Zestaw 52.
Biosynteza lipoprotein.
Lipoproteiny są cząstkami transportującymi triacyloglicerole, fosfolipidy i cholesterol (te nie rozpuszczają się w wodzie). Są to globularne cząsteczki o kształcie miceli, w której środku znajduje się rdzeń hydrofobowy (triacyloglicerole, estry cholesterolu) otoczony amfipatyczną powłoką z białka (apolipobiałka), fosfolipidów i cholesterolu. Występuje przynajmniej 10 różnych białek np. apo-B100, A, C, D, E... wspomagają one emulgowanie lipidów oraz stanowią sygnał rozpoznawany przez komórki. Lipoproteiny dzieli się na:
- chylomikrony - największe i najmniej gęste. Powstają w wątrobie, transportują pobrane z pokarmem triacyloglicerole do innych tkanek - głównie mięsni szkieletowych i tkanki tłuszczowej. Chylomikrony mają na powierzchni białko apoC-II, które aktywuje lipazę lipoproteinową znajdującą się na zewnątrz komórki docelowej. W wyniku jej działania triacyloglicerole ulegają hydrolizie. Tkanki pobierają kwasy tłuszczowe i monoacyloglicerole. Chylomikrony wówczas kurczą się i jako resztki chylomikronów (bogate w sam cholesterol) idą z powrotem do wątroby, na drodze endocytozy kierowanej receptorami wchodzą do jej wnętrza.
- lipoproteiny o bardzo małej, pośredniej i małej gęstości - VLDL, IDL, LDL transportują triacyloglicerole i cholesterol wytworzony w wątrobie do innych tkanek: W tkankach lipaza lipoproteinowa działa na triacyloglicerole w VLDL. Tkanki pobierają kwasy tł. a VLDL zostają we krwi jako IDL. Następnie dochodzi do estryfikacji cholesterolu (-OH w poz.3) przez acylotransferazę lecytyna:cholesterol (LCAT), resztą kwasu tłuszczowego pochodzącą z lecytyny. Zostają również usunięte wszystkie białka poza apoB-100. -> w ten sposób tworzą się LDL. LDL wnikają do komórek na drodze endocytozy kierowanej receptorami - w błonach komórkowych znajdują się receptory apo-B100 - białka transbłonowe, od strony cytozolowej wyściełane klatryną - po związaniu z rec następuje endocytoza LDL w pęcherzykach opłaszczonych klatryną. LDL są trawione w lizosomach. Cholesterol jest włączany w błonę komórkową, a jego nadmiar z powrotem estryfikowany (przez acylotransferazę acylo-CoA:cholesterol - ACAT) i magazynowany.
- lipoproteiny o dużej gęstości HDL - spełnia rolę w tzw. odwróconym transporcie cholesterolu - z tkanek do wątroby (ten dobry). HDL powstają we krwi z produktów rozpadu innych lipoprotein. LCAT estryfikuje cholesterol HDL i wytwarza gradient stężeń co powoduje wyciąganie cholesterolu z tkanek i z innych lipoprotein. Gęstość HDL maleje i przechodzą w HDL2 po czym wędrują do wątroby. Mogą również za pomocą białka przenoszącego estry cholesterolu, przerzucić swoje estry na inne lipoproteiny w wymianie za triacyloglicerole. Spora część estrów powstałych przez LCAT na HDL trafia do wątroby właśnie poprzez inne lipoproteiny.
Ostatecznie cholesterol dotarłszy do wątroby, jest wydalany z żółcią albo jako cholesterol albo jako sole kwasów żółciowych.
Witaminy - składniki koenzymów. (po wzory i syntezy odsyłam do Harpera - rozdział 52)
Witaminy są organicznymi środkami odżywczymi niezbędnymi w małych ilościach do wielu procesów biochemicznych (substancje egzogenne). Nie są syntetyzowane de novo więc muszą być pobierane. Dzielą się na witaminy rozpuszczalne w wodzie (witaminy z grupy B i wit. C) i w tłuszczach (A, D, E, K).
Składnikami koenzymów są witaminy z grupy B: tiamina (B1), ryboflawina (B2), niacyna (B3) (kwas nikotynowy, amid kwasu nikotynowego), kwas pantotenowy (B5), wit B6 (pirydoksyna, pirydoksal, pirydoksamina), biotyna, wit B12 (kobalamina) i kwas foliowy (kwas pteroiloglutaminowy). Z racji tego, że są rozpuszczalne w wodzie, są wydalane z moczem i nie są magazynowane (prócz kobalamin).
tiamina - składa się z pochodnej pirymidynowej + tiazolowej połączonych grupą metylenową. Formą aktywną jest pirofosforan tiaminy - koenzym w reakcjach enzymatycznych z przenoszeniem aktywnych grup aldehydowych, tzn. dekarboksylacji oksydacyjnej α-ketokwasów (α-ketoglutaranu i pirogronianu lub α-ketoanalogów Leu, Ile, Val) i reakcji transketolazy (np. w szlaku pentozowo-fosforanowym). W każdej z nich, pirofosforan tiaminy dostarcza reaktywnego atomu węgla (karboanionu) w pierścieniu tiazolowym, który następnie może się połączyć z grupą karbonylową pirogronianu, α-ketoglutaranu i α-ketokwasów pochodnych aminokwasów rozgałęzionych (α-ketoizokapronian, α-ketoizowalerianian, α-keto-β-metylowalerianian) lub ketoz szlaku pentozofosforanowego. Tak powstały związek addycyjny ulega dekarboksylacji, usuwającej CO2. Niedobór tiaminy powoduje chorobę beri-beri (przy spożywaniu wysokorafinowanych produktów zbożowych ubogich w tą wit) - jej objawy to obwodowa neuropatia, wyczerpanie i brak apetytu. Występującą często u alkoholików chorobą jest encefalopatia Wernickego.
ryboflawina - pierścień izoalloksyny + rybitol. Jej aktywnymi postaciami są mononukleotyd flawinowy (FMN) powstający w wyniku ATP-zależnej fosforylacji i dinukleotyd flawinowy (FAD) powstający przez przeniesienie AMP (z ATP) na FMN. Zwane są flawoproteinami, są grupami prostetycznymi enzymów oksydoredukcyjnych. Mogą tworzyć metaloplawoproteiny (z Mo i Fe). Uczestniczą w reakcjach: oksydazy α-aminokwasowej (deaminacja aa), oksydazy ksantynowej (degradacja puryn), dehydrogenazy aldehydowej (degradacja aldehydów), mitochondrialnej dehydrogenazy glicerolo-3-fosforanowej (przenoszenie równoważników redukujących z cytoplazmy do mitochondrium), dehydrogenazy bursztynianowej (cykl Krebsa), dehydrogenazy acylo-CoA (utlenianie kw. tłuszczowych), dehydrogenazy dihydrolipoilowej (dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu i α-ketoglutaranu) oraz dehydrogenazy NADH (łańcuch oddechowy). Pierścień alloksazyny ulega redukcji, pobierane są dwa protony -> FMNH2, FADH2. Niedobór objawia się zajadami, pekaniem i złuszczeniem się warg, zapaleniem języka, łojotokiem i światłowstrętem.
niacyna - kwas nikotynowy + amid kwasu nikotynowego. Amid kw. nikotynowego musi ulec deamidacji do nikotynianu potrzebnego do syntezy dinukleotydu adeninowego (NAD+) i fosforanu dinukleotydu nikotynamido-adeninowego (NADP+). Mogą powstawać w organizmie z tryptofanu (choć ten i tak jest egzogenny). Odgrywają ważną rolę jako koenzymy dehydrogenaz zarówno cytoplazmatycznych (np. dehydrogenaza mleczanowa), jak i mitochondrialnych (np. dehydrogenaza jabłczanowa). Są ważnymi ogniwami w przemianach metabolicznych węglowodanów, tłuszczy, aminokwasów. Ogólnie rzecz biorąc: enzymy współpracujące z NAD katalizują reakcje oksydoredukcyjne w szlakach oksydacyjnych (np. cykl Krebsa), a dehydrogenazy i reduktazy z NADP w szlakach metabolicznych związanych z syntez redukcyjną (np. szlak pentozofosforanowy). Ogólny mechanizm:
NAD+ + AH2 <-> NADH + H+ + A
Brak prowadzi do pelagry objawiającej się utratą wagi, zaburzeniami trawienia, zapaleniem skóry, depresją i demencją. Dotyczy głównie osób spożywających kukurydzę i sorgo, gdyż w nich brak tryptofanu i niacyny.
kwas pantotenowy - powstaje w wyniku połączenia kwasu pantoinowego z β-alaniną, jego aktywnymi postaciami są koenzym A i białko przenoszące grupy acylowe (ACP). CoA jest przenośnikiem grup acylowych w reakcjach cyklu Krebsa, utleniania i syntezy kwasów tłuszczowych i reakcjach acetylacji (np. leków) i syntezy cholesterolu, grupą reaktywną jest -SH, stąd CoA~SH. Z kolei ACP uczestniczy w reakcjach syntezy kwasów tłuszczowych (kompleks syntazy kwasów tł.). Kwas pantotenowy występuje obficie w żywności, stąd mało przypadków jego niedoboru.
witamina B6 - pirydoksyna, pirydoksal, pirydoksamina i ich fosforany. Aktywną formą jest fosforan pirydoksalu (PAL) i jest koenzymem enzymów przemian aminokwasowych. Tworzy zasadę Schiffa (połączenie gr. aldehydowej PAL z grupą α-aminową aminokwasu) z aminokwasem i ułatwia przemiany w obrębie pozostałych trzech wiązań węgla α (np. kofaktor aminotransferaz). Uczestniczy także w glikogenolizie, będąc integralną częścią fosforylazy glikogenowej. Niedobór wit B6 występuje stosunkowo rzadko; u małych dzieci, których matki długo zażywały środki antykoncepcyjne oraz u alkoholików (przemiana etanolu do ald. octowego stymuluje hydrolizę wit B6).
biotyna - pochodna imidazolowa zawarta w licznych produktach spożywczych, syntetyzowana również przez drobnoustroje jelitowe, w związku z czym niedobór biotyny charakteryzuje się raczej zaburzeniami jej wykorzystania, niż niedostateczną podażą. Jest koenzymem karboksylaz, zbudowanych z kilku podjednostek, z czego każda jest kompleksem wieloenzymatycznym zawierającym: białko nośnikowe biotyny, karboksylazę biotynową i transkarboksylazę. Do reakcji tworzącej karboksybiotynę potrzebne są HCO3-, ATP z Mg2+ i acetylo-CoA (jako aktywator allosteryczny). Aktywna grupa karboksylowa ulega przeniesieniu na substrat (np. pirogronian -> szczawiooctan - karboksylaza pirogronianowa, acetylo-CoA -> malonylo-CoA - karboksylaza acetylo-CoA, priopionian -> bursztynian - karboksylaza propionylo-CoA).
witamina B12 - pierścień korynowy + jon kobaltu, wytwarzana wyłącznie przez drobnoustroje. Jest magazynowana w wątrobie. Aktywnymi postaciami wit B12 są metylokobalamina i deoksyadenozylokobalamina. Deoksykobalamina jest koenzymem w procesie konwersji metylomalonylo-CoA do bursztynylo-CoA - znaczenie w procesie glukoneogenezy. Zaś metylokobalamina odgrywa rolę jako koenzym sprzężonej konwersji homocysteiny do metioniny i metylotetrahydrofolianu do tetrahydrofolianu przez syntazę meioninową (tworzenie zapasów metioniny i dostarczanie H4-folianu do syntezy puryn i pirymidyn oraz kwasów nukleinowych). Niedobór przyczynia się do niedokrwistości megaloblastycznej - upośledzona synteza DNA.
kwas foliowy - zasada pterydynowa + kwas 4-aminobenzoesowy + Glu. Aktywną formą jest tetrahydrofolian, nośnik aktywnych grup jednowęglowych na różnym stopniu utlenienia: grupa metylowa, metylenowa, metenylowa, formylowa, formiminowa - przechodzą w siebie wzajemnie. Głównym źródłem grup jednowęglowych jest seryna. Niedobór folianu jest przyczyną niedokrwistości megaloblastycznej (j.w.).
wit C - kwas askorbinowy (aktywna forma). Jest donorem równoważników redukujących (redukuje O2, azotany, cytochromy a i c). Znaczenie w: hydroksylacji Pro do Hyp w syntezie kolagenu; degradacji tyrozyny na etapie utlenienia p-hydroksyfenylopirogronianu do homogentyzynianu wymaga wit C do utrzymywania Cu w postaci zredukowanej oraz jest koenzymem wymaganym przez 1,2-dioksygenazę homogentyzynianową; w syntezie adrenaliny z tyrozyny na etapie β-hydroksylazy tyrozynowej; w syntezie kwasów żółciowych, syntezie steroidów w korze nadnerczy, ponadto jest antyoksydantem. Niedobór prowadzi do gnilca (szkorbutu) - krwawienia podskórne i do innych narządów, osłabienie mięsni, chwanie się zębów, obrzek dziąseł.
Regulacja translacji.
Regulacja translacji zachodzi na etapie inicjacji, a konkretnie na etapie tworzenia preinicjacyjnego kompleksu 40S: czynnik inicjacyjny eIF-2 jest wiązany przez GTP; kompleks GTP-eIF-2 wiąże się z fMet-tRNA (inicjacyjny tRNA z przyłączoną N-formylometioniną), a ten potrójny kompleks łączy się z kolei z podjednostką 40S. GTP jest hydrolizowany do GDP w późniejszym etapie - utworzeniu kompleksu inicjacyjnego 80S i musi ulec recyclingowi.
Regulacja polega tutaj na fosforylacji i defosforylacji czynnika inicjującego eIF-2. Składa się on z dwóch podjednostek: α i β (ta bierze udział w odtwarzaniu GTP). eIF-2α jest fosforylowany na serynie przez kinazę białek niezależną od cAMP. Wówczas wiąże się mocno z drugą podjednostką (białkiem eIF-2β) i ją inaktywuje, w związku z czym nie zachodzi recycling GTP-GDP. Zapobiega to tworzeniu preinicjacyjnego kompleksu 40S i blokuje syntezę białka. Ponowna aktywacja zachodzi po defosforylacji katalizowanej przez specyficzną fosfatazę.
Zahamowanie syntezy białka zachodzi w stresie i wówczas, gdy wydatek energetyczny potrzebny do syntezy białek byłby szkodliwy, tzn. w głodzie aminokwasowym i glukozowym, w infekcjach wirusowych, szoku termicznym, pozbawieniu surowicy i hiperosmolalności.