdenowy. Rozpuścić 25 g molibdenianu (VI) amonowego w 450 ml wody. Dodać 31 ml stęzonego H2SO4. Rozpuścić 3 g arsenianu(V) sodowego (Na2HAsO4*7H2O) w 25 ml wody. Oba roztwory zmieszać. Inkubować w temp 37oC przez 48 h. Przechwywać w ciemnej butelce.
• 7) Roztwór wzorcowy glukozy o stężeniu 200 mg/100 ml.
Wykonanie
• Przygotować mieszaninę ZnSO4 i 0,1 M NaOH w stosunku 5:1. Do 2,9 ml mieszaniny dodać 0,1 ml krwi z opuszki palca.Próbkę grzać we wrzącej łażni wodnej 5 min.
• Po ostudzeniu przesączyć.
• Do 1 ml przesączu dodać 1 ml odczynnika 5 (miedziowego) igotować na łażni 20 min. Po ostudzeniu dodać 1ml odczynnikaarseno-molibdenowego i wstrząsać aż rozpuści się tlenek
miedzi. Dodać 7 ml wody i oznaczać spektrofotometrycznieprzy długości fali 660 nm.
• Analogicznie postępować ze wzorcem. Pobrać 0,1 ml roztworuwzorcowego z przyrządzonych roztworów w zakresie 10 do 200mg/100ml.
Obliczenia
• W tym zakresie krzywa ma charakter liniowy
• Stężenie wynosi
• •mg glukozy /100ml=(Ap/Aw) * Cw*
• •Cw= stężenie glukozy we wzorcu
Glikoliza
• Sumaryczna reakcja glikolizy przekształcenia glukozy wpirogronian jest następująca:
glukoza + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ ›
• 2 cząsteczki pirogronianu + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O.
• Jeśli zabraknie substratów to reakcja nie będzie zachodziła przy braku tlenu, podczas intensywnego wysiłku, ilość wytwarzanego NADH przekracza zdolnośćłańcuchaoddechowego do utleniania NADH z powrotem do NAD +.
• W warunkach tlenowych pirogronian zostaje przekształcony w acetylo-CoA (dehydrogenaza pirogronianowa)
pirogronian + NAD+ + CoA › acetylo-CoA + CO2 + NADH.
przy braku tlenu, podczas intensywnego wysiłku, ilość wytwarzanego NADH przekracza zdolność łańcucha oddechowego do utleniania NADH z powrotem do NAD +.
• Zadaniem cyklu Krebsa jest utlenić związek o nazwie:acetylokoenzym A (acetylo-CoA) do 2 cząsteczek dwutlenku węgla (CO2), pozyskaną w tym procesie energię ulokować w chemicznych nośnikach energii: GTP, NADH i FADH2.
Sumaryczny wzór cyklu Krebsa to:
acetylo-CoA + GDP + Pi + 3NAD+ + FAD + 2H20 ›
CoA + GTP + 3NADH + 3H+ + FADH2 + 2CO2
Powstają wysokoenergetyczne związki wymagające tlenu
Jeśli zabraknie substratów to reakcja nie będzie zachodziła3NAD+ + FAD
Brak NAD + powoduje że pirogronian syntetyzowany w mięśniach szkieletowych podczas glikolizy zostaje przekształcony w mleczan przez dehydrogenazę mleczanową w reakcji generującej NAD+, dzięki czemu glikoliza w dalszym ciągu wytwarza ATP.
Mleczan dyfunduje z mięśni do krwi, skąd przechodzi do wątroby.
W wątrobie, z udziałem dehydrogenazy mleczanowej zostaje przekształcony z powrotem w pirogronian.
Pirogronian w procesie glukoneogenezy ulega przekształceniu w glukozę; ta trafia do krwiobiegu, skąd może być pobierana przez mięśnie szkieletowe (i mózg).
Porównanie warunków tlenowych i beztlenowych
• W obecności tlenu NADH jest utleniany i powstaje NAD+
• NADH +1/2 O2 .> NAD+ +H2O dG= -220 kJ/mol
• ADP + Pi + H+ ---> ATP + H2O dG= +30,5 kJ/mol
• W warunkach beztlenowych pirogronian przekształcany jest w kwas mlekowy
• Pirogronian + NADH + H+ <-> kwas mlekowy +NAD+
• Powstawanie NAD+ dostarcza substratów dla glikolizy
• Kwas mlekowy (LA)- końcowy produkt glikolizy beztlenowej, uważany jest za jeden z czynników wywołujących zmęczenie mięśni, wielkość jego stężenia daje informację o intensywności (ciężkości) wykonywanego wysiłku, jest wykorzystywany w badaniach sportowych.
Próg mleczanowy
• Próg Mleczanowy zwany, progiem przemian beztlenowych, progiem anaerobowym jest obciążeniem treningowym, po którego przekroczeniu stężenie kwasu mlekowego we krwi
wzrasta
• Po przekroczeniu tego poziomu energia dostarczana jest w wyniku procesów beztlenowych, zmniejszeniu ulega udział wolnych kwasów tłuszczowych w procesie dostarczania energii.
• W czasie wysiłku powstaje mleczan, jako produkt uboczny przemian metabolicznych.
• Stężenie mleczanu we krwi wzrasta wraz z intensywnością wysiłku, gdy powstaje go więcej niż organizm może neutralizować -to ten moment nazywamy progiem mleczanowym.
• Przyjmuje się, że mniej niż 2 mmol/l kwasu mlekowego (milimole na litr) jest typowe dla spoczynku,
• 2 -4 mmol/l to wartość optymalnego treningu,
• 4 -8 mmol/l zakwaszenie mięśni jest już znaczne,
• powyżej 8 mmol/l organizm włącza mechanizmy obronne ATP nie może być dalej resyntezowane, komórki mięśniowe przestają pracować i wysiłek musi zostać przerwany.
• Badanie stężenia mleczanu we krwi, zarówno spoczynkowe jak i wysiłkowe,jest dobrym testem diagnozującym wydolność i zdolność regeneracji człowieka.
• Przyjmuje się, że próg mleczanowy osiągany jest przy wartości tętna 85% HRmax
• Aby testy były ze sobą porównywalne należy je przeprowadzać o podobnych godzinach. Najlepszą porą na przeprowadzenie testu jest poranek. Spowodowane jest to cyklem około
dobowym, podczas którego wiele wskaźników ulega wahaniom. W dniu badań należy ograniczyć picie kawy a na 3 godziny przed testem spożywania posiłków. Jeżeli podczas badań będzie oznaczana morfologia krwi, należy badania prowadzić na czczo
Hrmax (HEART RATE)
• Formuła Sally Edwards - dosyć dokładna metoda obliczania HRmax, bo uwzględnia wagę i płeć.
Mężczyźni HRmax = 210 -1/2 wieku - 1% masy ciała w funtach + 4
Kobiety HRmax = 210 - 1/2 wieku -1% masy ciała w funtach + 0
kiedyś liczono: Hrmax= 220 - wiek, bo błąd tutaj zwykle nie
przekracza 5%
• 220 bo takie tempo bicia serca noworodka
Trening podprogowy
• ćwicząc w tej strefie stopniowo podnosimy LT (lactate threshold -próg mleczanowy), w efekcie przy większej intensywności dłużej zostajemy w strefie tlenowej, co jest dla organizmu bardzo korzystne.
• Częsty trening ponadprogowy (anaerobowy) obniża LT, w konsekwencji wydolność stopniowo spada, czas regeneracji się wydłuża, pojawiają się różne dolegliwości, gdyż stały ,wysoki poziom mleczanu we krwi obniża odporność.
• Próg mleczanowy należy przekraczać w kontrolowany sposób
Strefy HR
• Strefa 0 (do 50% HRmax) - aktywność na tym poziomie niepoprawia zdolności organizmu ze sportowego punktu widzenia
Strefa 1 (50 -60% HRmax) - korzystna dla kondycji i zdrowia.Dla początkujących lub osób po długiej przerwie w ćwiczeniach.Dobra w okresach regeneracji dla osób przetrenowanych. Wstrefie tej zachodzi już wykorzystanie tłuszczu jako źródłaenergii.
Strefa 2 (60 -70% HRmax) -Strefa w której w miarę treningupoprawia się wydolność serca. Komórki mięśniowe zaczynająlepiej wykorzystywać tlen. Tłuszcz jest podstawowym źródłem energii. Dobra strefa dla osób pozbywających się tłuszczu
. Strefa 3 (70 - 80% HRmax) - Najlepsza dla poprawywydajności sercowo-naczyniowej. Znacznie polepsza sięwydolność oddechowa, następuje poprawa transportuutlenionej krwi do komórek mięśniowych i odprowadzania z nichdwutlenku węgla. Poprawia się wydolność i siła organizmu. Organizm spala mniejglukozy niż tłuszczu, poprawia się ogólna siła mięśniowa.
Strefa 4 (80 - 90% HRmax)(85-90%= próg beztlenowy) -w tejstrefie przechodzi się od treningu aerobowego (tlenowego) doanaerobowego (beztlenowego). Organizm nie jest już w stanieefektywnie usuwać kwasu mlekowego z pracujących mięśni.Kwas mlekowy jest produktem rozkładu glikogenu, udziałtłuszczu jako źródła energii staje się znikomy. Jest to strefa dlaosób pragnących poprawić wyniki sportowe. Podczas treninguw tej strefie mięśnie bardzo się męczą. Organizm w tej strefiepoprawia zdolność rozkładu i tolerancji kwasu mlekowegoprzez dłuższy czas.
Strefa 5 (90 - 100% HRmax)(VO2 Max) -W tej strefie można trenować przez krótki czas. Nie należy trenować bez bardzo dobrej kondycji. Kwas mlekowy powstaje bardzo szybko gdyż dług tlenowy jest bardzo wysoki. Następuje poprawa szybkości
Obliczenia oraz opisy stref odnoszą się do ćwiczeń opartych w głównej mierze na pracy dolnej połowy ciała, ze szczególnym naciskiem na marsz i biegi.
Aby wyliczać progi i korzystać ze stref w przypadku ćwiczeń angażujących górną połowę ciała trzeba obniżyć progi średnio o 13 uderzeń serca na minutę.
Dług tlenowy
• dług tlenowy, stan fizjologiczny organizmu lub jego narządu związany z czasowym (zwykle krótkotrwałym) przestawieniem procesów oddychania komórkowego z tlenowego na
beztlenowy); po przywróceniu warunków tlenowych część energii zużywana jest na zmetabolizowanie nagromadzonych produktów oddychania beztlenowego i odbudowanie rezerw substratów oddechowych wykorzystywanych w warunkach beztlenowych
Pułap tlenowy
• Pułap tlenowy (VO2max) -zdolność pochłaniania tlenu przez organizm. Jest to jeden z najpopularniejszych wskaźnikówwydolności fizycznej, szczególnie wydolności tlenowej. Częstociężkość (intensywność) wysiłku określa się w procentachVO2max.
• Za poziom VO2 max niezbędny do podołania codziennym obowiązkom i utrzymania pożądanej jakości życia przyjmuje sięwartość 15-17 ml•kg-1•min-1
• Przeciętnie wynosi około 30 - 40 ml•kg-1•min-1
• Wydolność tlenową ocenia się metodą bezpośrednią, przez pomiar maksymalnej wartości VO2 max (maksymalna wartość poboru tlenu). Pomiar ten wykonuje się w badaniuwytrzymałości na cykloergometrze
Oznaczenie stężenia kwasu mlekowego we krwi+
• Oznaczenie stężenia kwasu mlekowego polega na reakcji kwasu mlekowego z NAD+. Powstający NADH oznaczamy spektrofotometrycznie wykorzystując różnicę w absorpcji światła NADH i NAD+.Absorbancję mierzymy przy długości fali 340 nm stosujemy współczynnik absorbancji 6,22 mmol dla NADH
• Aby reakcja zaszła całkowicie dodajemy hydrazyny, która rozkłada pirogronian, usuwając produkt przesuwamy równowagę reakcji w prawo.
• Dodajemy fluorku sodu by przeciwdziałać glikolitycznej aktywności krwi i wiążącego wapń EDTA by zapobiec krzepnięciu krwi
ĆWICZENIE 7
Energia kwasów tłuszczowych
• Kwasy tłuszczowe są główną formą magazynowania energii organizmu
• Węgiel jest w postaci zredukowanej jako CH2
• Kwasy tłuszczowe są bardzo ściśle upakowane w tkance tłuszczowej, gdyż w odróżnieniu od węglowodanów i białek nie ulegają hydratacji
Rola kwasów tłuszczowych
• Materiał energetyczny (triacyloglicerole)
• Składniki błon (glicerofosfolipidy i sfingolipidy - pochodne aminoalkoholu sfingozyny)
• Uczestniczą w modyfikacji kowalencyjnej białek
• Pochodne kwasów tłuszczowych są hormonami i wtórnymi cząsteczkami sygnalizacyjnymi
Kwasy tłuszczowe -pożywienie
• Zawierają 30-60% energii pobieranej w przeciętnej diecie:Triacyloglicerole, fosfolipidy
• Główne źródła:
produkty mleczne
mięso
Trawienie triacylogliceroli
• Zachodzi w dwunastnicy
• Biorą udział
Sole kwasów żółciowych (emulgacja)
Lipazy trzustkowe
Lipazy jelitowe
• Triacyloglicerol --------> Glicerol + Kwasy Tłuszczowe
b .-oksydacja kwasów tłuszczowych
• Aktywacja kwasu tłuszczowego poprzez estryfikację z CoASH
• Transport acylo-CoA przez błonę mitochondrium
• Reakcje procesu ß-oksydacji
• Odwodornienie
• Hydratacja
• Odwodornienie
• Tiolityczne rozerwanie wiązania z udziałem drugiej cząsteczki
Transport kwasów tłuszczowych
• Kwasy tłuszczowe o długich łańcuchach nie mogą wnikać do mitochondriów w sposób bierny, są transportowane aktywnie z użyciem karnityny
• Grupa acylowa przenoszona jest z atomu siarki CoA na grupę OH karnityny i w tej postaci dostaje się do mitochondriów
• Po wejściu do mitochondrium następuje przeniesienie grupy acylowej na siarkę CoA
• Karnityna wraca do cytozolu
Suplementacja karnityną
• Stosowano suplementację karnityną ale bez rezultatów, sądoniesienia o jej skuteczności oraz o braku skuteczności
• Proces wieloetapowy zawsze jest hamowany (ograniczanajest jego szybkość) po przez szybkość najwolniejszego etapu.
• Jeśli mamy niedobór karnityny (patologie, wegetarianie) suplementacja karnityną poprawi szybkość transportu WKTdo mitochondriów.
• W normalnych warunkach nic się nie zmieni bo szybkość uzyskiwania energii limituje limituje szybkość rozkładu WKT
• karnityna u ludzi jest dostarczana z pożywieniem i syntetyzowana. Głównym źródłem karnityny w żywności są mięso i przetwory mleczne.
• Pokarmy pochodzenia roślinnego zawierają śladowe ilości karnityny.
• Dzienne zapotrzebowanie zdrowej, dorosłej osoby na karnitynę wynosi średnio 15 mg. Synteza wynosi 11- 34 mg karnityny dziennie, a z dietą dostarczane jest codziennie średnio 20-200 mg. U wegetarian ilość karnityny w pożywieniu jest dużo mniejsza i wynosi
ok. 1 mg/dzień. cząsteczki CoA
Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych
• Proces kontrolowany jest przez aktywność karboksylazy acetylo-CoA, katalizującej tworzenie malonylo-CoA.
• Karboksylaza traci aktywność po ufosforylowaniu przez kinazę białkową zależną od AMP. Jeśli jest duże stężenie AMP (małe stężenie ATP) karboksylaza jest ufosforylowana i nieaktywna.
• Defosforylacja kinazy przez fosfatazę białkową 2A, przywraca jej aktywność.
• Glukagon i Adrenalina hamują fosfatazę białkową 2A, karboksylaza pozostaje ufosforylowana i jest nieaktywna
• Odwrotnie działa insulina, aktywuje fosfatazę, zdefofosforylowana fosfotaza jest aktywna i zachodzi synteza kwasów tłuszczowych
Regulacja glikolizy i cyklu Krebsa
• Najważniejszy etap regulacji, druga fosforylacja glukozy katalizowana przez PKF (fosfofruktokinazę) hamowaną allosterycznie przez ATP (związek wysokoenergetyczny),
• Hamowanie jest znoszone przez AMP (związek niskokoenergetyczny)
• Cykl Krebsa również jest hamowany przez duże stężenie ATP oraz przez NADH (wysokoenergetyczny), stymulowany przez ADP (niskoenergetyczny)
Energetyka komórki
• Poziom energetyczny komórki, ściśle związany ze stężeniem ATP,
• stężenie ATP decyduje czy energia jest wytwarzana czy magazynowana
Porównanie syntezy i rozkładu kwasów tłuszczowych
SYNTEZA
-Zachodzi w cytozolu
-Związek redukujący NADPH
-Grupy acylowe związane z ACP (białkowy nośnik grup acylowych)
-Jeden enzym, syntaza kwasów tłuszczowych, mający kilka miejsc aktywnych
-nakład energetyczny ok. 124 cząsteczek ATP
OKSYDACJA
-Zachodzi w mitochondrium
-Związek wytwarzany NADH
-Grupy acylowe związane z CoA
-Poszczególne etapy oksydacji katalizowane przez odrębne enzymy
-zysk 106 cząsteczek ATP
Glikogen i Tłuszcz
Glikogen
szybkie źródło energii - rozkład do glukozy
dostarcza energii nawet w warunkach beztlenowych
magazynowanie glikogenu powoduje duży wzrost masy ciała
Tłuszcz
długotrwałe magazynowanie energii
dostarcza 2-krotnie więcej energii niż glikogen
odkładanie tłuszczu umożliwia ograniczenie masy ciała (dwa razy większa wydajność
energetyczna)
Triacyloglicerole
• Triacyloglicerole ulegają przemianie do wolnych kwasów tłuszczowych (WKT), które stanowią podstawowe lipidowe źródło energii podczas wysiłku.
• Duże kwasy tłuszczowe są nierozpuszczalne w wodzie i transportowane są przez białka frakcji albumin osocza
• kwasy tłuszczowe o średniej i małej masie, są rozpuszczalne
Wpływ wysiłku na stężenie WKT we krwi
• bieg na 10 km
• przed po
• WKT (umol/l) 436 954
• Wolny glicerol 0,208 0,554
• Triacyloglicerydy 1,181 0,791
• sądzono, że średnio-łańcuchowe triacyloglicerole (MCT), rozpuszczalne w wodzie, mogą dostawać się do krążenia łatwiej niż normalne lipidy zawarte w diecie, a zatem mogą
być bardziej wydajnym źródłem energii podczas wysiłku
• badania nie wykazały istotnego udziału doustnie podawanych MCT w metabolizmie energetycznym podczas wysiłku. W innych badaniach stwierdzono nawet, że suplementacja MCT może obniżać tolerancję wysiłkową podczas zawodów kolarskich na dystansie 40 km
Oznaczanie triacylogliceroli
• Pobieramy krew na czczo po 12 - 16 godz głodzenia
• 2 tygodnie zwyczajnej diety pacjenci powinni jeść to co zwykle
• Wycofać leki obniżające poziom lipidów
• Triacyloglicerole obecne w surowicy ulegają hydrolizie enzymatycznej w obecności LPL do glicerolu i WKT a następnie oznacza się ilościowo zawartość glicerolu w obecności
oksydazy 3-fosfoglicerynowej pośrednio określając ilość uwolnionego nadtlenku wodoru poprzez pomiar aktywności peroksydazy. W czasie oznaczenia przebiegają reakcje z
udziałem wymienionych enzymów i kinazy glicerynowej
• WKT wolne kwasy tłuszczowe
• LPL-lipaza lipoproteinowa