Regulacja i integracja metabolizmu

na poziomie komórki, tkanki i organizmu

BIOCHEMIA

Co to jest metabolizm?

Metabolizm: pełny zestaw reakcji chemicznych
zachodzących w żywym organizmie.

metabolizm: od greckiego słowa „metabole”
przemiana

Co to jest życie?

Co to jest życie?

Życie

zespół wzajemnie podtrzymujących się procesów
metabolicznych zachodzących w organizmie żywym lub
w poszczególnych jego częściach

Schematyczny zapis reakcji chemicznych

zachodzących w

żywej

komórce

Życie

zespół wzajemnie podtrzymujących się procesów
metabolicznych zachodzących w organizmie
żywym lub w poszczególnych jego częściach

Regulacja metabolizmu

Metabolizm zdrowej komórki jest
doskonale regulowany po to, aby komórka
mogła prawidłowo funkcjonować w obliczu
zmian w swoim otoczeniu

Regulacja metabolizmu

Szlaki metaboliczne są regulowane przez:

I.

Zmianę zawartości enzymu

II. Zmianę aktywności enzymu

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

transkrypcja

translacja

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

Modulacja powinowactwa do substratu

transkrypcja

translacja

degradacja

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

Modulacja powinowactwa do substratu

transkrypcja

translacja

Efekty allosteryczne

degradacja

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

Modulacja powinowactwa do substratu

transkrypcja

translacja

Efekty allosteryczne oddziaływania enzym-enzym

degradacja

Regulacja metabolizmu

Modulacja aktywności enzymu

Stężenie enzymu

Modulacja powinowactwa do substratu

transkrypcja

translacja

Efekty allosteryczne oddziaływania enzym-enzym

degradacja

Modyfikacje kowalencyjne

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a. zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6- fosfataza)

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

Glukozo-6-fosforan

glukoza + fosforan

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

Glukozo-6-fosforan

glukoza + fosforan

Glukozo- 6- fosfataza występuje praktycznie tylko

w tkankach produkujących istotne ilości
glukozy (w wątrobie i korze nerki)

Zawartość enzymów w tkankach decyduje
o procesach, jakie w nich zachodzą

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

b.

Zmiana izoenzymu (np. heksokonaza)

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

b.

Zmiana izoenzymu (np. heksokonaza)

izoenzymy heksokinazy

glukoza + ATP

Glukozo-6-fosforan

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

b.

Zmiana izoenzymu (np. heksokonaza)

c.

Heterogenność tkanki

Heterogenność tkanki

Heterogenność wątroby

hepatocyty okalające

hepatocyty okalające

żyłę wrotną (periportal)

żyłę wątrobową (perivenous)

Glukoneogeneza

glikoliza

Glikogenoliza

synteza glikogenu

B-oksydacja

lipogeneza

Urogeneza

ketogeneza

Synteza cholesterolu

synteza glutaminy

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu

1.

Rodzaj tkanki

a.

zmiana ilości enzymu (np. glukozo- 6-
fosfataza)

b.

Zmiana izoenzymu (np. heksokonaza)

c.

Heterogenność tkanki

d.

Heterogenność komórek

Przedziałowość komórki

Rozmieszczenie niektórych procesów metabolicznych
w komórce

Jądro

replikacja DNA, transkrypcja

Mitochondria

fosforylacja oksydacyjna, cykl Krebsa, utlenianie
kwasów tłuszczowych

Siateczka

synteza białek, lipidów, steroidów

śródplazmatyczna

Aparat Golgiego

transport białek i enzymów, sekrecja, synteza błony

Cytoplazma

glikoliza, większość reakcji glukoneogenezy,

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu zależy od:

1.

Rodzaju tkanki

2.

Lokalizacji w komórce

3.

Stadium rozwoju

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu zależy od:

1.

Rodzaju tkanki

2.

Lokalizacji w komórce

3.

Stadium rozwoju

4.

Szybkości syntezy i degradacji
enzymów

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu zależy od:

1.

Rodzaju tkanki

2.

Lokalizacji w komórce

3.

Stadium rozwoju

4.

Szybkości syntezy i degradacji
enzymów

5.

Działania hormonów

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu zależy od:

1.

Rodzaju tkanki

2.

Lokalizacji w komórce

3.

Stadium rozwoju

4.

Szybkości syntezy i degradacji enzymów

5.

Działania hormonów

6.

Dostępności pożywienia: budulec i energia

Dostepność pożywienia może wpływać na
kierunek przemian metabolicznych

Metabolizm = anabolizm + katabolizm

Anabolizm:

reakcje syntez, wymagają dostarczenia energii

Katabolizm

: reakcje rozkładu, dostarczają energii

Dostepność pożywienia może wpływać na
kierunek przemian metabolicznych

Metabolizm = anabolizm + katabolizm

Anabolizm:

reakcje syntez, wymagają dostarczenia energii

Katabolizm

: reakcje rozkładu, dostarczają energii

W kontrolę kierunku przemian zaangażowana jest głównie AMPK

Regulacja metabolizmu

I.

Zawartość enzymu zależy od:

1.

Rodzaju tkanki

2.

Lokalizacji w komórce

3.

Stadium rozwoju

4.

Szybkości syntezy i degradacji enzymów

5.

Działania hormonów

6.

Dostępności pożywienia: budulec i energia

7.

Obecności leków (ksenobiotyków)

Regulacja metabolizmu

Szlaki metaboliczne są regulowane przez:

I.

Zmianę zawartości enzymu

II. Zmianę aktywności enzymu

Regulacja metabolizmu

Zmiana aktywności enzymu zależy od:

1. Dostępności substratu (dieta, transport)

Regulacja metabolizmu

Zmiana aktywności enzymu zależy od:

1. Dostępności substratu (dieta,

transport)

2. Obecności efektorów (aktywatorów

lub inhibitorów

Regulacja metabolizmu

Zmiana aktywności enzymu zależy od:

1. Dostępności substratu (dieta,

transport)

2. Obecności efektorów (aktywatorów

lub inhibitorów

3. Modyfikacji posttranslacyjnych

(hormony, leki)

Wskaż odpowiedź, która najlepiej charakteryzuje funkcje tłuszczów:

1.materiał budulcowy dla komórek, źródło i magazyn energii, przekaźnik
informacji
2.materiał budulcowy dla komórek, magazyn energii, składnik RNA i DNA
3.składnik kwasów nukleinowych, źródło i magazyn energii, przekaźnik
informacji
4.składnik kości, przekaźnik informacji, składnik RNA i DNA.

Amylaza obecna w dwunastnicy:

1.jest syntetyzowana w trzustce i bierze udział w trawieniu węglowodanów
2.jest syntetyzowana w dwunastnicy i bierze udział w trawieniu
węglowodanów
3.jest syntetyzowana w trzustce i bierze udział w trawieniu lipidów
4.jest syntetyzowana w dwunastnicy i bierze udział w trawieniu lipidów.

W warunkach głodu, kiedy glukoza nie jest dostarczana z pożywieniem, do jej
syntezy dochodzi w procesie określanym jako:

1.fosfolipoliza
2.glikoliza
3.glikogenogeneza
4.glukoneogeneza.

1.Które z wymienionych poniżej węglowodanów nie ulegają strawieniu ani wchłonięciu w
przewodzie pokarmowym człowieka?

1.skrobia, maltoza, glikogen
2.celuloza, hemiceluloza, pektyny
3.glukoza, maltotrioza, sacharoza
4.fruktoza, galaktoza, maltoza.

2.Jakie jest główne źródło cholesterolu w organizmie?

1.lipidy zawarte w pokarmie
2.żółć
3.cholesterol endogenny powstający w wątrobie
4.w równym stopniu lipidy zawarte w pokarmie oraz cholesterol endogenny powstający w
wątrobie.

3.Wyłącznie tlenowy typ metabolizmu jest charakterystyczny dla:

1.jelit i mięśni białych
2.siatkówki oka i erytrocytów
3.mózgu i serca
4.mięśni czerwonych i nerek.

1.Opalizująco mleczne zabarwienie osocza lub surowicy po odwirowaniu krwi wskazuje na:

1.wysokie stężenie chylomikronów we krwi
2.badany nie był na czczo
3.wysokie stężenie kreatyniny
4.prawidłowe są odpowiedzi a i b

2.W których tkankach zachodzi synteza glikogenu?

1.w mózgu i w mięśniu sercowym
2.w nerkach i w mięśniu sercowym
3.w mięśniu sercowym i w wątrobie
4.w wątrobie i w mięśniach.

3.Do hormonów podwyższających stężenie glukozy we krwi należą:

a.glukagon, insulina

b.glukagon, hormony tarczycy, adrenalina

c.insulina, glikogen

d.glikogen, insulina, prolaktyna

1.Wskaż twierdzenie nieprawdziwe:

1.cukrzyca typu 1 występuje w populacji rzadziej niż cukrzyca typu 2
2.cukrzycę typu 1 określa się jako zależną od insuliny
3.komórki oporne na działanie insuliny są charakterystyczne w cukrzycy typu 1
4.terapia stosowana w leczeniu cukrzycy typu 2 obejmuje dietę, ćwiczenia fizyczne, doustne
leki hipoglikemizujące oraz zastrzyki z insuliny.

2.Wskaż proenzymy, które po aktywacji uczestniczą w trawieniu białek:

1.pepsynogen i trypsynogen
2.zymogen i urobilinogen
3.pepsyna i trypsyna
4.chymotrypsyna i trypsyna

W którym organellum komórkowych zachodzi glikoliza?

w jądrze komórkowym

w cytoplazmie

w mitochondriach

w siateczce śródplazmatycznej.

1.Zależność pomiędzy wartością cholesterolu LDL a ryzykiem
choroby wieńcowej jest:

1.progowa: po osiągnięciu pewnej wartości nie ma potrzeby
dalszego obniżania
2.wykładnicza: im niżej, tym mniejsza korzyść
3.liniowa: im niżej tym lepiej
4.żadna odpowiedź nie jest prawidłowa.

2.Część białkową enzymu nazywamy:

1.holoenzymem
2.apoenzymem
3.grupą prostetyczną
4.zymogenem

3.Walutą energetyczną komórki określa się:

1.ATP
2.ADP
3.glukozę
4.kwasy nukleinowe.

Różnica w budowie DNA i RNA dotyczy:

1.cząsteczki cukru.
2.zasad purynowych.
3.ilości wiązań fosfodiestrowych.
4.obecności dodatkowych grup chemicznych m. in. metylowych.

Spośród podanych poniżej stwierdzeń:

•komplementarnymi zasadami w DNA są: adenina-tymina i cytozyna-
guanina;
•cząsteczka DNA zbudowana jest z dwóch, skręconych spiralnie
łańcuchów, połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi;
•podstawowymi zasadami purynowymi, wchodzącymi w skład
nukleotydów są adenina i guanina;
prawdziwe są twierdzenia:
•1 i 2
•2 i 3
•1 i 3
•wszystkie powyższe odpowiedzi są prawidłowe

Żółtaki (xanthomata)

Rodzinna hipercholesterolemia

7

8

9 10 12

5

5

6

7

8

3

3

4

5

6

2

2

3

3

4

4

4

5

6

7

3

3

3

4

5

2

2

2

3

3

1

1

2

2

2

2

2

2

3

3

1

2

2

2

3

1

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

1

1

1

2

2

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

13 15 17 19 22

9

10 12 13 16

6

7

8

9

11

4

5

5

6

7

8

9

10 11 13

5

6

7

8

9

3

4

5

5

6

2

3

3

4

4

4

5

5

6

7

3

3

4

4

6

2

2

2

3

3

1

1

2

2

2

2

2

3

3

4

1

2

2

2

3

1

1

1

1

2

1

1

2

2

3

3

4

1

2

2

2

3

0

1

1

1

2

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

14 16 19 22 26

9

11 13 15 16

6

8

9

11 13

4

5

6

7

9

9

11 13 15 18

6

7

9

10 12

4

5

6

7

9

3

3

4

5

6

6

7

8

10 12

4

5

6

7

9

3

3

4

5

6

2

2

3

3

4

1

1

1

2

2

4

4

5

6

7

2

3

3

4

5

2

2

2

3

3

1

1

2

2

2

1

1

1

2

2

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

26 30 36 41 47

18 21 25 29 34

13 15 17 20 24

9 10 12 14 17

18 21 24 28 33

12 14 17 20 24

8

10 12 14 17

6

7

8

10 12

12 13 16 19 22

8

9 11 13 16

5

6

8

9 11

4

4

5

6

8

1

1

1

2

2

7

8 10 12 14

5

6

7

8 10

3

4

5

6

7

2

3

3

4

5

2

2

2

3

3

4

1

2

2

2

3

1

1

1

2

2

1

1

1

1

1

Ocena ryzyka zgonu sercowo-naczyniowego w

perspektywie 10-letniej

(Systematic Coronary Risk Evaluation)

SC RE

<15%

10-14%

5-9%

3-4%

2%

1%

<1%

Kobiety

Niepalące

Palące

Mężczyźni

Niepalący

Palący

180

160

140

120

180

160

140

120

180

160

140

120

180

160

140

120

180

160

140

120

Wiek

65

60

55

50

40

S

kurc

zo

w

e

ciś

n

ienie

tętn

icz

e (m

m Hg

)

Cholesterol (mmol/l)

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

…10% różnicy stężenia cholesterolu LDL

odpowiada zmianie ryzyka choroby wieńcowej o
15% a zgonu o 11%...

Framingham Heart Study

Klasyfikacja lipidemii (ATP III)

Stężenie mg/dL (mmol/L)

Kategoria

LDL cholesterol

< 100 (2,58)

optymalne

100-129 (2,58-3,33)

bliskie optymalnemu

130-159 (3,36-4,11)

granicznie wysokie

160-189 (4,13-4,88)

wysokie

>190 (4,91)

bardzo wysokie

Całkowity cholesterol

<200 (5,17)

pożądane

200-239 (5,17-6,18)

granicznie wysokie

>240 (6,2)

wysokie

HDL cholesterol

<40

niskie

>60

wysokie

Częstość występowania zaburzeń lipidowych w

Polsce- NATPOL III (2002)

% wzrostu ryzyka ChNS

LDL-C



o 1 mmol/L

57

HDL-C



o 0.1 mmol/L

–15

Skurczowe RR krwi



o 10 mmHg

15

HbA

1

poziom



o 1%

11

Palenie tytoniu przyczynia się do zwiększenia ryzyka rozwoju

ChNS

Stężenie LDL-C jest najsilniejszym wskaźnikiem ryzyka
choroby niedokrwiennej serca (ChNS) pacjentów z cukrzycą

Hansson, G. K. N Engl J Med 2005;352:1685-1695

Blaszka miażdżycowa

Ryzyko zawału serca - INTERHEART

16.0

8.0

4.0

2.0

1.0

0.5

0,25

Iloraz szans (99% CI)

Yusuf S i wsp. Lancet 2004; 364: 937–52

Palenie tytoniu

Cukrzyca

Nadciśnienie

Otyłość brzuszna

Czynniki psychologiczne

Owoce/warzywa

Wysiłek fizyczny

Alkohol

ApoB/APoA1

K

M

K

M

K

M

K

M

K

M

K

M

K

M

K

M

K

M

Re

laty

w

ne

ry

zy

ko

w

yst

ąpieni

a

choroby

w

ieńco

w

ej

w

ciągu

4

lat

Cholesterol LDL i HDL jako czynniki ryzyka ChNS

Badanie Framingham

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

100

160

220

cLDL (mg/dl)

85

65

45

25

Miażdżyca to przewlekłe

zapalenie wywołane przez

cholesterol ...

Zależność pomiędzy wartością LDL-C

a ryzykiem choroby wieńcowej (2001)

Ryzyko

wieńcowe

100

LDL-C (mg/dl)

Progowa:

nie ma potrzeby

dalszego obniżania

Liniowa: im niżej tym lepiej

Wykładnicza

Im niżej, tym

mniejsza korzyść

0

1

PROVE IT–TIMI 22

(2 lata obserwacji)

0

1

100

LDL-C mg/dl

60

Prawastatyna

40 mg

16%

redukcja ryzyka

sercowo-naczyniowego

Atorvastatin

80 mg

Cannon CP et al. N Engl J Med 2004;350:1495-1504.

Ryzyko

wieńcowe

“Im niżej, tym lepiej”

3.7

2.9

2.2

1.7

1.3

1.0

LDL-C (mg/dL)

40

70

100

130 160

190

0

1

Grundy SM et al. Circulation 2004;110:227–239.

Ryzy

ko

wie

ńcow e

Pęknięcie blaszki miażdżycowej powoduje

powstanie skrzepu

Falk E et al. Circulation 1995; 92: 657

–71

.

Makrofagi

Czynnik

tkankowy

Włóknik

Płytki

PRĄD

KRWI

Prostaglandyny – metabolity kwasu arachidonowego

COX-1

AA

Śródbłonek

TxA

2

Mechanizm kardioprotekcyjnego działania aspiryny (1971)

Aspiryna

COX-1

AA

PGI

2

Za tydzień:

cukrzyca

Wykład o stałej porze i w stałym miejscu