1.

Równowaga i bilans azotowy organizmu

Białka nie przyjmujemy w celach energetycznych, ale w celach strukturalnych. Dla

prawidłowego funkcjonowania organizmu istniejącego w stanie homeostazy ilość
dostarczanego azotu i utraconego azotu musi być taka sama. Mówimy wtedy o
zrównoważonym bilansie azotowym.

Jeśli więcej azotu przyjmujemy niż tracimy, mówimy o bilansie azotowym dodatnim.

Taki bilans azotowy dodatni cechuje przede wszystkim organizmy intensywnie rosnące, czyli
małe dzieci, większe dzieci, kobiety w ciąży i fazy regeneracyjne w ciężkich chorobach
przewlekłych. Ma to charakter przejściowy.

Jeśli więcej azotu tracimy niż przyjmujemy, mamy do czynienia z bilansem azotowym

ujemnym. To występuje przede wszystkim w okresie inwolucji organizmu, czyli w
organizmach starzejących się, oraz w tzw. fazie katabolicznej różnych przewlekłych chorób –
w chorobach gorączkowych, nowotworowych. Takim stanem, który cechuje się
hyperkatabolizmem i ujemnym bilansem azotowym jest na przykład nadczynność tarczycy,
hyperkortycyzm, czyli nadmiar hormonów sterydowych, choroba/zespół Cushinga itd.

Minimum azotowe szacuje się na poziomie 24 g białka na dobę. Minimum białkowe to

pojęcie które charakteryzuje jakie powinno być niezbędne minimalne spożycie białka, aby
zabezpieczyć homeostazę organizmu, szacuje się że jest to 0,6-0,7 g białka na kg masy ciała
(wg WHO powinno to oscylować w graniach 44 g białka na dobę). Minimum białkowe jest
sformułowane tylko dla białek pełnowartościowych.

Stopień strawności białka – ocenia na ile białko dostarczone z pożywieniem może być

wykorzystane w tkankach, czyli może być wykorzystane do biosyntezy białka. śeby mogło
być wykorzystane to:

1)

musi być białkiem pełnowartościowym;

2)

musi być w przewodzie pokarmowym poddane hydrolizie enzymatycznej

3)

musi być wchłonięte z przewodu pokarmowego

Im bardziej skuteczne są w/w procesy tym wyższy jest stopień strawności białka.

Przyjmuje się, że dla dorosłego człowieka białko jaja kurzego cechuje się wartością 100. Dla
przykładu w mleku krowim (kazeina), cechuje się strawności rzędu 60-70. Zawartość białka
w organizmie cechuje się na poziomie 16-18%.

Szacuje się, że dzienna synteza i degradacja muszą być zrównoważone i wynoszą około

300-800 g na dobę. Jest to zależne od tego, gdzie białko występuje i jaką ma funkcję,
ponieważ białka mają różny okres półtrwania i tym samym różny obieg (turn over).
Najkrótszy okres półtrwania mają białka osocza, a najdłuższy białka tkanki łacznej – kolagen,
elastyna.

Dzienne zapotrzebowania dorosłego człowieka na białko wynosi ok. 0.9-1,0 g/kg m.c. W

przeciwieństwie do lipidów i węglowodanów – nie potrafimy go w specyficzny sposób
magazynować. Nie jest ono dobrym materiałem energetycznym. Jeżeli zwiększymy podaż
białka, czyli wytwarzamy dodatni bilans azotowy, dochodzi mniej więcej do
zrównoważonego przyrostu poszczególnych białek w organizmie, a mianowicie białek:
strukturalnych, enzymatycznych, hormonalnych. Niemniej jednak przyrost tych białek w
różnych narządach wygląda inaczej. Najintensywniej na zwiększoną podaż białek odpowiada
wątroba, osocze i błona śluzowa przewodu pokarmowego. W tych 3 miejscach dochodzi do
wzrostu zawartości białek, nie są one tam jednak magazynowane.

Tą pulę białka, która przyrasta w wyniku wytworzonego dodatniego bilansu azotowego,

nazywamy pulą labilną albo pulą ruchomą białek. Oznacza to że w przypadku wytworzenia
ujemnego bilansu azotowego w tych właśnie narządach (wątrobie, osoczu i przewodzie

pokarmowym), dochodzi do zmniejszenia zawartości białek, czyli jest to pula która
odpowiada za dodatni i ujemny bilans azotowy. Narządami najmniej podatnymi na zmiany
bilansu azotowego są przede wszystkim OUN oraz mięsień sercowy. Oznacza to, iż tam nie
ma ani zwiększonej syntezy białek w odpowiedzi na dodatni bilans azotowy, ani zwiększonej
degradacji białek w odpowiedzi na ujemny bilans azotowy.

2.

Aminokwasy egzogenne i endogenne.

Aminokwasy egzogenne są to aminokwasy które muszą być dostarczone w pożywieniu, gdyż
organizm nie jest w stanie wytworzyć ich endogennie de novo. Należą do nich:

-

walina

-

tryptofan

-

treonina

-

fenyloalanina

-

metionina

-

lizyna

-

leucyna

-

izoleucyna

Aminokwasy endogenne – są to takie, które nie muszą być dostarczane w pożywienie,
potrafimy je sami wytworzyć, mają krótkie szlaki biosyntetyczne. Dziewięć z nich tworzy się
z amfibolicznych związków pośrednich, 3 pozostałe tworzą się z aminokwasów, które muszą
być dostarczane z pożywieniem:

-

alanina

-

asparagina

-

asparaginian

-

cysteina

-

glutaminian

-

glutamina

-

glicyna

-

hydroksyprolina

-

hydroksylizyna

-

prolina

-

seryna

-

tyrozyna

3.

Trawienie białek w przewodzie pokarmowym

4.

Proenzymy i enzymy proteolityczne (hydrolazy peptydowe) soków trawiennych.
Pepsyna,

trypsyna,

chymotrypsyna,

enteropeptydaza

(enterokinaza),

pankreopeptydaza (elastaza), karboksy- i aminopeptydazy (egzopeptydazy),
dwupeptydazy.

5.

Przebieg trawienia białek.

Pierwszym etapem trawienia białek jest trawienie zachodzące w żołądku, bowiem w ślinie

nie znajdują się żadne enzymy proteolityczne. Enzymy proteolityczne żołądka
(zewnątrzkomórkowe), można podzielić na:

a)

egzopeptydazy – karboksypeptydaza A i B, aminopeptydazy, dipeptydazy – są to
enzymy działające na łańcuch peptydowy od „zewnątrz”

b)

endopeptydazy – pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna i elastaza – działają na łańcuch
peptydowy „od wewnątrz”

•

pepsyna – endopeptydaza żołądkowa, wykazuje optimum działania w bardzo niskim
pH (1-2), syntezowana w komórkach okładzinowych jako pepsynogen który wymaga
do swojej aktywności HCl, w sytuacjach bezkwasowości spowodowanej np. resekcją
części żołądka lub atrofią błony śluzowej żołądka (w następstwie choroby Addisona-
Biermera), dochodzi do upośledzenia trawienia białek w żołądku, działa na
specyficzne miejsca w łańcuchu polipeptydowym: X-Fen-X, X-Tyr-X, Leu-Glu

•

trypsyna – jest enzymem soku trzustkowego, syntezowana jako trypsynogen.
Trypsynogen pod wpływem enterokinazy dwunastniczej ulega aktywacji do trypsyny.
Dalsze etapy przemiany trypsynogenu nie zachodzą już pod wpływem enterokinazy,
ale następuje autokatalityczne działanie trypsyny. Działa w zakresie obojętnego lub
zasadowego pH na miejsca w polipeptydzie od końca karboksylowego aminokwasów
zasadowych na aminokwasy: X-Liz i Arg-X

•

chymotrypsyna – podobnie jak trypsyna, z tym że działa od karboksy- końca
aminokwasów aromatycznych, czyli Fen-X i Tyr-X.

•

elastaza trzustkowa – należy do proteaz serynowych, trawi włókna sprężyste;

•

karboksypeptydaza A – egzopeptydaza, odłącza Fen lub Tyr od końca
karboksylowego lub trawi też tą grupę przy aminokwasach rozgałęzionych (walina,
leucyna, izoleucyna)

•

karboksypeptydaza B – jak wyżej, z tym że wykazuje powinowactwo do końca
karboksylowego przy aminokwasach zasadowych (arginina, lizyna).

•

dipeptydaza – trawi dwupeptydy do aminokwasów, wytwarzana przez gruczoły błony
śluzowej jelita

•

aminopeptydazy – działają podobnie jak karboksypeptydazy A i B, z tym że od
końca aminowego

Końcowym etapem trawienia białek są zatem aminokwasy, które mogą wchłonąć się

przez jelito do krwi wrotnej. U noworodków, trawienie białek może być jeszcze nierozwinięte
albo bariera śluzówkowa może być niedojrzała, dlatego należy wstrzymać się przez jakiś czas
z podawaniem niektórych białek. Wchłonięte, niestrawione polipeptydy mogą wywołać
odpowiedź immunologiczną (jak w przypadku celiakii).

6.

Wchłanianie produktów trawienia białek

Transport aminokwasów uzależniony jest od tego jaki charakter chemiczny mają

aminokwasy. Mianowicie dla:

-

aminokwasów hydrofobowych do których należy: Leu, Ile, Val (czyli rozgałęzione)
i Fen (aminokwas aromatyczny)

-

aminokwasów zasadowych (Lys, Arg)

występuje

dyfuzja ułatwiona

. Dotyczy to zarówno jelita czyli tam gdzie się wchłaniają jak i

wszystkich innych komórek, czyli również komórek cewek nerkowych i wszystkich komórek
w organizmie. Jest to uniwersalny model transportu, w przeciwieństwie do glukozy, która w
różnych komórkach w różny sposób jest transportowana. Dyfuzja ułatwiona charakteryzuje
się:

1)

rodzaj transportera nie zależy od komórki, natomiast zależy od budowy chemicznej
aminokwasu

2)

jest to rodzaj transportu z udziałem przenośnika, który nie jest specyficzny dla
transportowanej substancji, ale transportuje również substancje o budowie zbliżonej

3)

przenośnik wraz ze wzrostem stężenia substancji przenoszonej ulega wysyceniu

4)

transport odbywa się zgodnie z gradientem stężeń

5)

transport ten nie wymaga dostarczenia energii

Natomiast:

-

aminokwasy kwaśne, czyli kwas asparaginowy i kwas glutaminowy

-

aminokwasy obojętne do których zaliczamy alaninę, syrenę, cysteinę, glicynę i

histydynę, a także asparaginę i glutaminę

nie przenikają do komórki w drodze dyfuzji ułatwionej, ale w drodze

transportu

aktywnego

. Jest to dokładnie taki sam rodzaj transportu, aczkolwiek z wykorzystanie innego

przenośnika, jak ma miejscu w przypadku glukozy w obrębie jelita i w obrębie nerki.
Przenośnik jest sprzężony z transportem jonów sodowych, i na zewnątrz komórki, na
„krzesełku” zasiada jon Na oraz odpowiedni aminokwas. Ten „wyciąg krzesełkowy” przenosi
go do wnętrza komórki, a tam obydwie cząsteczki uwalniają się. W ten sposób doszłoby do
niekorzystnego rozkładu jonów między płynem pozakomórkowym i wewnątrzkomórkowym.
Układ ATP-az Na

+

/K

+

-zależnych przenosi jony sodowe na zewnątrz, czyli jest to pompa

sodowo-potasowa i na ten transport jest potrzebna energia. Energia nie jest potrzebna
bezpośrednio na przeniesienie aminokwasu do wnętrza komórki, ale na wytworzenie
gradientu jonów sodowych – transport wtórnie aktywny.

Jednym z rodzajów transportu wtórnie aktywnego jest cykl zachodzący przy udziale

GGTP (gammaglutylotranspeptydazy), czyli

cykl gamma-glutamylowy

, który zachodzi w

nerce. Jest to cykl energochłonny, bo na transport 1 aminokwasu zostają zużyte 3 cząsteczki
ATP. Zachodzi w następujący sposób:

1.

Glutation oddaje grupę γ-glutamylową na aminokwas tworząc γ-glutamyloaminokwas
przy udziale GGTP (γ-glutamylotranspeptydazy). Cysteiloglicyna powstała z glutationu
hydrolizuje do cysteiny i glicyny.

2.

W komórce, przy udziale γ-glutamylocyklotransferazy powstaje aminokwas i 5-
oksoprolina (kwas piroglutaminowy).

3.

5-oksoprolina przy udziale 5-oksoprolinazy przekształca się w kwas glutaminowy.
Reakcja zachodzi z równoczesną hydrolizą ATP.

4.

Kwas glutaminowy przyłącza cząsteczkę cysteiny. Cysteina pochodzi z hydrolizy
cysteiloglicyny. Reakcja również wymaga hydrolizy ATP i zachodzi przy pomocy
syntetazy γ-glutamylocysteiny. Powstaje zatem γ-glutamylocysteina.

5.

Ta z kolei przyłącza glicynę i przy udziale syntetazy glutationu odtwarza się glutation.
Tu również potrzeba ATP.

1.

Metabolizm

jonów

amonowych,

źródła

amoniaku

i

jego

utylizacja

(transaminacja, dezaminacja oksydacyjna, oksydazy D- i L-aminokwasów,
dehydrogenaza glutaminianowa, syntetaza glutaminowa, glutaminaza).

Przemiana azotu aminokwasowego zachodzi w kilku etapach. Główną reakcją, która służy do
uwalniania amoniaku z aminokwasów jest reakcja transaminacji. Z samego mechanizmu tej
reakcji (przekazanie grupy aminowej z aminokwasu na ketokwas, z powstaniem innego
aminokwasu i α-ketokwasu) wynika, że jest to droga pośrednia, bowiem wolny amoniak nie
powstał. Jest to główny sposób pośredniego wyzwalania amoniaku z aminokwasów. W celach
diagnostycznych najważniejsze aminotransferazy to:

-

AlAT

-

AspAT

-

aminotransferaza glutaminianowa

Reakcje transaminacji mają doprowadzić do powstania dwóch kluczowych dla metabolizmu
aminokwasów: kwasu glutaminowego i alaniny.

Alanina tworzy się w wyniku transaminacji pirogronianu (AlAT), natomiast w wyniku
transaminacji szczawiooctanu (AspAT), tworzy się asparaginian.

W sensie metabolicznym, najważniejszym enzymem jest aminotransferaza glutaminowa,
która zajmuje się przenoszeniem grupy aminowej z róznych aminokwasów na α-ketoglutaran
z wytworzeniem L-glutaminianu i α-ketokwasu.

Reakcji transaminacji nie ulegają trzy aminokwasy: lizyna, prolina, treonina.

Następny sposób uzyskiwania azotu z aminokwasów to dezaminacja oksydacyjna.

Zachodzi przy udziale oksydaz aminokwasowych. Są to enzymy, które mają FAD jako
koenzym, nie zachodzą one u człowieka. Dezaminacja oksydacyjna w toku przemian
metabolicznych zachodzi tylko w wątrobie przy udziale dehydrogenazy glutaminianowej,
która jako koenzym posiada NAD a nie FAD..

Natomiast we wszystkich tkankach pozawątrobowych u człowieka ta reakcja biegnie

dokładnie w odwrotną stronę (to nie z glutaminianu odzyskiwany jest azot aminokwasowy).
U człowieka, równowaga reakcji skierowana jest na aminację redukcyjną, czyli to α-
ketoglutaran przyłacza grupę aminową i tworzy się kwas glutaminowy:

aminacja redukcyjna

α-ketoglutaran + NADH + H

+

+ NH

+

4

kwas glutaminowy + NAD

+

+ H

2

O

Reakcja ta ma szczególne znaczenie w tkance nerwowej, gdzie alfa-ketoglutaran pochodzący
z cyklu Krebsa pełni funkcję detoksykacyjną w usuwaniu amoniaku.

Najważniejszymi, endogennymi źródłami amoniaku u człowieka są:

1)

mięśnie szkieletowe

2)

jelito

3)

nerka

Mięśnie szkieletowe

W wyniku pracy mięśni i zużywania energii z ATP powstaje AMP. AMP podlega cyklicznym
przemianom, które noszą nazwę cyklu purynowego. Cykl purynowy jest głównym źródłem
amoniaku w naszym organizmie.

Powstały AMP ulega dezaminacji (dezaminaza AMP). Uwalnia się amoniak i IMP. Na IMP
działa enzym – syntetaza adenylobursztynianowa, która prowadzi do wytworzenia
adenylobursztynianu, przy udziale asparaginianu. Asparaginian pochodzi z transaminacji ze
szczawiooctanem, a ten z kolei z cyklu Krebsa. Reakcja wymaga hydrolizy GTP.
Adenylobursztynian przy udziale liazy adenylobursztynianowej hydrolizuje do fumaranu
(przykład reakcji anaplerotycznej cyklu Krebsa) i odtwarza się AMP. Jak widać, cykl
purynowy w mięśniach jest ściśle połączony z cyklem Krebsa. Zatem w cyklu purynowym
powstał amoniak, który jest związkiem silnie toksycznym.

Jelito

Jest drugim po mięśniach szkieletowych, źródłem amoniaku w organizmie człowieka.
Powstawanie amoniaku w jelicie należy rozpatrywać dwutorowo:

1)

pierwszym źródłem jest światło jelita, gdzie w wyniku działania bakterii na
aminokwasy, mocznik i kwas moczowy uwalnia się wolny amoniak. Proces ten możemy
hamować antybiotykami, które niszczą bakterie, np. neomycyną.

2)

drugim źródłem jest ściana jelita, czyli enterocyty – znajdujący się tam enzym
glutaminaza, katalizuje odłączenie amoniaku od glutaminy z wytworzeniem kwasu
glutaminowego

Co się dzieje z tym kwasem glutaminowym? Zasadniczo, mogą z nim stać się dwie rzeczy:

1)

po pierwsze może ulec transaminacji przy udziale AlAT – przerzuci grupę aminową
na pirogronian, powstanie alanina która w wątrobie zostanie zużyta w procesie
tworzenia glukozy

2)

druga możliwość to transport do wątroby, a tam zużycie kwasu glutaminowego do
syntezy białek, albo transport do krwioobiegu

Amoniak z kolei w jelicie ma też kilka możliwości:

1)

w enterocytach obecny jest enzym syntetaza karbamoilofosforanowa I (CPS I), która
syntetyzuje karbamoilofosforan z amoniaku, dwutlenku węgla i ATP. Następnie działa
karbamoilotransferaza ornitynowa, która prowadzi do wytworzenia cytruliny, a ta
trafia do wątroby – dodatkowy przebieg syntezy mocznika

2)

druga możliwość – amoniak jest transportowany do wątroby. Dorzecze żyły wrotnej
jest zatem miejscem, w którym stężenie wolnego amoniaku jest największe w całym
organizmie. Przy nadciśnieniu żyły wrotnej, wytwarza się tzw. przetoka Ecka, dzięki
której krew wrotna omija wątroba i płynie do żyły głównej prowadząc toksyczne
metabolity. Reasumując: azot z jelita do wątroby płynie głównie w formie amoniaku,
kwasu glutaminowego (z deamidacji glutaminy), alaniny (z transaminacji
pirogronianu) i cytruliny.

Nerka

Tutaj źródlem amoniaku jest proces amoniogenezy – amoniak podobnie jak w enterocytach,
powstaje w wyniku działania glutaminazy na glutaminę.
Skoro amoniak jest toksyczny, trzeba go w jakiś sposób związać. Istnieje kilka sposobów na
związanie amoniaku:

1)

synteza mocznika

2)

synteza glutaminy

3)

synteza kwasu glutaminowego

4)

amoniogeneza

Synteza kwasu glutaminowego, czyli redukcyjna animacja ma szczególnie duże znaczenie w
OUN, gdzie amoniak, który się tam dostał, związany jest przez alfa-ketoglutaran. Jest on
wyciągany z cyklu Krebsa, co zaburza obrót energii w tkance nerwowej – efektem są różne
zaburzenia neuropsychiczne w wyniku zatrucia amoniakiem. Ponadto kwas glutaminowy
syntetyzowany jest na drodze transaminacji.

We wszystkich tkankach pozawątrobowych najważniejszym sposobem wiązania amoniaku
jest synteza glutaminy. W wyniku transaminacji i redukcyjnej aminacji powstaje kwas
glutaminowy. Ten z kolei przy udziale syntetazy glutaminowej ulega amidacji i powstaje
glutamina:

kwas glutaminowy + NH

4

+

glutamina

Amoniogeneza jest procesem zachodzącym w nerce, jest to jeden ze sposobów

regeneracji części solnej buforu wodorowęglanowego (część kwasowa to CO

2

a część solna to

wodorowęglan). Metabolizm organizmu ludzkiego jest mechanizmem kwaśnym, cały czas
nasz organizm jest zakwaszany i dlatego bufory muszą ulegać ciągłej regeneracji. Kluczowe
znaczenie w regeneracji buforu wodorowęglanowego przypada nerce, a w zakresie dwutlenku
węgla płuco.

W kanaliku nerkowym mamy enzym glutaminazę. Glutamina, która powstała w

mięśniach płynie po organizmie, aż dopłynie np. do nerki. W kanaliku uwalnia się amoniak i
kwas glutaminowy. Amoniak w sposób bierny dyfunduje do wnętrza kanalika. Równoczesnie
w komórkach kanalika mamy enzym anhydrazę węglanową, który z CO

2

i wody tworzy kwas

węglowy, który to dysocjuje na jon wodorowy, który czynnie wydzielany jest do wnętrza
kanalika oraz jon wodorowęglanowy. śeby zachować zgodnie z prawami elektroobojętności
cały ten układ, w miejsce jonu wodorowego zostaje wchłonięty jon Na, który wraz z
wodorowęglanem tworzy wodorowęglan sodu, który jest składnikiem buforu węglanowego.

Cykl glutaminowy

W mięśniach kwas glutaminowy powstały albo przez redukcyjną aminację alfa-

ketoglutaranu, albo przez transaminację innych aminokwasów, ulega amidacji i powstaje
glutamina. Glutamina z mięśni przechodzi do krwioobiegu i płynie do nerki. W nerce
glutaminaza katalizuje powstanie kwasu glutaminowego i amoniaku – ten ostatni jako chlorek
amonu opuszcza organizm. Kwas glutaminowy ulega resorpcji, dostaje się do krążenia
ogólnego i preferencyjnie wyłapują go mięśnie. Jeśli glutamina w swojej wędrówce trafi do
jelita, tam glutaminaza również uwolni kwas glutaminowy i amoniak – tu z kolei posłuży on
do syntezy mocznika w wątrobie, albo jeszcze w jelicie przy udziale CPS-1 i
karbamoilotransferazy ornitynowej – posłuży do syntezy cytruliny. Kwas glutaminowy z
kolei albo transaminuje z pirogronianem – powstanie zatem alanina, albo jako niezmieniony
kwas glutaminowy trafi do wątroby żyłą wrotną. Najczęściej wątroba nic z nim dalej nie robi,
przepuści go do mięśni lub nerek. Druga możliwość to działanie dehydrogenazy
glutaminianowej – wtedy z kwasu glutaminowego mogą powstać dwie rzeczy:

1) alfa-ketoglutaran – zostanie wprowadzony do cyklu Krebsa
2) amoniak – zasili pulę amoniaku podlegającego cyklowi mocznikowemu

Cykl alaninowy

W mięśniu glukoza podlega glikolizie, powstaje pirogronian jako końcowy produkt

glikolizy beztlenowej. Kwas pirogronowy transaminuje z różnymi aminokwasami, wskutek
czego powstaje alanina. Alanina pojawia się w krwioobiegu i płynie do wątroby krwią
tętniczą, ale równocześnie w krwi żyły wrotnej znajduje się również alanina, która powstała
przez transaminację kwasu glutaminowego w jelicie. W wątrobie następuje transaminacja –
powstaje pirogronian, a z tego aminokwasu który powstał następuje przy okazji uwolnienie
amoniaku a następnie włączenie go do cyklu mocznikowego. Kwas pirogronowy zostaje
włączony w proces glukoneogenezy – zostaje zamieniony w glukozę, ona trafia do krwi i
zasila mięśnie. Tą drogą pozbywany jest amoniak, który powstał w mięśniach nie tylko
poprzez cykl purynowy, ale również przez transaminację aminokwasów. To jest droga
pośrednia – amoniak dopiero uwalnia się w wątrobie.

10. Cykl purynowy

Jest to najważniejsze źródło amoniaku w organizmie. Zachodzi w mitochondriach.

pyruvate – pirogronian
lactate – mleczan
urea - mocznik

W wyniku pracy mięśni i zużywania energii z ATP powstaje AMP. AMP podlega

cyklicznym przemianom, które noszą nazwę cyklu purynowego. Cykl purynowy jest
głównym źródłem amoniaku w naszym organizmie.

Powstały AMP ulega dezaminacji (dezaminaza AMP). Uwalnia się amoniak i IMP. Na

IMP działa enzym – syntetaza adenylobursztynianowa, która prowadzi do wytworzenia
adenylobursztynianu, przy udziale asparaginianu. Asparaginian pochodzi z transaminacji ze
szczawiooctanem, a ten z kolei z cyklu Krebsa. Reakcja wymaga hydrolizy GTP.
Adenylobursztynian przy udziale liazy adenylobursztynianowej hydrolizuje do fumaranu
(przykład reakcji anaplerotycznej cyklu Krebsa) i odtwarza się AMP. Jak widać, cykl
purynowy w mięśniach jest ściśle połączony z cyklem Krebsa. Zatem w cyklu purynowym
powstał amoniak, który jest związkiem silnie toksycznym.

- odtwarzanie AMP
- produkcja fumaranu
- powstawanie amoniaku z asparaginianu

Regulacja cyklu purynowego:

1)

deaminaza AMP:

(+) Na, K
(-) ortofosforan

2)

syntetaza adenylobursztynianowa:

(-) adenylobursztynian, nukleotydy purynowe, pirymidynowe, fruktozo-1,6-difosforan
(zależność między cyklem purynowym a glikolizą – spadek syntezy AMP

spadek

aktywności fosfofruktokinazy)

3)

liaza adenylobursztynianowa:

(-) AMP

4) brak dezaminazy AMP – zmęczone mięśnie wolniej regenerują zasoby energetyczne
(męczliwość, kurcze powysiłkowe, bolesność mięśni, wzrost wytwarzania adenozyny i jej
metabolitów i ucieczka poza komórki), diagnostyka: test obciążeniowy w warunkach
niedotlenienia (oznaczenie amoniaku i mleczanu we krwi żylnej odpływającej z mięsni),
rozpoznanie: prawidłowe stężenie mleczanu przy braku wzrostu amoniaku

11. Cykl mocznikowy. Lokalizacja subkomórkowa enzymów i regulacja cyklu
mocznikowego.

Cykl mocznikowy jest jednym ze sposobów wiązania amoniaku i jego utylizacji w
organizmie człowieka. Amoniak, który dostał się do żyły wrotnej płynie do wątroby.

1)

syntetaza karbamoilofosforanowa I (CPS I) – jest to enzym mitochondrialny, który
z amoniaku, dwutlenku węgla i dwóch cząsteczek ATP syntezuje karbamoilofosforan.
Podobny enzym występuje w cytozolu – zajmuje się tam syntezą karbamoilofosforanu
w szlaku biosyntezy pirymidyn. Jest to przykład kompartmentalizacji enzymów – oba
szlaki są odgraniczone i nie zachodza na siebie.

2)

karbamoilotransferaza ornitynowa – katalizuje przyłączenie ornityny do
karbamoilofosforanu z wytworzeniem cytruliny.

3)

syntetaza argininobursztynianowa - enzym regulatorowy w cyklu mocznikowym,
przyłącza kwas asparaginowy do cytruliny z wytworzeniem arginiobursztynianu

4)

na argininobursztynian działa liaza arginiobursztynianowa i powstaje arginina z
uwolnieniem fumaranu

5)

arginina podlega działaniu arginazy – powstaje mocznik i ornityna i woda

Cykl mocznikowy zachodzi w 2 przedziałach komórkowych:

1)

mitochondrium – etapy 1-2

2)

cytozol – 3-4

3)

mikrosomy - 5

Regulacja cyklu mocznikowego:

1)

CPS I – aktywatorem jest N-acetyloglutaminian, który powstaje w wyniku acetylacji
kwasu glutaminowego przez N-acetylotransferazę. Z kolei aktywatorem N-
acetylotransferazy jest enzym, którego aktywność jest uwarunkowana genetycznie,
bierze udział w metabolizmie ksenobiotyków, amin alifatycznych i aromatycznych. N-
acetylotransferaza jest również aktywowana przez argininę. CPS 1 wymaga
obecności magnezu i 2 moli ATP.

2)

syntetaza arginiobursztynianowa – aktywowana przez wzrost cytruliny

3)

arginaza – bardzo wysoka aktywność i stała Michaelisa (arginina musi osiągnąć b.
duże stężenie aby enzym uległ aktywacji). Jeśli argininy jest niedużo, zostanie ona
zużyta do syntezy białka lub NO, a jeśli jest jej dużo, zostanie zhydrolizowana do
mocznika i ornityny.

4)

transkrypcja genów enzymów cyklu mocznikowego aktywowana jest przy: głodzeniu,
diecie bogatobiałkowej

5)

powstawanie mocznika jest stymulowane przez głód i glikokortykosteroidy
(zwiększony wychwyt wątrobowy aminokwasów)

Tylko wątroba posiada kompletny zestaw enzymów cyklu mocznikowego. W innych
narządach ureogeneza zachodzi do pewnego etapu:
W jelicie są obecne pierwsze 2 enzymy cyklu mocznikowego:



CPS 1



karbamoilotransferaza ornitynowa

Finalnym produktem jest zatem cytrulina – na tym etapie możliwość przebiegu ureogenezy
się kończy. Cytrulina uwalnia się do żyły wrotnej, trafia do wątroby, dociera do krążenia
ogólnego i ma 3 możliwości:

1)

nerka – tutaj znajduje się enzym syntetaza argininobursztynianowa (nieobecna przed
momentem w jelicie), która ma dużą aktywność. Wykorzystuje cytrulinę do syntezy
argininy, ale z kolei aktywność arginazy jest tu niska. Okazuje się zatem że nerka jest
jednym z najważniejszych źródeł argininy dla syntezy białek w organizmie.

2)

OUN – wszystko dzieje się jak w nerce. Z argininy w mózgu przy udziale NOS
syntetyzowany jest tlenek azotu (NO).

3)

wątroba – zasila pulę cytruliny cyklu mocznikowego

Dobowe wydalanie mocznika wynosi ok. 20-35 g. W stanie równowagi organizmu wydalane
jest 500 mmol mocznika (14 g azotu mocznika) w ciągu doby co odpowiada spożyciu około
100 g białka.

Stężenie mocznika w surowicy krwi wynosi ok. 15-40 mg/dl. BUN (azot mocznika) w
surowicy to około 10-23 mg/dl.

Wzrost stężenia mocznika we krwi występuje w:

1)

upośledzonej filtracji kłębowej (ostra niewydolność nerek, przewlekłe choroby nerek)

2)

zmniejszonym przepływie krwi przez nerki (wstrząs, zastoinowa niewydolność
krążenia)

3)

zwiększonym katabolizmie białek (dieta wysokobiałkowa, utrata masy mięśniowej,
reabsorbcja białek po krwawieniu z przewodu pokarmowego, sterydoterapia,
nadczynność tarczycy)

4)

polekowa (antybiotyki neurotoksyczne, indometacyna, metyldopa)

5)

odwodnienie

Obniżenie stężenia mocznika we krwi występuje w:

1)

ciężkich chorobach wątroby (zatrucie CCl

4

, chloroformem, ostry zanik żółty wątroby,

wirusowe zapalenie wątroby)

2)

androgenoterapia

3)

dieta niskobiałkowa

4)

głodzenie

5)

przewodnienie

Poza usuwaniem amoniaku z organizmu, mocznik uczestniczy w zagęszczaniu moczu
poprzez zwiększenie osmolarności rdzenia nerki (wzmacniacz przeciwprądowy).




12. Zaburzenia genetyczne cyklu mocznikowego

Defekty enzymów cyklu mocznikowego mogą być wyrównane, ale zawsze prowadza

one do hiperamonemii. Całkowity brak któregoś z enzymów prowadzi do zgonu tuż po
urodzeniu. Najpoważniejszy defekt dotyczy CPS-1. Do niewielkiego stopnia hiperamonemii
prowadzi również defekt arginazy. Im defekt dotyka wcześniejszego etapu ureogenezy tym
gorzej. Objawy występują 24-48 godzin po urodzeniu wraz z przyjęciem pierwszego pokarmu
białkowego: drgawki, ataksja, brak łaknienia (mechanizm obronny), śpiączka, objawy
identyczne z posocznicą, hiperwentylacja z alkalozą, hiperamonemia, ospałość, zwiotczenie,
obrzęk ośrodka oddechowego. W celach diagnostycznych oznaczamy stężenie amoniaku,
adenylobursztynianu, glukozę, CO

2

, mleczan i kwas orotowy.

Metaboliczne zaburzenia biosyntezy mocznika, ilustrują 4 reguły mające ważne

znaczenie medyczne:

1)

defekty w wielu enzymach szlaku metabolicznego mogą powodować identyczne
objawy kliniczne

2)

akumulacja związków pośrednich przed blokiem metabolicznym lub akumulacja
produktów pomocniczych daje wgląd w reakcję, która jest zahamowana

3)

precyzyjna diagnoza wymaga ilościowego zbadania reakcji katalizowanej przez
enzym który ma defekt

4)

racjonalna terapia musi być oparta na całkowitym zrozumieniu reakcji
biochemicznych u ludzi zdrowych i chorych

Najcięższe zatrucia występują w przypadkach, w których blok metaboliczny dotyczy reakcji 1
lub 2, ponieważ w wyniku syntezy cytruliny występuje pewnego stopnia kowalencyjne
wiązanie amoniaku z węglem. Znaczną poprawę uzyskuje się przy spożywaniu pokarmów o
małej zawartości białka, co może w dużym stopniu zapobiec uszkodzeniu OUN.

Hiperamonemia typu I

Wynika z niedoboru syntetazy karbamoilofosforanowej. Objawy: wymioty, śpiączka tuż
po urodzeniu, hipotermia, hiperwentylacja, znaczna hiperamonemia. Leczenie: arginina. Ten
typ

hiperamonemii

może

być

również

wywołany

niedoborem

syntetazy

N-

acetyloglutaminanu. Jest to prawdopodobnie zaburzenie rodzinne.

Hiperamonemia typu II

Defekt leży w aktywności/niedoborze transkarbamoilazy ornitynowej. Zaburzenie jest
związane z chromosomem X. Karbamoilofosforan uczestniczy również w syntezie pirymidyn,
więc jego nagromadzenie i niemożność przemiany w cytrulinę, dodatkowo pobudza syntezę
pirymidyn (duże stężenie kwasu orotowego). Stałym objawem jest zwiększone stężenie
glutaminianu we krwi, CSF i moczu, co przypuszczalnie tłumaczy się zwiększonym
stężeniem amoniaku i w konsekwencji syntezą glutaminy.

Cytrulinemia

Zaburzenie to dziedziczone jest prawdopodobnie jako cecha recesywna. Wywołana jest
defektem syntetazy argininobursztynianowej. Podawanie argininy zwiększa u tych chorych
wydalanie cytruliny. Podobnie podawanie benzoesanu nasila wbudowanie azotu amoniaku w
kwas hipurowy przez glicynę. Objawy: okresowa hiperamonemia, śpiączka.

Kwasica argininobursztynianowa

Defekt liazy argininobursztynianowej prowadzi do zwiększenia stężenia argininobursztynianu
we krwi, CSF i moczu. Wiąże się z występowaniem łamliwych, rosnących kępkami włosów
(trichorrhexis nodosa). Objawy jak w cytrulinemii, leczenie argininą, benzoesanem i
wodorowęglanem.

Hiperargininemia

Zaburzenie w syntezie mocznika charakteryzujące się zwiększonym stężeniem argininy we
krwi, CSF, małym stężeniem arginazy w erytrocycie i składem aminokwasów w moczu
przypominającym

lizyno-cystynurię.

Objawy:

tetraplegia,

upośledzenie

umysłowe,

hiperamonemia, wysokie stężenie argininy, lizany i ornityny w moczu. Leczenie: dieta
niskobiałkowa bez argininy.

Amoniak wykazuje silnie toksycznie działanie w zakresie:



alkalizacji krwi (wzrost pH) – zahamowanie funkcji ośrodka oddechowego – kwasica w
następstwie alkalozy metabolicznej



wiązanie się z alfa-ketoglutaranem jako intermediatem cyklu Krebsa (aminacja
redukcyjna), szczególnie niebezpieczna w OUN, powoduje upośledzenie pozyskiwania
energii w tej tkance



wiązanie glutaminianu



hamowanie neurotransmisji (brak glutaminianu powoduje brak syntezy GABA)

13. Katabolizm łańcuchów węglowych aminokwasów. Aminokwasy glukogenne i
ketogenne.

Wszystkie

przemiany

szkieletu

węglowego

aminokwasów

są

reakcjami

anaplerotycznymi cyklu Krebsa.

Są ich dwa rodzaje:

1)

reakcje asymilacji dwutlenku węgla w tkankach zwierzęcych

2)

reakcje katabolizmu aminokwasów

Aminokwasy kończą szlak metaboliczny na którymś z metabolitów cyklu Krebsa lub na

pirogronianie (który nie jest de facto metabolitem cyklu Krebsa). Inne aminokwasy kończą
żywot na acetylo-CoA lub na acetoacetylo-CoA. Z tego wynika wniosek, że te które kończą
metabolizm na pirogronianie lub metabolitach cyklu Krebsa, mogą być potencjalnymi
źródłami glukozy w organizmie ludzkim, czyli służą do procesu glukoneogenezy. Natomiast

te, które kończą żywot na acetylo-CoA/acetoacetylo-CoA metabolizują się do ciał
ketonowych.

Aminokwasy ketogenne: leucyna, lizyna, tryptofan
Aminokwasy glukogenne: alanina, arginina, asparagina, asparaginian, cysteina, glicyna,
glutamina, glutaminian, histydyna, metionina, prolina, hydroksyprolina, seryna, treonina,
walina
Aminokwasy keto- i glukogenne: izoleucyna, fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan

Podział ten dotyczy metabolizmu aminokwasów w cukrzycy, bowiem żaden organizm

nie metabolizuje w warunkach prawidłowych aminokwasów w celu pozyskania energii.
Dzieje się tak w patologiach, kiedy organizm nie jest w stanie czerpać energii ani z glukozy,
ani z kwasów tłuszczowych, jak właśnie w przypadku cukrzycy. Mamy wtedy zablokowaną
przemianę węglowodanów, która sprawia, że nie ma możliwości kondensacji szczawiooctanu
z acetylo-CoA (blok przemianu pirogronianu w szczawiooctan – „tłuszcze spalają się w ogniu
węglowodanów”). W rezultacie organizm zaczyna spalać białka. Wskutek braku insuliny
uruchomiona zostaje glukoneogeneza, a glukoza tworzona jest właśnie z aminokwasów
glukogennych.

Podobnie ma się rzecz z aminokwasami ketogennymi. Doświadczalnie u zwierząt

stwierdzono, po podaniu pewnych aminokwasów, zwiększone wydalanie ciał ketonowych w
moczu. Przy braku insuliny, lipaza lipoproteinowa wrażliwa na hormon (HSL) nie jest
hamowana przez insulinę która obniża cAMP, wskutek czego dochodzi do silnej lipolizy
wewnątrzkomórkowej. W efekcie kwasy tłuszczowe w wyniku utylizacji tworzą duże ilości
acetylo-CoA/acetoacetylo-CoA, który zamiast wejść do cyklu Krebsa, schodzi na tor
ketogenezy.

KATABOLIZM SZKIELETU WĘGLOWEGO AMINOKWASÓW

GLUKOGENNYCH

a) kończące szlak na pirogronianie

ALANINA

Transaminacja alaniny dostarcza pirogronianu, który może być następnie

dekarboksylowany do acetylo-CoA. Alanina bierze udział w cyklu alaninowym (uwalniana z
mięśni ulega transaminacji, powstaje pirogronian, zostaje on włączony do szlaku przemian):

1)

albo daje początek glukozie

2)

albo jest utylizowany w cyklu Krebsa

GLICYNA

Możliwa jest przemiana glicyny w serenę, seryna zamienia się w alaninę, a ta

transaminuje do pirogronianu. Droga ta pod względem ilościowym nie jest dominująca, ma
znaczenie poboczne. Główna droga przemian glicyny w naszym organizmie (i przy okazji
również treoniny) prowadzi poprzez syntazę glicynową (kompleks enzymów), w którym
kofaktorem jest fosforan pirydoksalu (PLP) – jest to kompleks zlokalizowany w
mitochondrium komórki wątrobowej. Doprowadza do uwolnienia CO

2

i NH

3

. Amoniak dalej

włączany jest do cyklu mocznikowego i w ten sposób wydalany jako mocznik.

H

4

folian

N

5

,N

10

-metyleno-H

4

folian

glicyna + NAD

+

CO

2

+ NH

4

+

+ NADH + H

+

SYNTAZA GLICYNOWA

Ponadto glicyna uczestniczy w syntezie:



kreatyny (kondensacja z argininą przy udziale amidynotransferazy glicynowej)



puryn,



glikokoniugatów – np. kwas glikocholowy – sprzężony kwas żółciowy, kwas hipurowy
(połączenie glicyny z benzoesanem), Wiele leków mających grupy karboksylowe
wydalane są jako połączenia glicynowe.



porfiryn. (kondensacja z sukcynylo-CoA przy udziale syntazy ALA)

Glicyna ulega działaniu hydroksymetylotransferazy serynowej z utworzeniem seryny.

Reakcja ta przebiega z zamianą formylotetrahydrofolianu do tetrahydrofolianu. Seryna z kolei
przy udziale dehydratazy serynowej (PLP) odszczepia cząsteczkę wody tworząc nienasycony
aminokwas. Ten jest przeorganizowany w α-iminokwas, który samorzutnie hydrolizuje do
amoniaku i pirogronianu. Pirogronian przy udziale AlAT transaminuje do alaniny.


Glicyna przy udziale aldolazy treoninowej ulega przemianie do treoniny:

TREONINA

Treonina powstaje w wyniku działania na glicynę aldolazy treoninowej, uwalnia się

również aldehyd octowy. Reakcja jest odwracalna i prowadzi do powstawania glicyny, seryny
itp. aż do uzyskania pirogronianu (patrz wyżej). Aldehyd octowy ulega działaniu
dehydrogenazy aldehydowej z utworzeniem octanu, a ten zamienia się w acetylo-CoA przy
pomocy syntetazy acetylo-CoA. Pirogronian powstały z seryny może ulec działaniu
dehydrogenazy pirogronianowej prowadząc do uzyskania acetylo-CoA. To jest pierwsza
droga.

Druga możliwość to przemiana treoniny w propionylo-CoA. Najpierw powstaje α-

ketomaślan, potem następuje jego dekarboksylacja oksydacyjna i powstaje propionylo-CoA.
On zamienia się w sukcynylo-CoA i wchodzi do cyklu Krebsa:

SERYNA

Drogi przemiany:

1)

mało istotna – seryna

alanina
pirogronian

2)

bardziej istotna – przemiana seryny do glicyny przy udziale tetrahydrofolianu
(hydroksymetylotransferaza serynowa) i rozpad glicyny do amoniaku i dwutlenku
węgla

Seryna bierze udział w:

1)

metabolizmie aminokwasów siarkowych: siarka metioniny w postaci homocysteiny
przenoszona jest na serenę syrenę utworzeniem cysteiny

2)

syntezie sfingozyny (poprzez kondensację z palmitoilo-CoA)

3)

syntezie fosfolipidów glicerolowych i nieglicerolowych

4)

podlega dekarboksylacji do etanoloaminy

Seryna tworzy się ze związku pośredniego glikolizy – 3-fosfoglicerynianu. Ten ulega

utlenieniu do fosfoenolopirogronianu, ten z kolei ulega transaminacji tworząc fosfoserynę,
która ulega defosforylacji tworząc serynę.

CYSTEINA

Cysteina, której obecność w pożywieniu nie jest konieczna, tworzy się z metioniny

(koniecznej w pożywieniu) i seryny (niekoniecznej w pożywieniu). Metionina ulega najpierw
przemianie w homocysteinę przez S-adenozylometioninę i S-adenozynohomocysteinę:

ATP

P

i

+ PP

i

metionina S-adenozylometionina

akceptor

CH

3

-akceptor

S-adenozynohomocysteina

H

2

O

adenozyna

homocysteina

+ seryna

- H

2

O

cystationina

+ H

2

O

homoseryna + cysteina

ADENOZYLOTRANSFERAZA

L-METIONINOWA

Przemiana cysteiny do pirogronianu odbywa się dwutorowo:

1)

bezpośredniego utleniania:

Cysteina ulega utlenieniu do cysteinosulfinianu (dioksygenaza cysternowa). Następnie
powstały cysteinosulfinian transaminuje do β-sulfinylopirogronianu (aminotransferaza). W
końcu desulfinaza konwertuje poprzedni związek do pirogronianu z uwolnieniem siarczynu.

2)

transaminacji:

Cysteina transaminuje do 3-merkaptopirogronianu. Ten z kolei podlega działaniu
siarkotransferazy (desulfuracja) z utworzeniem pirogronianu i siarkowodoru. Częściej 3-
merkaptopirogronian jest redukowany przez dehydrogenazę mleczanową do 3-
merkaptomleczanu i pirogronianu.

Cysteina uczestniczy w:



biosyntezie glutationu (γ-glutamylocysteinyloglicyna)



przemianie aminokwasów siarkowych



tworzy tioetanoloamid kwasu fosfopantotenowego który służy do syntezy ACP lub CoA



dekarboksylacja cysteiny prowadzi do cysteaminy



kwas cysteinowy po dekarboksylacji tworzy taurynę która w połączeniu z kwasem
cholowym tworzy kwas taurocholowy

Cysteina powstaje również w wyniku reakcji katalizowanej przez reduktazę cystynową. W
rezultacie z jednej cząsteczki cystyny powstają dwie cząsteczki cysteiny. Towarzyszy temu
utlenienie NADH + H

+

.

b) kończące szlak na α-ketoglutaranie:

HISTYDYNA

1)

dekarboksylacja histydyny dostarcza histaminy w reakcji katalizowanej przez
dekarboksylazę histydynową.

2)

powstawanie α-ketoglutaranu:

Histydyna podlega deaminacji katalizowanej przez amoniakoliazę histydynową.

Tworzy się zatem urokanian. Urokanian podlega działaniu urokanazy z wytworzeniem
imidazolopropionianu. Ten z kolei ulega reakcji przy udziale imidazolopropionazy i powstaje
kwas formiminoglutaminowy (FIGLU). Tu potrzebny jest tetrahydrofolian, aby mógł zabrać
grupę formiminową od FIGLU. Gdy tego dokona, powstaje glutaminian, który transaminuje
do α-ketoglutaranu.

W przypadku braku kwasu foliowego, reakcja z powstawaniem glutaminianu jest

utrudniona lub zablokowana, a FIGLU jest wydalany z moczem.

3)

powstawanie karnozyny i anseryny:

Do związków histydynowych, występujących w organizmie należą ergotioneina,

karnozyna i anseryna z pożywienia. Karnozyna występuje w mięśniach szkieletowych

człowieka. Anseryna pochodzi z pożywienia, ponieważ jest ona typowa dla mięśni
odznaczających się szybką czynnością skurczową.
Są to dipeptydy β-alanylowe, które są syntetyzowane i degradowane na krótkich szlakach.
Biosynteza karnozyny jest katalizowana przez syntetazę karnozynową:

β-alanina + L-histydyna + ATP

karnozyna +AMP + PP

i

Hydroliza karnozyny do β-alaniny i L-histydyny katalizowana jest przez karnozynazę.

Homokarnozyna jest dipeptydem OUN. Występuje w mózgu w stężeniach 100 razy
większych niż karnozyna. Biosynteza homokarnozyny zachodzi w mózgu pod wpływem
syntetazy karnozynowej. Zaburzenie jej biosyntezy prowadzi do postępującej paraplegii i
upośledzenia umysłowego.

Anseryna powstaje u zwierząt (ale nie u ludzi) w wyniku metylacji karnozyny przez S-
adenozylometioninę przy pomocy N-metylotransferazy karnozynowej:

S-adenozylometionina + karnozyna

S-adenozylohomocysteina + anseryna

PROLINA

Zamiast poddać się bezpośredniej transaminacji, prolina jest utleniana (dehydrogenaza

prolinowa) do dehydroproliny, która po przyłączeniu cząsteczki wody w sposób
nieenzymatyczny tworzy γ-semialdehyd glutaminianu. Ten utlenia się do glutaminianu
(dehydrogenaza semialdehydo-L-glutaminowai) i podlega transaminacji (aminotransferaza
alaninowa) do α-ketoglutaranu.

Z kolei hydroksyprolina nie ulega najpierw przekształceniu w prolinę a potem do kwasu

glutaminowego, tylko poprzez kwas γ-hydroksyglutarowy (aminotransferaza) prowadzi do
kwasu pirogronowego i glioksalanu (aldolaza).

ARGININA

Pod wpływem arginazy – enzymu cyklu mocznikowego, arginina rozpada się na

mocznik i ornitynę.

Ornityna ulega transaminacji z wytworzeniem γ-semialdehydu glutaminianu, który

przekształca się w α-ketoglutaran.

Arginina jest aminokwasem częściowo egzogennym. Na potrzeby organizmu

syntetyzowana jest najintensywniej w rdzeniu nerki. W jelicie znajdują się dwa pierwsze
enzymy cyklu mocznikowego (CPS-1 + karbamoilotransferaza ornitynowa), powstaje
cytrulina, która trafia z krwią do nerki gdzie znajdują się dwa następne enzymy cyklu
mocznikowego – syntetaza argininobursztynianowa i liaza argininobursztynianowa. Powstaje
tam zatem arginina i fumaran.

Arginina jest wyjściowym substratem dla syntezy ważnych biologicznie związków:



ornityny, która ma znaczenie w syntezie poliamin i cyklu mocznikowym



kreatyny



tlenku azotu



syntezie białek

Ornityna może ulec:

1)

transaminacji do gamma-aldehydu kwasu glutaminowego, a ten ulec utlenieniu do
kwasu glutaminowego i transaminacji do alfa-ketoglutaranu, lub w odwracalnej
reakcji przekształcić się w prolinę

2)

dekarboksylacji (dekarboksylaza ornitynowa) – z wytworzeniem putrescyny

Synteza spermidyny i sperminy:

1)

metionina ulega adenylacji przy udziale ATP, z powstaniem S-adenozylometioniny

2)

na SAM działa dekarboksylaza SAM – powstaje dekarboksylowana S-
adenozylometionina

3)

równocześnie ornityna ulega dekarboksylacji z wytworzeniem putrescyny

4)

przy udziale syntazy spermidynowej powstaje spermidyna, a z dekarboksylowanej
SAM powstaje metylotioadenozyna

5)

spermidyna ulega przemianie do sperminy, a z dekarboksylowanej SAM powstaje
metylotioadenozyna (syntaza sperminowa)

Putrescyna:



reguluje wzrost komórek



bierze udział w przekaźnictwie sygnałów



prekursor syntezy spermidyny i sperminy



w małych stężeniach hamuje transkrypcję, w dużych wywołuje apoptozę



punkt uchwytu chemioterapeutyków przeciwbakteryjnych, leków p/nowotworowych



wpływ na strukturę DNA (B

Z)



wpływ na kanały wapniowe

SYNTEZA TLENKU AZOTU

Pod wpływem syntazy NO (zależnej od tetrahydrobiopteryny), z argininy powstaje NO i
cytrulina. NO/EDRF odpowiada za neuroprzekaźnictwo w OUN, pamięć krótkoterminową
oraz ma działanie wazodilatacyjne na mięśniówkę naczyń krwionośnych. Synteza tlenku
azotu zależna jest od dostępności argininy, tetrahydrobiopteryny. NO w zespole reperfuzji
odpowiada za powstawanie wolnych rodników (peroksynitryli), które uszkadzają śródbłonek
naczyniowy.

Pochodne argininy działają ponadto cytoprotekcyjnie. Pacjenci z niewydolnością nerek po
dializach często umierają na zawał mięśnia sercowego. Przyczyną jest występowanie
analogów argininy: L-NMA, ADMA, SDMA. Są to inhibitory kompetycyjne syntazy NO.
Biorą się one w wyniku metylacji reszt argininowych w białkach, których hydroliza prowadzi
do uwolnienia drogą nerkową toksycznych metabolitów argininy.

KWAS GLUTAMINOWY

1)

kwas glutaminowy pod wpływem działania aminotransfeazy alaninowej oddaje azot
na pirogronian z wytworzeniem α-ketoglutaranu. Glutaminian powstaje również pod
wpływem glutaminazy z glutaminy.

2)

Dekarboksylacja kwasu glutaminowego prowadzi do wytworzenia kwasu γ-
aminomasłowego (GABA) przy udziale dekarboksylazy glutaminianowej, który jest
neurotransmitterem hamującym w OUN. GABA może przekształcić się w
semialdehyd bursztynianowy (a ten w bursztynian przy udziale dehydrogenazy
semialdehydu bursztynianowego) i wejść do cyklu Krebsa. Semialdehyd
burszytnianowy może ulec przemianie do γ-hydroksymaślanu przy pomocy
dehydrogenazy mleczanowej.

3)

synteza glutationu z glutaminianu, cysteiny i glicyny

c) metabolizowane do sukcynylo-CoA:

METIONINA

ATP

P

i

+ PP

i

metionina S-adenozylometionina

akceptor

CH

3

-akceptor

S-adenozynohomocysteina

H

2

O

adenozyna

homocysteina

+ seryna

- H

2

O

cystationina

+ H

2

O

NH

4

+

+ homoseryna + cysteina

ADENOZYLOTRANSFERAZA

L-METIONINOWA

β-SYNTAZA CYSTATIONINOWA

Homocystetina może ulegać 2 torom katabolicznym:

1)

przy udziale β-syntazy cystationinowej i seryny powstaje cystationina. Cystationina
ulega ulega następnie przekształceniu do cysteiny i homoseryny (a ta do α-
ketomaślanu przy udziale γ-liazy cystationinowej). Z alfa-ketomaślanu po
dekarboksylacji oksydacyjnej powstaje propionylo-CoA który po karboksylacji
przekształca się w sukcynylo-CoA

2)

druga możliwość utylizacji homocysteiny to jej metylacja do metioniny (potrzebne są
tutaj witamina B

12

i metylenotetrahydrofolian).

1)

metylowana witamina B

12

oddaje metyl na homocysteinę tworzy się metionina.

2)

wolna

witamina

B

12

może

znowu

przyjąć

grupę

metylową

od

metylotetrahydrofolianu – wtedy powstaje tetrahydrofolian

3)

tetrahydrofolian przekształca się w N

5

,N

10

-metylenotetrahydrofolian z równoczesną

przemianą seryny w glicynę

4)

metylenotetrahydrofolian przekształca się w metylotetrahydrofolian przy udziale
MTHFR (reduktazy metylenotetrahydrofolianowej)

5)

metionina ulega adenylacji do S-adenozynometioniny, która jest „AKTYWNĄ
METIONINĄ” – może oddać metyl na akceptor, a sama przekształca się do S-
adenozynohomocysteiny, która po deadenylacji tworzy homocysteinę

Do czego służy metionina? Przede wszystkim w różnorodnych reakcjach metylacji:

1)

powstawaniu kreatyny (kwas guanidynooctowy

kreatyna)

2)

powstawaniu adrenaliny (noradrenalina

adrenalina)

3)

powstawaniu acetylocholiny (etanoloamina

cholina
acetylocholina)

4)

syntezie anseryny (karnozyna

anseryna)

5)

dojrzewaniu tRNA (tRNA ulega metylacji w procesie dojrzewania)

6)

syntezie karnityny (kwas 3-hydroksy-4-aminomasłowy

karnityna)

TREONINA

Następna możliwość to przemiana treoniny w propionylo-CoA. Najpierw powstaje α-

ketomaślan, potem następuje jego dekarboksylacja oksydacyjna i powstaje propionylo-CoA.
On zamienia się w sukcynylo-CoA i wchodzi do cyklu Krebsa

LEUCYNA, IZOLEUCYNA I WALINA

Są to aminokwasy o rozgałęzionym szkielecie węglowym. Ich dwa pierwsze etapy

katabolizmu wyglądają podobnie. Następnie szkielet węglowego każdego z aminokwasów
wchodzi na swój własny unikatowy szlak, prowadzący do amfibolicznych związków
pośrednich, których struktura determinuje fakt, że walina jest glukogenna, leucyna –
ketogenna, a izoleucyna zachowuje się dwojako. Katabolizm aminokwasów rozgałęzionych
odbywa się w wątrobie, nerkach, mięśniach, sercu oraz tkance tłuszczowej i rozpoczyna się
przed ich wejściem do komórek. Po odwracalnej transaminacji utworzone α-ketokwasy
wnikają do mitochondriów, gdzie ulegają dekarboksylacji oksydacyjnej przez pojedynczą
dekarboksylazę α-ketokwasów o łańcuchu rozgałęzionym, wieloenzymowy kompleks luźno

powiązany z wewnętrzną błoną mitochondrialną. Powstające tioestry α-ketoacylo-CoA o
łańcuchach rozgałęzionych są następnie katabolizowane w odrębnych szlakach.


leucyna walina izoleucyna



α-ketoizokapronian α-ketoizowalerianian α-keto-β-metylowalerianian



izowalerylo-CoA izobutyrylo-CoA α-metylobutyrylo-CoA



β-metylokrotonylo-CoA metaakrylilo-CoA tygilo-CoA




Katabolizm metylokrotonylo-CoA pochodzącego z leucyny:

1)

metylokrotonylo-CoA ulega karboksylacji do metyloglutakonylo-CoA przy udziale
biotyny

2)

metyloglutakonylo-CoA przyłącza wodę i tworzy HMG-CoA (β-hydroksy-β-
metyloglutarylo-CoA

3)

HMG-CoA ulega działaniu liazy HMG-CoA i tworzy acetooctan i acetylo-CoA (ciała
ketonowe)

Katabolizm metaakrylilo-CoA i tygilo-CoA pochodzącego odpowiednio z waliny i
izoleucyny prowadzi do wytworzenia:

1)

z waliny β-aminoizomaślanu i metylomalonylo-CoA (

sukcynylo-CoA)

2)

z izoleucyny acetylo-CoA i propionylo-CoA (

metylomalonylo-CoA
sukcynylo-

CoA)

Podsumowując:

metionina α-ketomaślan

izoleucyna propionylo-CoA

walina metylomalonylo-CoA

sukcynylo-CoA

TRANSAMINACJA

DEKARBOKSYLACJA OKSYDACYJNA

ODWODORNIENIE TIOESTRÓW ACYLO-CoA

MUTAZA
METYLOMALONYLO-
CoA, zależna od wit. B

12

d) metabolizowane do fumaranu:

FENYLOALANINA

Aminokwas egzogenny, pod wpływem PAH (hydroksylazy fenyloalaninowej)

przekształcany jest do tyrozyny:

TYROZYNA

fenyloalanina tyrozyna

p-hydroksyfenylopirogronian

homogentyzynian



maleiloacetooctan fumaryloacetooctan

fumaran

acetooctan

KWAS ASPARAGINOWY

Z asparaginy pod wpływem asparaginazy powstaje kwas asparaginowy. Kwas

asparaginowy wchodzi do cyklu Krebsa jako fumaran częściej w postaci szczawiooctanu.
Najpierw ulega transaminacji i powstaje szczawiooctan. Kwas asparaginowy może ulec
dekarboksylacji i powstanie w ten sposób alanina, ona następnie przez transaminację daje
pirogronian i wreszcie w wyniku beta-dekarboksylacji kwasu asparaginowego powstaje beta-
alanina która jest składnikiem CoA.

HYDROKSYLAZA FENYLOALANINOWA

DIOKSYGENAZA

4-HYDROKSYFENYLOPIROGRONIANOWA

askorbinian, Cu

2+

AMINOTRANSFERAZA TYROZYNOWA

DIOKSYGENAZA

HOMOGENTYZYNIANOWA

IZOMERAZA

FUMARYLOACETOACETAZA

KATABOLIZM SZKIELETU WĘGLOWEGO AMINOKWASÓW KETOGENNYCH

Wszystkie aminokwasy tworzące pirogronian (alanina, cysteina, cystyna, glicyna,

hydroksyprolina, seryna i treonina), dostarczają acetylko-CoA z udziałem dehydrogenazy
pirogronianowej. Ponadto: fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan, lizyna, leucyna, izoleucyna
tworzą acetylo-CoA bez wcześniejszego formowania pirogronianu.

FENYLOALANINA I TYROZYNA

Fenyloalanina pod wpływem hydroksylazy fenyloalaninowej zamienia się w tyrozynę.

Transaminacja

tyrozyny

dostarcza

p-hydroksyfenylopirogronianu

(aminotransferaza

tyrozynowa). Następnie działa enzym dioksygenaza 4-hydroksyfenylopirogronianowa która
tworzy homogentyzynian. Pod wpływem dioksygenazy homogentyzynianowej powstaje
maleiloacetooctan, który następnie izomeryzuje (izomeraza maleiloacetooctanowa) do
fumaryloacetooctanu. Ten przy udziale fumaryloacetoacetazy uwalnia fumaran i acetooctan.
Acetooctan pod wpływem acylotransferazy acetylo-CoA zamienia się w acetylo-CoA i octan.

TRYPTOFAN

1)

katabolizm

tryptofanu

inicjuje

dioksygenaza

tryptofanowa

–

powstaje

formylokinurenina

2)

pod wpływem formamidazy kinureninowej powstaje kinurenina

3)

kinurenina utlenia się do hydroksykinureniny przy udziale monooksygenazy
kinureninowej

4)

kinureninaza katalizuje przemianę hydroksykinureniny do hydroksyantranilanu

5)

ten z kolei pod wpływem dioksygenazy hydroksyantranilanowej kończy szlak
metaboliczny (po kilku reakcjach pośrednich) na α-ketoadypinianie.

LIZYNA

Ssaki przekształcają szkielet węglowy lizyny w α-ketoadypinian i α-aminoadypinian.

Lizyna najpierw tworzy z alfa-ketoglutaranem zasadę Schiffa, która ulega redukcji do
sacharopiny (dehydrogenaza sacharopinowa tworząca L-lizynę), a następnie utlenieniu
(dehydrogenaza sacharopinowa tworząca L-glutaminian). W wyniku przyłączenia
cząsteczki wody tworzy się glutaminian i δ-semialdehyd α-aminoadypinianu. Transaminacja
α-aminoadypinianu dostarcza α-ketoadypinianu, który ulega dekarboksylacji oksydacyjnej do
glutarylo-CoA.

LEUCYNA I IZOLEUCYNA

Katabolizm metylokrotonylo-CoA pochodzącego z leucyny:

1)

metylokrotonylo-CoA ulega karboksylacji do metyloglutakonylo-CoA przy
udziale biotyny

2)

metyloglutakonylo-CoA przyłącza wodę i tworzy HMG-CoA (β-hydroksy-β-
metyloglutarylo-CoA

3)

HMG-CoA ulega działaniu liazy HMG-CoA i tworzy acetooctan i acetylo-CoA
(ciała ketonowe)

Katabolizm tygilo-CoA pochodzącego z izoleucyny prowadzi do wytworzenia

acetylo-CoA i propionylo-CoA. Świadczy to zarówno keto- jak i glukogennym charakterze
izoleucyny (acetylo-CoA prowadzi do wytworzenia ciał ketonowych, a propionylo-CoA może
wejść do cyklu Krebsa jako sukcynylo-CoA i przekształcić się w szczawiooctan).

14. Dekarboksylacja aminokwasów – aminy biogenne.

a) synteza amin katecholowych:

Z tyrozyny wytwarza się adrenalina i noradrenalina w komórkach pochodzenia

nerwowego. DOPA jest związkiem pośrednim przy tworzeniu zarówno melaniny jak i
noradrenaliny, jednak odmienne enzymy są odpowiedzialne za hydroksylacje tyrozyny w
melanocytach oraz w innych typach komórek.

Uwagi:



3-monooksygenaza tyrozynowa – zależna od tetrahydrobiopteryny



dekarboksylaza DOPA – enzym zależny od PLP (fosforanu pirydoksalu)



β

-oksydaza dopaminowa – zależna do witaminy C i jonów miedzi



transferaza N-metylofenyloetanoloaminowa – wykorzystuje SAM

b) synteza hormonów tarczycowcych

Również tyrozyna jest prekursorem hormonów tarczycy: trijodotyroniny i tyroksyny.

Komórki pęcherzykowe wyłapują w sposób czynny jodki, utleniają je do jodu, a następnie do
tyreoglobuliny, która znajduje się w koloidzie wbudowują (organifikacja). Następnie
sprzęganie mono- i dijodotyrozyn (MIT, DIT) z wytworzeniem tetrajodotyroniny czyli
tyroksyny i trijodotyroniny czyli T

3

. Komórka pęcherzykowa wchłania koloid, tu następuje

uwolnienie MIT i DIT, które są redystrybuowane do kolejnej syntezy, a T

3

i T

4

zostaje

wydzielone do krążenia. Wszystkie etapy są pod ścisłą kontrolą TSH. Głównym hormonem
wydzielanym jest T

4

.

Jeżeli w trakcie tworzenia hormonów dochodzi do dejodynacji w pierścieniu bliższym

powstaje rewers T

3

(rT

3

). Ma ona znikome właściwości biologiczne. Wykorzystuje się to w

leczeniu nadczynności tarczycy, gdzie nadmiar T

4

dejodynuje się do rT

3

leki β-

adrenolityczne czyli blokujące receptory β-adrenergiczne oraz hormony kory nadnerczy –
glikokortykoidy.

c)

synteza melanin

Reakcję początkową katalizuje 3-monooksygenaza tyrozynowa (tyrozyna

DOPA), enzym

zależny od miedzi. Następnie z DOPA przy udziale oksydazy katecholowej powstaje
dopachinon, który daje początek prekursorom melanin – eumelaninom, trichochromom,
feomelaninom, melaninom typu mieszanego.

d)

synteza serotoniny:

Serotonina powstaje na skutek dekarboksylacji 5-hydroksytryptofanu, powstaje zatem 5-

hydroksytryptamina (serotonina). Jest to ważny czynnik zwężający naczynia krwionośne i
stymulator skurczu mięśni gładkich. Złośliwy krakowiak zwiększa wytwarzanie serotoniny,

objawem

są

metabolity

katabolizmu

tej

katecholaminy

w

moczu

(kwas

5-

hydroksyindolilooctowy).

e)

dekarboksylacja histydyny dostarcza histaminy – mediatora reakcji zapalnej
odpowiadającego za odpowiedź anafilaktyczną. Synteza histaminy najintensywniej
zachodzi w mastocytach (komórkach tucznych). Wymaga obecności PLP (fosforanu
pirydoksalu).

f)

dekarboksylacja

kwasu

glutaminianowego

dostarcza

kwasu

gamma-

aminomasłowego (GABA) – ważnego neuroprzekaźnika o charakterze hamującym

g)

dekarboksylacja lizyny dostarcza kadaweryny – stabilizuje rybosomy i jest produktem
metabolizmu bakterii

h)

dekarboksylacja ornityny dostarcza putrescyny – prekursora spermidyny i sperminy

i)

dekarboksylacja kwasu asparaginowego prowadzi do utworzenia beta-alaniny

(składnika CoA)

j)

seryna

etanoloamina (synteza fosfatydów i choliny)

k)

treonina

propanoloamina (składnik witaminy B

12

)

l)

cysteina

cysteamina (składnik CoA)

Aminy biogenne powstają poprzez dekarboksylację aminokwasów zasadowych i
obojętnych. Wszystkie, za wyjątkiem histaminy mają działanie wazokonstrykcyjne i
podwyższają ciśnienie krwi. Wszystkie wymagają koenzymu – PLP – fosforanu pirydoksalu.

16. Bloki metaboliczne w metabolizmie aminokwasów

Aminoacydurie są to stany, w których dochodzi do nadmiernego wydalania aminokwasów z
moczem. Aminokwasy w kanaliku bliższym nefronu prawie w 100% są zwrotnie wchłaniane,
wobec czego ich stężenie w moczu ostatecznym jest znikome. Aminoacydurie dzielimy na

1)

pierwotne: uwarunkowane genetycznie, jako wynik bloku metabolicznego



„z przelewu” – aminokwas osiąga tak duże stężenie we krwi, że przekracza
próg nerkowy i przelewa się do moczu. W moczu jest go tak dużo, że
maksymalny transport kanalikowy również zostaje przekroczony nie może się
wchłonąć zwrotnie. Nerka jest w tym wypadku zdrowa, ale wcześniej wystąpił
blok

metaboliczny.

Przykłady:

hiperfenyloalaninemia,

tyrozynemia,

alkaptonuria,

homocysteinemia,

histydynemia,

MSD,

defekty

cyklu

mocznikowego



wynikające z zaburzonego transportu cewkowego (bez hiperaminacydemii) –
cystynuria,

hipercystynuria,

choroba

Hartnupów,

aminoacyduria

dikarboksylowa

2)

wtórne: uwarunkowane nabytą przyczyną



hiperaminoacyduria z przelewu – kiedy aminokwasy nie są wykorzystywane
do syntez (ciężkie choroby wątroby, marskość wątroby, ostry żółty zanik
wątroby, zatrucie muchomorami, czterochlorkiem węgla)



zaburzenia transportu cewkowego aminokwasów – w wyniku uszkodzenia
nerek (zatrucie metalami cięzkami, stosowanie leków neurotoksycznych itp.)

Aminoacydemie prowadzą do:

1)

braku końcowego produktu szlaku metabolicznego (np. w fenyloketonurii nie
powstaje tyrozyna, ale może być dostarczona jako aminokwas z pożywieniem)

2)

gromadzeniu się produktów pośrednich (szczególnie toksycznie działających na OUN)

3)

uruchomieniu bocznych dróg przemian (np. fenyloketonuria)

4)

przesycenie moczu – wytrącanie się złogów

1)

bloki w syntezie mocznika – opisane w punkcie 12.

2)

histydyna – histydynemia wywołana jest zaburzeniem przemiany histydyny w
urokanian (amoniakoliaza histydynowa). Metabolizm histydyny może być wywołany
braku

kwasu

foliowego

–

foliowego

przypadku

jego

braku,

kwas

formiminoglutaminowy nie może oddać grupy formiminowej na tetrahydrofolian i
przekształcić się w glutaminian. Gromadzi się wówczas kwas Figlu. Diagnostyka
polega na teście obciążeniowym L-histydyną.

3)

tyrozyna:



typu I – tyrozynoza, wada tkwi w hydrolazie fumaryloacetooctanowej, w
osoczu gromadzi się tyrozyna i metionina.



typu II – zespół Richnera-Hanharta, wada metaboliczna dotyczy
aminotransferazy

tyrozynowej

wątroby,

(tyrozyna

p-

hydroksyfenylopirogronian). Wzrasta stężenie tyrozyny, dochodzi do
uszkodzenia wzroku i skóry oraz opóżnienia rozwoju umysłowego. Występują
w osoczu metabolity alternatywne tyrozyny: p-hydroksyfenylopirogronian, p-
hydroksyfenylomleczan, p-hydroksyfenylooctan, tyramina i N-acetylotyrozyna



alkaptonuria – wrodzone zaburzenie metaboliczne, polegające na braku
aktywności dioksygenazy homogentyzynianowej (homogentyzynian

maleiloacetooctan). Najbardziej charakterystycznym objawem alkaptonurii jest
ciemnienie moczu wystawionego na działanie powietrza. W późniejszym
stadium choroby następuje uogólniona pigmentacja tkanki łącznej (ochronoza)
i pewna postać zapalenia stawów. Ochronoza jest wynikiem utleniania się
homogentyzynianu w obecności oksydazy polifenolowej tworzącej octan
benzochinonu. Patogeneza: gromadzenie kwasu homogentyzynowego,
wiązanie się z kolagenem w chrząstce, odkładanie się w chrząstkach
międzykręgowych,

zapalenie

stawów,

hiperpigmentacja

chrząstki,

homogentyzynuria,



fenyloketonuria



albinizm

4)

tryptofan: w procesie katabolizmu tryptofanu uczestniczy witamina B

6

. Fosforan

pirydoksalu pełni tutaj funkcje koenzymu kinureninazy (hydroksykinurenina

hydroksyantranilan). W przypadku niedoboru tej witaminy, hydroksykinurenina
zbacza na szlak, w wyniku których powstaje kwas ksanturenowy i amoniak, który jest
wydalany z moczem. Brak tryptofanu zaburza powstawanie amidu kwasu
nikotynowego (witamina PP), kwasu pikolinowego (rola we wchłanianiu cynku),
serotoniny, melatoniny. Choroba Hartnupa – jest wynikiem defektów w transporcie
obojętnych aminokwasów, właczając tryptofan. Zakłócone wchłanianie tryptofanu w
nerkach i jelitach ogranicza ilość tryptofanu osiągalnego dla biosyntezy niacyny
(pelagra).

5)

aminokwasy o łańcuchu rozgałęzionym (walina, leucyna, izoleucyna)



MSD (choroba z moczem o zapachu klonowego syropu) – wada biochemiczna
polega na braku/zmiejszonej aktywności enzymu dekarboksylazy α-
ketokwasów, która katalizuje przemiany tych ketokwasów do tioestrów
acetylo-CoA. Z reguły choroba uwidacznia się pod koniec 1. tygodnia życia
pozamacicznego, dzieci umierają w okresie noworodkowym, przeżywające –
znaczne upośledzenie umysłowe.



kwasica izowalerianowa – uszkodzonym enzymem jest dehydrogenaza
izowalerylo-CoA na szlaku przemian leucyny – izowalerylo-CoA gromadzi się
i jest hydrolizowany do izowalerianu oraz wydalany z moczem i potem
(„serowy” zapach moczu, oddechu i płynów ustrojowych, kwasica, wymioty,
śpiączka)

6)

hiperhomocysteinemia

Przyczyny:



wrodzone defekty enzymatyczne (β-syntaza cystationinowa, reduktaza
metylenotetrahydrofolianowa)



niedobór witaminy B

6

, B

12

(przeniesienie grupy metylowej na homocysteinę z

wytworzeniem metioniny), kwasu foliowego (dawca grupy metylowej na
witaminę B

12

)



przewlekła niewydolność nerek



łuszczyca



chemioterapia noworodków



niedoczynność tarczycy

Defekt wrodzony MTHFR określany jest jako C677T (mutacja punktowa – alanina

walina), prowadzi do powstania enzymu termolabilnego który bardzo szybko traci swoją

aktywność i w rezultacie dochodzi do hiperhomocysteinemii. Metylenotetrahydrofolian nie
może przekształcić się do metylotetrahydrofolianu i oddać metyl na witaminę B

12

, która

przekazując metyl na homocysteinę tworzy z niej metioninę („pułapka folianowa”).

Mechanizmy proaterogennego działania homocysteiny:



oksydacja cholesterolu i kwasów tłuszczowych (powstają oksysterole i nadtlenki
kwasów tłuszczowych)



tiolacja apoB

100

– powstają tiolowane LDL-e, które są wyłapywane przez

receptory scavenger na makrofagach, a nie są wyłapywane przez receptory apoB/E
w tkankach



działanie cytotoksyczne na śródbłonek



wzrost ekspresji czynnika tkankowego (TF)



obniżenie syntezy prostacykliny i NO



wzrost ekspresji czynnika VIII (von Willebrandta)



nasilenie adhezji i agregacji trombocytów



wzrost degradacji elastyny



pobudzenie proliferacji SMC



zaburzenie aktywacji białka C (naturalny inhibitor krzepnięcia)

Podwyższenie stężenia homocysteiny w krwi o 5 µmol/l, podnosi ryzyko zakrzepicy

wieńcowej i zawału mięśnia sercowego o 100%. Leczenie hiperhomocysteinemii polega na
suplementacji kwasem foliowym, witaminą B

6

i B

12

w dużych dawkach.

W patogenezie objawów chorobowych stwierdza się: zaburzenia w zakresie aparatu

więzadłowego soczewki oka, zwichnięcia i zrzeszotnienia kości, osteoporozę, deformacje
kolan i klatki piersiowej, zaburzenia oddychania, częste infekcje u dzieci i uszkodzenie
naczyń krwionośnych.

U kogo warto oznaczyć stężenie homocysteiny?



u ludzi którzy w młodym wieku przeszli zawał serca (etiologia: zakrzepica wieńcowa)



u młodych ludzi którzy przebyli udary mózgu



u ludzi z hipercholesterolemią



u kobiet które poroniły

17. Cykl bursztynianowo-glicynowy

Cykl ten wiąże się z rozkładem glicyny do amoniaku i dwutlenku węgla.

1)

glicyna reaguje z bursztynianem tworząc α-amino-β-ketoadypinian (syntaza ALA)

2)

α-amino-β-ketoadypinian przekształca się w δ-aminolewulinian (

synteza hemu) z

uwolnieniem CO

2

3)

δ-aminolewulinian zamienia się w semialdehyd α-ketoglutaranu z uwolnieniem NH

3

4)

semialdehyd α-ketoglutaranu zamienia się w α-ketoglutaran

5)

α-ketoglutaran (

cykl Krebsa) ulega dekarboksylacji oksydacyjnej i przekształca się

w bursztynian

18. Pochodne indolowe w moczu.

Do pochodnych indolowych występujących w moczu zaliczamy m.in. metabolity

rozpadu katecholamin (np. serotoniny) kwas 5-hydroksyindolooctowy – 5-HIO. Jego stężenie
jest oznaczane w DZM w warunkach podstawowych lub po obciążeniu tryptofanem.

Prawidłowe wartości w DZM to 2-9 mg/dobę. Zwiększone stężenie 5-HIO jest
patognomiczne dla rakowiaka, nowotworu pochodzącego z komórek należących do układu
APUD (kk. enterochromochłonne, srebrnochłonne, Kultschisky’ego).

W warunkach prawidłowych, komórki te obecne są w nabłonku przewodu

pokarmowego, drogach żółciowych, trzustkowych oraz oskrzeli i wydzielają niewielkie ilości
serotoniny a także inne hormony i enzymy. Rakowiak jest nowotworem obecnym najczęściej
w wyrostku robaczkowym, jelicie czczym, krętym, oskrzelach, krtani, jajnikach, prostacie,
tarczycy i trzustce.

Triada objawów towarzysząca rakowiakowi to:

1)

napadowe objawy kolki jelitowej

2)

stany kurczowe oskrzeli

3)

napadowe zaczerwienienia skóry twarzy i tułowia (efekt działania bradykininy)

dodatkowo: uczucie gorąca, ból, zawroty głowy, ślinienie, łzawienie, obrzęk twarzy,
tachykardia.

Diagnostyka rakowiaka opiera się na oznaczeniu pochodnych indolowych w moczu.
Metabolity serotoniny występujące w moczu chorych na krakowiaka to glukuronid N-
acetyloserotoniny i glicyna sprzężona z 5-hydroksyindolooctanem, 5-hydroksyindoloaceturan.
Ponieważ wzmożona przemiana tryptofanu w serotoninę zmniejsza biosyntezę kwasu
nikotynowego, u chorych na krakowiaka mogą występować objawy pelagry.

19. Metabolizm kreatyny i kreatyniny.

Fosfokreatyna jest formą magazynowania energii w komórkach, szczególnie mięśni

szkieletowych. Glicyna, arginina i metionina biorą udział w biosyntezie kreatyny.
Przeniesienie grupy guanidynowej z argininy na glicynę, formujące guanidynooctan
(glikocyjaminę), zachodzi w nerce. Biosynteza kreatyny kończy się w wątrobie reakcją
metylacji glikocyjaminy przy udziale S-adenozynometioniny.

1)

przy udziale transamidynazy argininoglicynowej z glicyny i argininy tworzy się
glikocyjamina, towarzyszy temu uwolnienie ornityny

2)

glikocyjamina ulega metylacji do fosfokreatyny przy udziale metylotransferazy
guanidynooctanowej

3)

fosforan kreatyny ulega nieenzymatycznej reakcji w mięśniach tworząc kreatyninę,
towarzyszy temu uwolnienie fosforanu i wody

Stężenie kreatyniny w surowicy jest wypadkową 3 parametrów:

1)

szybkości wydalania kreatyniny z moczem

2)

szybkości jej wytwarzania z fosfokreatyny mięśni szkieletowych

3)

całkowitej objętości wody ustrojowej

Stan

Przyczyna

wzrost

wzrost

wzrost

wzrost stężenia kreatyniny

spadek GFR, spożycie mięsa o dużej zawartości
kreatyny, wzmożony wysiłek fizyczny

spadek

spadek

spadek

spadek stężenia

kreatyniny

zmniejszona masa mięśniowa, starszy wiek, dieta
niskobiałkowa, niedożywienie

wzrost

wzrost

wzrost

wzrost wydalania

kreatyniny

nadprodukcja kreatyniny, akromegalia

spadek

spadek

spadek

spadek wydalania

kreatyniny

rozwijająca się niewydolność nerek, nadczynność
tarczycy (↑ katabolizmu białek pozawątrobowych),
niedokrwistość hemolityczna, stosowanie leków
nefrotoksycznych

Klirens kreatyniny to jednostka objętości osocza, która zostanie oczyszczona z x mg

kreatyniny w jednostce czasu. W celu oznaczenia klirensu kreatyniny należy przeprowadzić
DZM, pobrać krew pod koniec DZM i oznaczyć stężenie kreatyniny zarówno w moczu jak i
we krwi:

(min)

1440

)

/

(

)

(

)

/

(

⋅

⋅

=

ml

mg

C

ml

V

ml

mg

C

C

S

U

U

cr

C

U

– stężenie kreatyniny w moczu

V

U

– objętość DZM

C

S

– stężenie kreatyniny w surowicy (osoczu)

Klirens kreatyniny służy do oceny:

1)

przyjęcia się/odrzucenia przeszczepu po transplantacji nerki

2)

szybkości przesączania kłębuszkowego

3)

chorych z zaawansowaną niewydolnością nerkową

20. Diagnostyka laboratoryjna fenyloketonurii.

Fenyloketonuria jest stanem, w którym stężenie fenyloalaniny w moczu waha się od 300-
1000 mg/dl, a w osoczu 15-63 mg/dl. Podwyższone są także metabolity fenyloalaniny takie
jak: fenylopirogronian, fenylooctan, fenylomleczan, fenyloacetyloglutamina itp.

Fenyloketonuria wywołana jest nieprawidłowym metabolizmem fenyloalaniny, która jest
aminokwasem egzogennym. Blok występuje na etapie przemiany fenyloalaniny do tyrozyny,
który zachodzi przy udziale PAH (hydroksylazy fenyloalaninowej). W wyniku tego,
fenyloalanina zbacza na nieprawidłowe szlaki metaboliczne:

fenyloalanina fenylopirogronian




fenylooctan fenylomleczan





fenyloacetyloglutamina

Istnieje 5 typów fenyloalaninemii:

1)

klasyczna fenyloketonuria – brak aktywności hydroksylazy fenyloalaninowej

2)

wariant fenyloketonurii – obniżona aktywność hydroksylazy fenyloalaninowej

3)

przejściowa hyperfenyloalaninemia – obniżona aktywność PAH

4)

brak aktywności reduktazy dihydrobiopteryny

5)

defekt syntezy biopteryny

Fenyloalanina przy przemianie do tryptofanu, wykorzystuje tetrahydrobiopterynę.

Przemianie tej towarzyszy utlenienie tetrahydrobiopteryny do dihydrobiopteryny, oraz
redukcja tlenu do wody. Za redukcję dihydrobiopteryny odpowiada reduktaza
dihydrobiopteryny, zależna od NADPH + H

+

. Tak więc w przemianę fenyloalaniny do

tyrozyny uczestniczą dwa układy enzymatyczne. Jeśli wystąpi defekt na tym etapie,
początkowo gromadzi się fenyloalanina, która przenikając do OUN wywiera swoje toksycznie
działanie i odpowiada za obraz kliniczny fenylketonurii. Mniej więcej w 3-4 miesiącu życia
dochodzi do uaktywnienia toru metabolicznego, który u dorosłego człowieka bez
fenyloketonurii jest postacią nieaktywną. W efekcie tego gromadzą się kwaśne metabolity
fenyloalaniny, które ulegają wydaleniu z moczem.

Patogeneza:

1)

gromadzenie fenyloalaniny: hamowanie syntezy mieliny, NOR, adrenaliny, melaniny,
zaburzenie transportu dokomórkowego aminokwasów, cholesterolu, glukozy

2)

wydalanie metabolitów fenyloalaniny („mysi” zapach moczu)

3)

objawy neuropsychiczne (IQ < 20, nadpobudliwość, drgawki)

4)

objawy skórne (jasna karnacja, zmiany wypryskowe)

Nierozpoznana fenyloketonuria prowadzi do upośledzenia umysłowego, ale nie do

śmierci. Spośród wszystkich typów fenyloalaninemii, typ I, II i III to jest około 97%, typ IV i
V – ok. 3%. Chorobę tę można leczyć poprzez wyeliminowanie z diety fenyloalaniny, stąd
jest to choroba poddana na całym świecie diagnostyce screeningowej. Ujawnia się w formie
homozygotycznej.

Diagnostyka laboratoryjna:



test Guthri’ego



metody fluorymetryczne



metody enzymatyczne



diagnostyka prenatalna

NAD

+

NADH + H

+

NAD

+

NADH + H

+

H

2

O

CO

2

glutamina

H

2

O

Test Guthriego jest przykładem testu przesiewowego. Test screeningowy musi być

bardzo czuły, ale nie może być swoisty. Gdyby test miał małą czułość, a wysoką swoistość, to
u dużej ilości dzieci z fenyloketonurią test ten nic by nie wykrył. Badanie może być
wykonane nie wcześniej niż po 48 h od podania pierwszego białkowego pokarmu. Zasada
testu wygląda tak: na bibułkę testową nakrapia się krew dziecka pobraną z pięty na obecność
fenyloalaniny. Bibułkę się osusza i wysyła do laboratorium. Umieszcza się ją następnie na
pożywce agarowej na której hodowana jest bakteria – laseczka sienna (Bacillus subtilis).
Kolonizacja tej bakterii jest hamowana przez β-tioenyloalaninę. Jeżeli stężenie fenyloalaniny
we krwi dziecka jest prawidłowe, nie obserwujemy wzrostu bakterii. Podwyższone stężenie
fenyloalaniny powoduje zniesienie inhibicji wywołanej przez β-tioenyloalaninę i w
następstwie wzrost bakterii. Dziecko z wykrytą fenyloalaninemią poddaje się następnie
ilościowemu oznaczeniu fenyloalaniny metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią
masową.

W momencie ustalenia rozpoznania u dziecka, do mniej więcej 7. roku zycia, czyli tak

długo jak kształtuje się OUN, eliminuje się z diety fenyloalaninę. Aby stwierdzić, czy dieta
jest faktycznie bez fenyloalaniny, wykonuje się okresowe badania, w celu oznaczenia
ewentualnych metabolitów fenyloalaniny (kwas fenylopirogronowy, fenylooctowy itp.)

W rodzinach, w których wystąpiła fenyloketonuria konieczne jest przeprowadzenie

diagnostyki prenatalnej poprzez analizę DNA płodu.

7.

Regulacja hormonalna metabolizmu białek.

a)

hormon wzrostu – jego działanie anaboliczne manifestuje się przy udziale
somatomedyny czyli GF I. Polega ono na zwiększeniu transportu dokomórkowego
aminokwasów. Przede wszystkim podatnym na ten hormon wzrostu jest transport
aminokwasów obojętnych, głównie w mechanizmie ASC czyli alanina, seryna,
cysteina.

b)

insulina – działa zawsze anabolicznie w gospodarce białkowej. W stanach
insulinooporności jest to niekorzystny wpływ. Nadmiar insuliny, który nie może
działać na swój receptor komórkowy i brać udziału w transporcie węglowodanów do
komórek, działa na wątrobę i dochodzi do syntezy rozmaitych białek, na
najważniejsze znaczenie patologiczne ma nadmierna synteza białek układu
krzepnięcia (czynnik I i VIII) a w mniejszym stopniu czynniki IX, X i II. Poza tym
hiperinsulinemii towarzyszy synteza angiotensynogenu, apoB

100

(powstawanie

małych gęstych LDL)

c)

tyroksyna – w normalnych ilościach nasila ona biosyntezę białka, w zwiększonych –
nasila degradację białka

d)

glikokortykoidy – w tkankach obwodowych działają katabolicznie w przemianie
białkowej, efektem jest zanik białek skóry (rozstępy skórne), mięśniowych (zaniki
mięśniowe), kostnych (osteoporoza). Ten hyperkatabolizm białkowy ma doprowadzić
do zwiększonego napływu alaniny do wątroby jako substratu do glukoneogenezy.
Natomiast w wątrobie glikokortykoidy działają odwrotnie – nasilają biosyntezę białka.

e)

hormony płciowe - zawsze działają anabolicznie. Estrogeny przede wszystkim w
narządach docelowych (zwiększają ilość białek w macicy, ale również działają w
tkance kostnej). Niekorzystne jest działanie estrogenów podawanych doustnie. Mają
dokładnie taki sam wpływ na wątrobę jak insulina z wyjątkiem wpływu na apoB

100

.

Androgeny wywierają głównie działanie anaboliczne w zakresie mięsni
szkieletowych, kośćca, natomiast mniejsze, ale też anaboliczne w zakresie wątroby.