51. Właściwości białek prionowych i mechanizm ich replikacji.

Właściwości białek prionowych - białka prionowe są odporne na wysoka temperaturę (inaktywacji ulegają dopiero w temperaturze 300 stopni Celsjusza), promienie nadfioletowe, promienie Roentgena, enzymy proteolityczne. W autoklawie, w temperaturze 131 stopni C podlegają unieczynnieniu po około godzinie. Stężone roztwory wodorotlenku sodu i podchlorynu sodu (około 10-15%) niszczą priony. Spożyte wraz z pokarmem priony przedostają się do układu siateczkowatego (limfatycznego) układu pokarmowego, następnie do śledziony, kłębków Peyera, migdałków i grudek chłonnych, gdzie ulegają replikacji. Powielone priony są następnie przez komórki limfoidalne przenoszone do tkanki glejowej i nerwowej.

Posiada zdolności autokatalityczne i ma zdolność zmieniania normalnego białka prionowego w białko prionowe chorobotwórcze. Białka prawidłowe PrPc mają strukturę w przeważającej części alfa-helikalną, czyli spiralnie zwiniętą. Białka prionowe nieprawidłowe mają natomiast w przeważającej części struktury beta-fałdowe, beta-harmonijkowe (beta-karty harmonijkowej - łańcuchy aminokwasów w strukturze III-rzędowej układają się równolegle), co daje im postać liniową. Białka prionowe patogenne PrPsc, które dostały się do organizmu (egzogenne), a także białka prionowe syntetyzowane na podstawie własnych genów zmutowanych (endogeniczne) tworzą ze sobą agregaty, czyli zlepki, które zachowują się jak kryształy. W wyniku krystalizacji tworzą na swój wzór podobne białka chorobotwórcze, które znów się odkładają i ulegają agregacji. W ten sposób białko prionowe patogenne powstaje w wielkich ilościach i w szybkim tempie, wywołując zaburzenia w funkcjach tkanek, organów i układów narządów. Zatem PrPsc po dostaniu się do zdrowej komórki ma zdolność zmienienia konformacji białka prawidłowego w postać chorobotwórczą. Białko prionowe patogenne po wprowadzeniu do organizmu zdrowego wywołuje chorobę, bowiem utrzymuje swoje właściwości chorobotwórcze i autokatalityczne.

Mechanizm replikacji białek prionowych -
wielką zagadką biologii jest sposób powstawania nowych prionów; proces replikacji (podwajania) cząsteczek białek nie jest biologii znany i trudno go sobie wyobrazić. Pewne dane wskazują, że białko będące prionem jest przekształconą formą białka kom., a nowe priony powstają w wyniku oddziaływania prionów już istniejących na 'zdrowe' cząsteczki białka w komórkach docelowych; pod wpływem prionów białka te miałyby przybierać postać prionów.

1,2,3 - synteza protein prionowych naturalnych, tworzenie kompleksów z białkami błony komórkowej. Aparat Golgiego służy do segregacji i opakowywania cząsteczek utworzonych protein oraz transportu w pęcherzykach Aparatu Golgiego w kierunku błony. Utworzone PrPc, czyli normalne priony są wbudowywane do plazmolemmy. Błona komórkowa ulega ciągłym zmianom, a składniki błony podlegają ciągłej wymianie. W naturalnym cyklu białka te są degradowane w lizosomach pod wpływem enzymów /4/. Gdy do organizmy dostaną się priony chorobotwórcze PrPsc wówczas na drodze endocytozy wnikają do wnętrza komórki. Niestety priony chorobotwórcze są odporne na proteazy lizosomalne, pozostają bez zmian lub ulegają tylko częściowej degradacji /5/. Z elementów prionowych chorobotwórczych w aparatach Golgiego syntetyzowane są patogenne białka prionowe, wbudowywane w błonę komórkową /5/. Ponadto białka prionowe niezmienione mogą być wbudowywane do błony w takiej postaci w jakiej zostały pobrane przez endocytozę. (TGN - pęcherzyki transportowe aparatu Golgiego).

52. Cholera i krztusiec - choroby będące wynikiem upośledzenia działania białek G.

Przecinkowiec cholery (Vibrio cholerae) wywołuje ostre i ciężkie zaburzenia czynności przewodu pokarmowego, charakteryzujące się ogromną utratą elektrolitów, sięgającą kilku, a niekiedy kilkunastu litrów na dobę. Bezpośrednim czynnikiem sprawczym nie są same bakterie, lecz toksyna, która ją wytwarzają. Toksyna jest białkiem składającym się z podjednostki A, wykazującej aktywność enzymatyczną, oraz 5 podjednostek B o szczególnym powinowactwie do gangliozydów umiejscowionych na powierzchni zewnętrznej błon plazmatycznych komórek. Toksyna za pośrednictwem B wiąże się wybiórczo z gangliozydem G_M błony plazmatycznej komórek nabłonkowych jelita, umożliwiając przeniknięcie podjednostki A do komórki. Podjednostka A wykazuje aktywność ADP - rybozylotransferazy, katalizującej przeniesienie ADP - rybozy z dinukleotydu adeninowego NAD na odpowiedni substrat, w tym przypadku na białko regulatorowe G_S.

W obrębie błony plazmatycznej podjednostka α G_S ulega ADP - rybozylacji, wskutek czego drastycznie zmniejsza się aktywność GTPazowa białka, co doprowadza do aktywacji cyklazy adenylanowej, a tym samym do zwiększenia stężenia cyklicznego AMP w komórce. Przypuszcza się, że cykliczny AMP aktywuje kanał jonów chlorkowych, prowadząc w ten sposób do utraty elektrolitów z komórek nabłonkowych.

W przeciwieństwie do przecinkowców cholery bakterie krztuśca (Bordetella pertussis) wydzielają kilka różnych toksyn, a wśród nich toksynę działającą na białko regulatorowe G_i. Toksyna ta również wykazuje aktywność transferazową ADP - rybozy. Substratem ulegającym ADP - rybozylacji jest czynnik wydłużania EF-2, biorący udział w dość skomplikowanym procesie wiązania aminocylo - RNA do rybosomu. W wyniku ADP - rybozylacji czynnika wydłużania dochodzi do zahamowania biosyntezy białka.

53. Receptory wewnątrzkomórkowe, budowa białek receptorowych i mechanizm działania kompleksu hormon - receptor w regulacji ekspresji genów.

Przez receptory wewnątrzkomórkowe rozumie się głownie receptory jądrowe. Receptory jądrowe tworzą grupę wewnątrzkomórkowych, strukturalnie homologicznych białek, których zadaniem jest regulacja transkrypcji genów odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie komórek. Występują we wnętrzu komórki, głównie w jądrze komórkowym, ale także mogą występować w cytoplazmie skąd po związaniu liganda przemieszczają się z cytoplazmy do jądra komórki (dlatego spośród receptorów wewnątrzkomórkowych wyróżniamy także receptory cytoplazmatyczne). Ligandy dla receptorów jądrowych, aby pokonać barierę błony komórkowej, muszą mieć charakter hydrofobowy (lipofilny). Działają jako czynniki transkrypcyjne zarówno w postaci monomerów, ale znacznie częściej homo- i heterodimerów. Jeśli chodzi o budowę to są to duże monomeryczne białka (a także homo- i heterodimery) zbudowane z 400 - 1000 reszt aminokwasowych, których schemat budowy przedstawia się następująco:

W obrębie łańcucha białkowego receptora wyróżnia się cztery regiony, z których każdy pełni charakterystyczną, odrębną rolę:

• domenę modulatorową (region A/B, który obejmuje N-koniec łańcucha polipeptydowego),

• domenę rozpoznającą i wiążącą specyficzne sekwencje DNA tzw. DNA - HRE zawierającą „palce cynkowe”(region C),

• region „zawiasowy” D,

• domenę wiążącą ligand (region E, który obejmuje C-koniec łańcucha polipeptydowego).

Największy stopień homologii (podobieństwa) struktury I-rzędowej białek różnych receptorów jądrowych występuje w obszarze wiązania z DNA (region C). Wszystkie receptory jądrowe zawierają strukturę palca cynkowego. Motywy zawierające cynk są odpowiedzialne za wiązanie się ze swoistą sekwencją nukleotydową DNA poprzez helisę alfa leżącą a dużym rowku DNA w obrębie kompleksu tworzonego przez receptory hormonalne z elementem odpowiedzi. W obrębie receptorów jądrowych rozróżniamy nadrodziny. Do nadrodziny receptorów jądrowych należą tzw. klasyczne receptory wewnątrzkomórkowe, tj. receptory dla hormonów. Hormony steroidowe (metabolity witaminy D3, hormony płciowe, glikokortykosteroidy), jak również tyroksyna, trijodotyronina i retinoidy (witamina A i jej pochodne) są drobnocząsteczkowymi związkami rozpuszczalnymi w tłuszczach. Z łatwością dyfundują one przez błony komórkowe, aby w jądrze związać się ze swoistymi białkami receptorowymi i uczestniczyć w regulacji ekspresji genów. Wyróżniamy także sieroce receptory jądrowe. Nazwa tej grupy receptorów pochodzi stąd, że w momencie odkrycia receptora nie znano jego liganda. Przykładem takiego receptora może być wątrobowy receptor X (LXR) czy jądrowy czynnik 4 hepatocytów (HNF4).

Zasada działania jest następująca: Przyłączenie liganda do receptora jądrowego powoduje zmianę konformacji przestrzennej łańcucha polipeptydowego, pociągającą za sobą procesy, w wyniku których powstaje transkrypcyjnie aktywna forma receptora: oddysocjowanie tzw. białek opiekuńczych, odłączenie korepresorów, odsłonięcie regionów funkcjonalnych receptora, przyłączenie koaktywatorów oraz dimeryzacja receptorów. Kompleks ligand - receptor wiąże się z określoną sekwencją nukleotydową w obszarze paromotorowym danego genu, zwaną elementem odpowiedzi (RE - response element) i w ten sposób mogą wpływać dwojako na proces transkrypcji genu, odpowiednio go pobudzając lub hamując. Aktywne receptory jądrowe mogą również pośrednio hamować transkrypcję genów przez oddziaływanie z innymi czynnikami transkrypcyjnymi (np. dimerem białek c-Jun/cFos, znanym jako kompleks AP-1, czy białkiem CREB).

Receptory jądrowe w formie nieaktywnej mogą przebywać w cytozolu (związane z białkami szoku cieplnego Hsp) bądź w jądrze (niektóre mogą być przyłączone do DNA lecz ich aktywność jest hamowana przez obecność korepresorów).

Odpowiedź komórki na pobudzenie receptora jądrowego zależy od wielu czynników, spośród których najważniejsze to typ komórki, typ/podtyp receptora, rodzaj genu docelowego oraz wzajemna interakcja między różnymi szlakami przepływu informacji w komórce. Zwiększenie aktywności polimerazy RNA i powstanie transkryptów danych genów obserwuje się po upływie kilkunastu lub kilkudziesięciu minut po zadziałaniu liganda receptora jądrowego. Ponieważ w wyniku aktywacji receptorów jądrowych dochodzi do zmian w syntezie białek, końcowa odpowiedź fizjologiczna będzie opóźniona w stosunku do zadziałania liganda i pojawi się po kilku godzinach, a nawet dniach. Ponadto odpowiedź ta może utrzymywać się nawet w sytuacji, gdy ligand został już wyeliminowany z organizmu lub ze środowiska inkubacyjnego (w badaniach in vitro).

54. Choroby uwarunkowane nieprawidłowa budową lub funkcjonowaniem receptorów komórkowych.

Jedną z chorób determinowana powyższą nieprawidłowością jest cholera (w sumie to już było ale piszę:) Czynnikiem etiologicznym jest przecinkowiec cholery syntetyzujący enterotoksynę - choleragen. Wywołuje ostry nieżyt jelita cienkiego. Mechanizm działania jest następujący:

• przyleganie bakterii do mikrokosmków brzeżka szczoteczkowego.

• uwalniana przez bakterie enterotoksyna katalizuje rybozylację podjednostki α białka G, aktywując ją;

• zmodyfikowana podjednostka α traci aktywność GTP-azy i nie może oddysocjować od cyklazy adenylowej, której jest aktywatorem, powodując to że jednostka α jest stale aktywna;

• w efekcie stałego pobudzenia następuje nadmierna synteza cyklicznego AMP;

• rozpoczyna to okres magazynowania chlorków w roztworze światła jelit i hamowania wchłaniania potasu i sodu. Dochodzi do nadmiernego wydalania H2O i ostrej biegunki.

• zwiększone stężenie elektrolitów w świetle jelita powoduje stały wypływ wody z komórek nabłonka jelit. Zmiany te manifestują się przez: zmarszczenie skóry, zmiana głosu, zapadnięcie oczu, wyostrzenie rysów twarzy.

Krztusiec - to ostra choroba zakaźna układu oddechowego. Czynnikiem etiologicznym jest pałeczka krztuśca. Do głównych objawów należą: katar, kichanie, niewysoka gorączka, nawracające napady kaszlu i przedłużająca się duszność, napady kaszlu często kończą się wymiotami. W przeciwieństwie do przecinkowców cholery bakterie krztuśca wydzielają kilka różnych toksyn, a wśród nich toksynę działającą na białko regulatorowe G_i. Toksyna ta również wykazuje aktywność transferazową ADP - rybozy. Substratem ulegającym ADP - rybozylacji jest czynnik wydłużania EF-2, biorący udział w dość skomplikowanym procesie wiązania aminocylo - RNA do rybosomu. W wyniku ADP - rybozylacji czynnika wydłużania dochodzi do zahamowania biosyntezy białka.

Choroby nowotworowe - Teoria epigenetyczna - nowotwór powstaje w wyniku nieprawidłowego różnicowania się komórek. Stwierdzono, że za proces wzrostu i różnicowania komórek najprawdopodobniej odpowiadają pewne receptory powierzchniowe. Różne czynniki zewnętrzne działające na wspomniane receptory mogą zaburzać procesy podziałów komórkowych i w ten sposób doprowadzić do powstania transformacji nowotworowej. W komórce nowotworowej na wskutek mutacji następuje zmiana wrażliwości receptorów na czynniki wzrostowe, takie jak: insulino-podobny czynnik wzrostowy (IGF-I), transformujący czynnik wzrostowy (TGF-ß), naskórkowy czynnik wzrostowy (EGF), co powoduje stałe pobudzenie, prowadzące do wadliwej regulacji wzrostu. Zmiany w przekazywaniu sygnałów wpływających na wzrost komórki nie dotyczą tylko nowotworów. Poprzez interakcję ze specyficznymi receptorami czynniki wzrostowe pobudzają szlaki sygnałowe powodując modulację sygnału wewnątrzkomórkowego oraz niekontrolowany wzrost i transformacje komórek. W przypadku EGF, który działa poprzez specyficzny receptor EGFR lub jego podtypy dochodzi nie tylko do intensyfikacji podziałów komórkowych ale również następuje pobudzenie ekspresji genu kodującego czynnik pobudzający wzrost naczyń (VEGF). Zjawisko wzrostu naczyń, zwane angiogenezą jest niezbędnym procesem wzrostu tkanki guza i tworzenia przerzutów nowotworowych do innych tkanek i narządów. Podobne zaburzenia występują w łuszczycy, chorobie o nieznanej etiologii, w przypadku której istnieje stałe pobudzenie receptorów dla naskórkowego czynnika wzrostu. Zaburzenia w przekazywaniu sygnałów wzrostu występują także w zmianach miażdżycowych w błonie mięśniowej naczyń krwionośnych po balonikowej angioplastyce oraz po pomostowaniu tętnic wieńcowych.

Krzywica witamino-D-oporna: wrodzona wada genetyczna zwana inaczej krzywicą pseudoniedoborową typu II. Przyczyna jest brak receptorów dla 1,25-OH-D3. W badaniach laboratoryjnych stwierdza się wysokie stężenie 1,25-OH-D3. Główne objawy: rozmiękanie kości, skrzywienia kręgosłupa, deformacja miednicy, pogrubienie stawów dłoni i stóp, kolana koślawe lub szpotawe, częste złamania, opóźnione wzrost i ząbkowanie.

Schizofrenia - dysfunkcja receptora D2 dla dopaminy. U chorych na schizofrenię wykazano osłabienie aktywności grzbietowo-bocznej kory przedczołowej mózgu.

Hipercholesterolemia - mutacja genu receptora LDL, genu apolipoproteiny B-100 (PCSK9). Wszelkie zaburzenia prowadzą do niezwykle małej aktywności receptorów LDH, zwiększenia stężenia LDH i cholesterolu w osoczu oraz przedwczesną miażdżycą, prowadzącą do zawału mięśnia sercowego.

55. 56. Porfirie wątrobowe i erytropoetyczne.

Porfirie - jest to grupa wrodzonych chorób metabolicznych, u podłoża których leżą genetycznie uwarunkowane zaburzenia regulacji biosyntezy hemu lub porfiryn. Cechują się one: zwiększonym wytwarzaniem i gromadzeniem w ustroju niektórych pośrednich metabolitów lub biegiem syntezy porfiryn po niefizjologicznym torze, wydalaniem nadmiaru tych prekursorów z moczem i kałem, określonymi objawami klinicznymi. Tradycyjne porfirie tzw. pierwotne, dzieli się na erytropoetyczne i wątrobowe, w zależności od tego, w jakim narządzie - szpiku czy wątrobie - toczy się zasadniczy proces patologiczny. Podstawową przyczyną pierwotnych porfirii są różne zaburzenia aktywności poszczególnych enzymów katalizujących odpowiednie etapy biosyntezy porfiryn i hemu.

Klasyfikacja porfirii - istnieje wiele różnych podziałów różnych rodzajów porfirii. Klasyfikuje się je na podstawie:

• miejsca, gdzie pojawiają się efekty toksyczne sprowokowane nieprawidłowym stężeniem tych związków. W ten sposób wyróżniono porfirię skórną.

• przebiegu choroby: porfiria ostra i przewlekła bądź ukryta, kiedy pacjent pozostaje bez objawów, pojawiających się jedynie przy wystąpieniu różnych czynników prowokujących (światła, leków itp.).

• miejsca największej aktywności uszkodzonych enzymów: porfiria wątrobowa i erytropoetyczna (w szpiku kostnym);

• rodzaj enzymu, którego funkcjonowanie, bądź stężenie jest upośledzone.

Główne rodzaje porfirii:

• Porfirie erytropoetyczne.

• Porfiria erytropoetyczna wrodzona.

• Protoporfiria erytropoetyczna wrodzona

• Porfirie wątrobowe.

• Ostra przerywana porfiria.

• Porfiria mieszana.

• Dziedziczna koproporfiria.

• Porfiria skórna późna.

Porfiria erytropoetyczna - jest stanem chorobowym, charakteryzującym się zwiększoną syntezą porfiryn wyłącznie w komórkach szpiku (nie wątroby). Nadmierne wytwarzanie porfiryn w stosunku do tworzenia globiny prowadzi do znacznego odkładania porfiryn, a także żelaza, w erytroblastach szpiku.

Cechy porfirii erytroblastycznej - podstawową cechą niedokrwistości spowodowanych zaburzeniami w syntezie hemu jest występowanie w szpiku tzw. syderoblastów. Syderoblasty są to normoblasty zawierające w cytoplazmie znaczne ilości żelaza. Wbudowywanie żelaza w hemoglobinę jest natomiast upośledzone i we krwi obwodowej stwierdza się hipochromię i mikrocytozę.

Porfiria erytropoetyczna wrodzona - pojawia się już u noworodków; wiodącym objawem jest nadwrażliwość powłok na światło, z ostrym pęcherzowo-martwiczym zapaleniem skóry, spojówek i warg, oraz oddawanie ciemnego moczu koloru czerwonego wina. Objawem biochemicznym jest znaczny wzrost ilości izomerów: uroporfiryny I i kopoporfiryny I w krążących erytrocytach i w szpiku.

Protoporfiria erytropoetyczna wrodzona - Cechuje się nadwrażliwością na światło, nie tak silną jednak, jak w porfirii erytropoetycznej. Wzrost stężenia protoporfiryny w erytrocytach krwi i erytroblastach szpiku, w związku z czym występuje zjawisko ich fluorescencji. Z kałem wydalane są znaczne ilości protoporfiryny, a także i koproporfiryny III.

Porfirie wątrobowe:

Ostra przerywana porfiria - Charakteryzuje się silnymi kolkowymi bólami brzucha oraz objawami neurologicznymi, a czasem i psychicznymi, często wywołanymi spożyciem alkoholu, barbituranów, stilbesterolu lub innych leków. W moczu chorych stwierdza się duże ilości porfobilinogenu i kwasu delta-aminolewulinowego. Bezpośrednio po oddaniu mocz taki jest barwy prawidłowej, lecz stopniowo czerwienieje na świetle na skutek nieenzymatycznej kondensacji porfobilinogenu z wytworzeniem porfiryn. Niedobór enzymu syntetazy uroporfibrynogenu I powoduje gromadzenie w płynach ustrojowych prekursorów katalizowanej przez niego reakcji, tj. kwasu delta-aminowulinowego i porfobilinogenu. Akumulację tę dodatkowo nasila zwiększona synteza tych związków, powodowana przez wzmożoną aktywność syntetazy kwasu delta-aminolewulinowego.

Porfiria mieszana - Występują takie same objawy kliniczne jak w przypadku ostrej przerywanej porfirii. Dodatkowo obserwuje się miernego stopnia nadwrażliwość powłok na światło.

Biochemicznie charakteryzuje się wydalaniem z kałem dużych ilości uroporfirynogenu III, koproporfibrynogenu III i protoporfiryny. W czasie zaostrzeń z moczem wydalany jest także kwas delta-aminolewulinowy, porfibrynogen oraz tzw. Porfiryna X. W erytrocytach i erytroblastach zawartość profibrynogenu i porfiryn jest prawidłowa. Zaburzenia biochemiczno-metaboliczne są związane ze zwiększeniem aktywności syntetazy ALA w wątrobie.

Dziedziczna kopro porfiria - Obraz kliniczny jak w porfirii mieszanej. Zaostrzenie objawów następuje po zażyciu niektórych leków i charakteryzuje się wydalaniem z kałem dużych ilości kopoporfiryny, a także obecnością uroporfiryny, porfibrynogenu i kwasu delta-aminolewulinowego w moczu.

Porfiria skórna późna - Objawia się w późniejszych latach życia i cechuje się nadwrażliwością powłok na światło, wyrażająca się pęcherzowo-martwiczym zapaleniem skóry, następowym jej bliznowaceniem i skłonnością do nadmiernego owłosienia. U większości chorych stwierdza się zaburzenia czynności wątroby i często przewlekły alkoholizm. Biochemicznie charakteryzuje się wydalaniem z moczem uroporfiryn, nadających mu czerwone zabarwienie. Komórki wątrobowe pobrane z nakłucia miąższu wątroby cechują się fluorescencją. Prawdopodobną przyczyną podstawowych zaburzeń biochemicznych jest niedobór enzymu dekarboksylazy koproporfirynogenu III.

57. Witaminy w ochronie antyoksydacyjnej organizmu (A, C, E - charakterystyka triady antyoksydacyjnej.

Krótka charakterystyka wolnych rodników: wolne rodniki to atomy lub cząsteczki, które pozbawione jednego lub więcej elektronów dążą do ich uzupełnienia, pobierając je z cząsteczek związków w komórkach. Powoduje to uszkodzenie białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych komórki. U zdrowego człowieka ok. 5% tlenu przekształca się w wolne rodniki podczas niedotlenienia, napromieniowania, opalania się, palenia papierosów, brania leków wywołujących tzw. procesy niedotlenienia. W homeostazie ustroju działanie wolnych rodników tlenowych jest równoważone przez ANTYOKSYDANTY (przeciwutleniacze, antyutleniacze) - są to substancje, które występując w organizmie w dość niskich stężeniach znacząco hamują stopień utlenienia (oksydacji) cząsteczek tkanek i komórek ciała. Działanie ich polega na przerywaniu reakcji łańcuchowych, które generują wolne rodniki poprzez transfer wodoru fenolowego na wolny rodnik nadtlenkowy peroksydowany.

Osłony antyoksydacyjne możemy podzielić na:

• fizjologiczne, które organizm wytwarza i regeneruje w procesach metabolicznych, np. enzymy antyoksydacyjne,

• związki i substancje „do natychmiastowego użytku” codziennie czerpane z diety- witaminy.

Witamina A - Tzw. retinol lub dawniej akseroftol. Neutralizuje wolne rodniki w tkankach, w których jest małe stężenie tlenu. W ten sposób uzupełnia działanie witaminy E, reagującej z wolnymi rodnikami przy dużym stężeniu tlenu w tkankach. Należy do lipidów izoprenowych. Magazynowana jest w wątrobie. Działa jako hormon steroidowy. Witamina ta jest niezbędna do syntezy światłoczułego barwnika absorbującego fotony światła- rodopsyny. Jest ona niezbędna do funkcjonowania i odnowy tkanki nabłonkowej. Ochrania także te elementy oka, które są narażone na uszkodzenie w tzw. Zjawiskach wysokoenergetycznych. Najbardziej bezpieczną dla człowieka formą tej witaminy jest jej prekursor roślinny- beta-karoten (karotenoid, który także wychwytuje i neutralizuje wolne rodniki). Karotenoidem o podobnym działaniu jest luteina, maskowana przez chlorofil, hamuje utlenianie tłuszczów do nasyconych nadtlenków.

Witamina E - nazywana także tokoferolem. Istnieje co najmniej 8 postaci tej witaminy, które różnią się tylko budową przestrzenną. Witamina ta to oleista ciecz dobrze rozpuszczalna w tłuszczach, współdziała z selenem. Wychwytuje molekułę wolnego rodnika i przekształca go poprzez redukcję elektronu w obojętną substancje, która następnie jest wydalana z moczem. Jej działanie zapewnia szczelność błon komórek oczu i chroni przed degeneracją wewnątrzkomórkowy kod genetyczny. Skutecznie zapobiega utlenieniu witaminy A, hamuje tworzenie się toksycznych nadtlenków tłuszczowych, złego cholesterolu, substancji uszkadzających naczynia krwionośne i inicjujących miażdżycę. Dodatkowo zwiększa wchłanianie beta-karotenu w jelicie cienkim.

Witamina C - to trzeci ważny antyoksydant, który działa w środowisku wodnym komórki w płynach międzykomórkowych. Nazywana także kwasem askorbinowym. Wrażliwa na oddychanie, szczególnie w obecności tlenu, przed utlenieniem chronią ją siarczany. Właściwości antyoksydacyjne posiada forma jonowa witaminy C - przejmuje ona elektron z wolnego rodnika - tworzy się wolny rodnik askorbowy, który jest następnie :

• 
  utleniany przez oksydazę askorbinową do dehydroksyaskorbinianu (DHA), które reduktaza dehydroksyaskorbinowa redukuje do formy jonowej witaminy,

• redukowany przez reduktazę semidehydro - askorbinianowej do formy jonowej witaminy.

58. Witaminy a funkcjonowanie enzymów.

W naszym organizmie istnieje kilka tysięcy różnych enzymów, przy czym większość z nich aby spełniać swe funkcje katalityczne, wymaga połączenia z określonym składnikiem niebiałkowym (kofaktorem), którym mogą być jony metali lub koenzymy. Niektóre witaminy, stanowiąc niebiałkową część enzymu, współdziałają z białkami enzymatycznymi w katalizowaniu reakcji chemicznych we wszystkich organizmach żywych. W porównaniu z wielkością molekuły białkowej witaminy są zaledwie małą cząsteczką enzymu jednak bardzo ważną, gdyż znajdują się w centrum aktywnym białka i mają zasadniczy wpływ na przebieg katalizowanej reakcji.

Tiamina (witamina B1) - jest kofaktorem dekarboksylacji oksydacyjnej α-ketokwasów oraz transketolazy, będącej ważnym enzymem szlaku pentozofosforanowego.

Ryboflawina (witamina B2) - aktywnymi postaciami ryboflawiny są: mononukleotyd flawinowy (FMN), dinukleotyd flawinowy (FAD). FMN i FAD są grupami prostetycznymi enzymów oksydoredukcyjnych. Enzymy te są znane jako flawoproteiny: oksydaza α-aminokwasowa (deaminacja aminokwasów), oksydaza ksantynowa ( degradacja puryn), dehydrogenaza aldehydowa ( degradacja aldehydów), dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa (przenosi równoważniki redukujące z cytoplazmy do mitochondriów), dehydrogenaza sukcynylowa (cykl kwasu cytynowego), dehydrogenaza acylo-CoA

Niacyna (witamina B3) - aktywnymi postaciami niacyna są: amid kwasu nikotynowego, dinukleotyd adeninowy (NAD+), fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP+). NAD+ i NADP+ są koenzymami licznych enzymów oksydoredukcyjnych: dehydrogenaza mleczanowa (cytoplazma), dehydrogenaza jabłczanowa (mitochondria).

Kwas pantotenowy (witamina B5) - aktywnymi postaciami kwasu pantotenowego są

koenzym A (CoA) oraz białko przenoszące grupy acylowe (ACP). CoA jest przenośnikiem grup acylowych w reakcjach cyklu kwasu cytrynowego, utleniania i syntezy kwasów tłuszczowych, w reakcjach acetylacji. ACP uczestniczy w reakcjach syntezy kwasów tłuszczowych .

Pirydoksyna (witamina B6) - aktywną postacią witaminy B6 jest fosforan pirydoksalu. Fosforan pirydoksalu jest koenzymem dla kilku enzymów przemiany aminokwasowej. Tworzy zasadę Schiffa, umożliwia transaminację, dekarboksylację, aktywność aldozową). Fosforan pirydoksalu uczestniczy również w glikogenolizie.

Biotyna (witamina B7) - jest koenzymem karboksylaz: karboksylaza pirogronianowa, karboksylaza acetylo-CoA, karboksylaza propionylo-CoA, karboksylaza β-metylokrotonylo-CoA.

Kwas foliowy (witamina B9) - aktywną postacią folianu jest tetrahydrofolian. Tetrahydrofolian jest nośnikiem aktywnych grup jednowęglowych.

Kobalamina (witamina B12) - aktywnymi koenzymami witaminy B12 są metylokobalamina, deoksyadenozylokobalamina. Deoksykobalamina jest koenzymem w procesie konwersji metylomalonylo-CoA do sukcynylo-CoA. Metylokobalamina jest koenzymem w sprzężonej konwersji homocysteiny do metioniny i metylotetrahydrofolianu do tetrahydrofolianu.

Kwas askorbinowy (witamina C) - aktywną witaminą C jest sam kwas askorbinowy, który jest donorem równoważników redukujących. Obecności kwasu askorbinowego wymagają: hydroksylaza prolinowa (syntetaza kolagenu), 7-α-hydroksylazy (synteza kwasów żółciowych).

59. Dlaczego niedobór kwasu foliowego i/lub witaminy B12 brany jest pod uwagę w patogenezie niedokrwistości i choroby miażdżycowej?

Krwinki czerwone szpiku zawierające jądro, komórki szybko rosnące i dzielące się, wykazują intensywną syntezę kwasów nukleinowych. Jeżeli synteza kwasów nukleinowych zostanie zaburzona, to dojrzewanie krwinek czerwonych wchodzi na tor dysplastyczny - megaloblastyczny. Proces dojrzewania megaloblastów jest opóźniony. Zaburzenie syntezy kwasów nukleinowych w krwinkach czerwonych zawierających jądro jest związane z niedoborem witaminy B₁₂ i kwasu foliowego.

Witamina B₁₁ (B₉) jest związkiem macierzystym dla kilku pochodnych, pełniących funkcje koenzymów w przemianach reszt jednowęglowych. Koenzymy z grupy kwasu foliowego (kwasy tetrahydrofoliowe) są związane z reakcjami przenoszenia i użytkowania fragmentów jednowęglowych. Fragmentem jednowęglowym może być grupa formylowa. Źródłem fragmentów jednowęglowych są grupy metylowe metioniny czy chinoliny. Grupy metylowe w formie związanej z kwasem tetrahydrofoliowym ulegają utlenieniu do grup hydroksymetylowych, a następnie formylowych. W tej formie fragment jednowęglowy jest wykorzystywany w kilku ważnych reakcjach. Jest on źródłem 2 atomów węgla w pierścieniu purynowym i dostarcza grupy formylowej do N-formylometionylo-tRNA, który zapoczątkowuje syntezę łańcuchów peptydowych w rybosomach. Reakcje te mają zasadnicze znaczenie dla prawidłowej syntezy kwasów nukleinowych i białek w komórkach wszystkich tkanek. Niedobór lub brak kwasu foliowego hamuje prawidłowe procesy wzrostu i rozmnażania komórek. Komórki krwi charakteryzują się szybkim rozwojem i krótkim okresem przeżycia. Dlatego pierwszą oznaką niedoboru kwasu foliowego jest zaburzenie czynności krwiotwórczej szpiku. W macierzystych komórkach krwinek czerwonych występują nieprawidłowości w dojrzewaniu. We krwi szpikowej pojawiają się megaloblasty na różnych etapach rozwoju, natomiast krew obwodowa wykazuje cechy niedokrwistości makrocytarnej.

Witamina B₁₂ (kobalamina) ma bardzo złożoną budowę. Cechą charakterystyczną jest to, że posiada jon kobaltu. Kobalamina jest macierzystym związkiem kilku koenzymów kobamidowych. Najbardziej rozpowszechniony jest kobamiad, w którym szósta pozycja koordynacyjna kobaltu jest podstawiona przez nukleotyd deoksyadenozylowy. Koenzymy kobamidowe odgrywają istotną rolę w reakcjach transmetylacji (współdziałają z kwasem tetrahydrofolowym) oraz jako czynnik przenoszący atomy wodoru w reakcjach syntezy kwasów nukleinowych (zmiana rybonukleotydów na deoksyrybonukleotydy), mają prawdopodobnie również znaczenie w procesie biosyntezy białka w rybosomach. Witamina B₁₂ ponadto kontroluje proces transportu lub wbudowywania kwasu foliowego w komórki. Przy barku tej witaminy proces ten ulega zaburzeniu i stwierdza się wyraźne zmniejszenie stężenia kwasu foliowego w krwinkach czerwonych. Niedobór tej witaminy najszybciej objawia się zaburzeniem czynności krwiotwórczej szpiku w wyniku zahamowania podziału i wzrostu komórek.

60. Znaczenie diagnostyczne zmian w składzie białek osocza - hipo- i hiperproteinemie.

Osocze krwi - zasadniczy, płynny składnik krwi, w którym są zawieszone składniki morfotyczne, komórkowe. Prawidłowy poziom białka całkowitego w osoczu (normoproteinemię) wynosi 66-87 g/l (w surowicy wynosi odpowiednio 65-82 g/l).

Białka osocza można podzielić na dwie duże pule:

1. Syntetyzowanych w wątrobie (ok.75%), spośród których największą frakcję stanowi albumina. Podstawowym czynnikiem regulującym jej syntezę jest ciśnienie onkotyczne działające poprzez onkoreceptory łożyska naczyniowego. Jego spadek przyspiesza syntezę albuminy i innych białek.

2. Syntetyzowanych w limfocytach w wyniku ich aktywacji przez różnorodne antygeny - immunoglobuliny.

3. Niewielkie ilości białek jest syntezowane w innych tkankach, np. niektóre lipoproteiny w jelitach, transferryna w jelitach i szpiku kostnym, hormony w gruczołach dokrewnych.

Białka osocza diagnostycznie ważne:

1. białka ostrej fazy (CRP, białko amyloidowi A (SAA), α1-kwaśna glikoproteina, haptoglobulina),

2. albumina,

3. inhibitory proteaz (α1-antytrypsyna, a-2 makroglobulina),

4. białka transportujące (transtyretyna, hemopeksyna, haptoglobina transferryna, α1-makroglobulina, globulina wiążąca tyroksynę, witaminę D, hormony płciowe.),

5. białka układu dopełniacza (C3, C4, inhibitor C1-esterazy),

6. immunoglobuliny,

7. lipoproteiny,

8. ceruloplazmina (ferrooksydaza).

Prawidłowy poziom białka całkowitego zależy od równowagi między syntezą i degradacją albuminy i immunoglobulin. Nawet znaczne zmiany poziomu pozostałych białek nie modyfikują w istotnym stopniu tego parametru. Istotnym elementem wpływającym na stężenia białka całkowitego (w szczególności albuminy) jest ciśnienie hydrostatyczne krwi, determinujące dystrybucję wody między przestrzenią wewnątrz- i zewnątrznaczyniową. I tak zmiana pozycji z leżącej na stojącą może po 30 min. zwiększyć stężenie białka o ok. 10%, a wysiłek fizyczny o ok. 20%. Zauważalna jest także zmienność sezonowa, względem płci, a także podczas hospitalizacji i pobierania krwi - zbyt długi ucisk stazy powoduje zwiększenie stężenia białka całkowitego w wyniku zagęszczenia krwi.

Hipoproteinemia - to obniżenie stężenia białek osocza poniżej ok. 60g/l. Przyczyna większości hipoproteinemii jest spadek stężenia albuminy. Tylko w bardzo rzadkich przypadkach hipoproteinemia może być wywołana ciężkim niedoborem immunoglobulin. Hipoproteinemie można podzielić na wynikające z:

zahamowania syntezy białek w wątrobie:

a. niedobory białek w diecie, niedożywienie,

b. zaburzenia wchłaniania (zakażenia przewodu pokarmowego, mukowiscydoza),

c. uszkodzenie wątroby (marskość, zanik, uszkodzenie toksyczne, nowotwory pierwotne),

zespoły utraty białka:

a. nerkowe zespoły utraty białka (zespół nerczycowy, cukrzyca, toczeń rumieniowaty, zakrzepica),

b. jelitowe zespoły utraty białka (nowotwory złośliwe żołądka i jelit, wrzody, stany zapalne),

c. skórne zespoły utraty białka (rozległe oparzenia, dermatozy, łuszczyca),

d. wysiękowe zespoły utraty białka (obrzęki, zapalenia opłucnej, płuc),

e. stany kataboliczne (ciężka sepsa, wysoka gorączka, urazy, choroby nowotworowe),

f. krwawienia, krwotoki,

niedobory immunoglobulin:

1. wrodzone - pierwotne (izolowane niedobory IgA i IgM, agammaglobulinemia związana z płcią)

2. nabyte -wtórne (nowotwory układu chłonnego, po usunięciu śledziony, niedokrwistość złośliwa)

• zmiany objętości przestrzeni pozakomórkowej: przewodnienia i artefakty.

Za krytyczne uznaje się poziomy białka całkowitego poniżej 45g/l i albuminy poniżej 20 g/l. Przy takich stężeniach ciśnienie onkotyczne jest bardzo niskie i dochodzi do ucieczki wody poza naczynia, powstawania obrzęków, przesięków do jam ciała, hipowolemii.

Hiperproteinemia - jest to zwiększenie stężenia białka powyżej 85 g/l. Prawdziwa hiperproteinemia jest spowodowana znacznym zwiększeniem syntezy jednej lub wielu klas immunoglobulin. Nie są znane stany fizjologicznej lub patologicznej prawdziwej hiperalbuminemii. Stany hiperproteinemii z wysokim stężeniem albuminy mogą być wynikiem odwodnienia lub artefaktu. Zwykle nie jest objawem stałym (zwiększonemu stężeniu immunoglobulin towarzyszy zmniejszenie stężenia albuminy lub innych białek, np. w marskości wątroby, zespole nerczycowym).

Przyczyny hiperproteinemii:

1. hipergammaglobulinemie:

a. poliklonalne

1. przewlekłe stany zapalne

2. przewlekłe choroby wątroby (marskości)

3. choroby autoimmunizacyjne (reumatoidalne zapalenie stawów, toczeń rumieniowaty układowy)

b. monoklinalne

i. szpiczak mnogi

ii. makroglobulinemia Waldenstroma (IgM)

iii. choroba łańcuchów lekkich (szpiczak Bence-Jones)

iv. choroba łańcuchów ciężkich (choroba Frankla)

v. krioglobulinemie

vi. przewlekłe białaczki limfatyczne

vii. chłoniaki

viii. łagodne gammapatie monoklonalne

ix. inne nowotwory układu chłonnego

2. odwodnienia,

3. artefakty- błędy w pobraniu krwi.

Dodatkowo hiperproteinemia może powodować proces rulonizacji krwinek czerwonych, który prowadzi do zaburzeń przenoszenia tlenu przez erytrocyty. Proces ten skutkuje niedostatecznym dotlenieniem tkanek i narządów, występowaniem zwiększonego ryzyka zatorów w układzie sercowo - naczyniowym.

---