Zestaw 23

1. Substraty energetyczne wykorzystywane przez mózg

Wyłącznym substratem energetycznym dla mózgu jest glukoza z wyjątkiem długotrwałego okresu głodowania. Mózg nie ma zapasów związków energetycznych i dlatego potrzebuje stałego dopływu glukozy. Mózg zużywa 60 % całkowitego zyżycia glukozy u człowieka w stanie spoczynku.

Zużywa energię na:

• Utrzymanie potencjału błonowego opartego na gradiencie jonów Na-K, niezbędnego do przekazywania impulsów nerwowych (60-70%)

• Synteza neurotransmiterów i ich receptorów

W mózgu jest przenośnik glukozy GLUT3, który wykazuje małą wartość Km dla glukozy, a więc w większości przypadków jest wysycany - stale zaopatrzony w glukozę.

Kwasy tłuszczowe nie są substratem energetycznym dla mózgu, ponieważ wiążą się z albuminami osocza i nie mogą przenikać bariery krew-mózg. Wyjątek stanowią wielonienasycone kwasy tłuszczowe u noworodków.

Podczas głodowania substratem energetycznym dla mózgu zastępującym częściowo glukozę są ciała ketonowe (acetooctan i jego zredukowana pochodna - 3-hydroksymaślan) wytwarzane przez wątrobę.

Substratem dla mózgu mogą być też aminokwasy o rozgałęzionym łańcuchu zwłaszcza walina. Jest ona uwalniana przez mięśnie i pobierana przez mózg.

2. Denaturacja białek

Denaturacja - polega na rozerwaniu wiązań niekowalencyjnych (wiazania wodorowe, hydrofobowe, elektrostatyczne) w białku przy zachowaniu struktury pierwszorzędowej (wiązań peptydowych) i wiązań disiarczkowych. Enzym aktywny (natywny) po denaturacji traci aktywność katalityczną.

Odczynniki denaturujące:

• Mocznik

• Chlorek guanidyny

• Dodecylosiarczan sodu (SDS)

Mostki disiarczkowe można rozerwać β-merkaptoetanolem

Po „uwolnieniu” białka od odczynników białko powoli odzyskuje swoja aktywność katalityczną. Sugeruje to, że sekwencja aminokwasów określa konformację białka.

3. Regulacja aktywności enzymów

Przepływ metabolitów przez większość szlaków regulowany jest przez jeden enzym, który katalizuje kluczowy etap kontrolujący dany szlak.

Aktywność katalityczna zależy:

• Od ilości cząsteczek enzymu

Ilość enzymu determinowana jest przez tempo syntezy i degradacji. Ta regulacja trwa wiele godzin (indukcja i represja)

• Ich sprawności katalitycznej

Zmiany aktywności katalitycznej enzymów są najszybszym sposobem regulacji ich aktywności. Dają szybkie krótkotrwałe efekty.

Taka regulacja może być:

1. nieodwracalna - ograniczona proteoliza (proenzymy)

2. odwracalna:

1. modyfikacje kowalencyjne (fosforylacja, adenylacja)

2. agregacja i dysocjacja podjednostek

3. regulacja allosteryczna

4. hamowanie zwrotne przez produkt

5. regulacja poprzez zmiany ilości i dostępności koenzymów i efektorów

Modyfikacje kowalencyjne (fosforylacja, adenylacja)

Zazwyczaj fosforylacja zachodzi porzez kinazę białek zależną od cAMP, którą aktywuje cAMP (przekaźnik II rzędu). Może powstawać poprzez aktywację Cyklady adenylanowej np. poprzez adrenalinę.

W szlakach degradacji aktywną formą jest cząsteczka ufosforylowana:

• fosforylaza glikogenowa (glikogenoliza)

• lipaza triacyloglicerolowa wrażliwa na hormony (lipoliza)

W szlakach syntezy aktywna jest cząsteczka defosforylowana:

• syntaza glikogenowa (glikogenogeneza)

• dehydrogenaza pirogronianowa

Adenylacja dotyczy np. syntetazy glutaminowej, która reguluje przepływ azotu. Aktywna jest forma deadenylowana. Stryer - 684-685 rozdziała 24.3.2.

Agregacja i dysocjacja podjednostek

• karboksylaza acetylo-CoA - biosynteza kw tłuszczowych, białko wieloenzymowe, allosterycznie aktywuje cytrynian, a hamuje acylo-CoA

• fosforylaza glikogenowa mięśni - ciąg reakcji ułożonych jako kasada pozwala na wzmocnienie sygnału hormonalnego na każdym etapie (Harper rozdz 20, 20.6/254)

Regulacja allosteryczna

• karbamoliotransferaza asparaginianowa

• karboksylaza pirogronianowa

• fosfofruktokinaza

• karboksylaza acetylo-CoA

• syntaza cytrynianowi

• dehydrogenaza izocytrynianowa

• dehydrogenaza glutaminianowa

Hamowanie zwrotne przez produkt

• reduktaza HMG-CoA poprzez mewalonian, cholesterol i kwasy żółciowe

Regulacja poprzez zmiany ilości i dostępności koenzymów i efektorów

Znaczenie:

• Zasadnicza rola w utrzymaniu homeostazy

• Aktywna odpowiedź organizmu na zewnętrzna czynniki takie jak hormony czy bodźce nerwowe

---