Turnover białek - ich obrót metaboliczny:
- zużywa 15-20% energii potrzebnej do podtrzymania podst. Przemiany materii
- usuwa nieprawidłowe białka
- usuwa niepotrzebne białka - te które spełniły już swoją funkcję, np. przeciwciała, enzymy
- reguluje stężenie poszczególnych białek - dostosowuje je do potrzeb narządu lub tkanki
- bardzo szybki obrót mają enzymy o znaczeniu regulacyjnym
- zapewnia zaopatrzenie tkanek w aminokwasy w okresie poresorpcyjnym
Okres półtrwania białek:
- duże różnice dla poszczególnych białek
- krótki dla białek enzymatycznych (minuty, godziny, dni)
- długi dla białek strukturalnych (mięśni, tkanki łącznej i tkanki nerwowej) - miesiące i lata
- decyduje o nim podatność białek na działanie proteaz
- białka o szybkim obrocie i małej puli tkankowej
- białka o powolnym obrocie i dużej puli tkankowej
Regulacja wielkości puli białek tkankowych:
- skutki syntezy de novo widoczne dopiero po kilkunastu godzinach - regulacja białek o długim okresie półtrwania
- zmiany stężeń hormonów - regulacja syntezy
- na przemianę białek wolno odnawiających się mają wpływ stany nasilonego anabolizmu i katabolizmu
- stężenie białek o krótki okresie półtrwania - regulacja przez zmianę szybkości rozpadu
- prędkość rozpadu regulowana przez dostępność substratów dla enzymów, zmiany stężenia aminokwasów, hormony
- stężenie aminokwasów dopływających do wątroby jest głównym czynnikiem regulującym rozpad białek wątrobowych
Obrót białek wątroby:
- większość białka ulegającego obrotowi to białko szybko się odnawiające - 10% białek wątroby
- białka o wolnym obrocie 24% białek
- w ciągu doby wątroba odnawia 50% puli swoich białek: 50 g/dobę - 1/3 obrotu białek całego organizmu
Okres półtrwania poszczególnych białek:
- dekarboksylaza ornitynowa: 11 minut
- syntetaza ALA: 60 minut
- dehydrogenaza glutaminianowa: 6 godzin
- beta-glukuronidaza: 30 dni
Obrót białek wątroby:
- obrót dotyczy także białek wydzielniczych - na dobę prawie połowa białka narządu - połowa ulega natychmiast wydzieleniu i rozpadowi; reszta to białka o średnim okresie półtrwania: 2-3 dni
- znaczna część to albuminy
- szybkość obrotu regulowana stężeniem dopływających aminokwasów, hormony wywierają pośredni wpływ
- wątroba reguluje zaopatrzenie tkanek w aminokwasy w okresie poresorpcyjnym
Przy niedoborze aminokwasów prędko obniża się poziom białek szybko ulegających rozpadowi:
- białek osocza
- białek wątroby
- białek komórek nabłonka błon śluzowych gruczołów przewodu pokarmowego
- białka układu odpornościowego - mało podatne
Białka mięśni:
- obrót wolniejszy niż w wątrobie
- najwolniejszy obrót aktyny
- w stanach zwiększonego metabolizmu obrót białek wzrasta
- obrót wzrasta w stanach patologicznych, diecie bezbiałkowej, głodzie, cukrzycy, po pobudzeniu hormonami kory nadnerczy, w przebiegu ostrych zakażeń
Bilans azotowy:
a) różnica między ilością azotu dostarczonego organizmowi a ilością azotu wydalonego (w moczu, kale, pocie, złuszczonym nabłonku)
b) dorosły, zdrowy, prawidłowo odżywiający się człowiek powinien mieć bilans azotowy zerowy - wyrównany; jest to stan równowagi azotowej
c) bilans ujemny występuje przy:
- głodzie
- diecie bezbiałkowej lub niedostatkach białka w diecie
- w chorobach wyniszczających
- w wieku starczym (upośledzone wchłanianie, zwiększony rozpad, upośledzone wykorzystanie)
d) dodatni bilans azotowy:
- w okresie wzrostu (niemowlęta, dzieci)
- rekonwalescenci
- kobiety w ciązy
- kobiety karmiące
Pożywienie ubogie w węglowodany i tłuszcze może spowodować zachwianie równowagi azotowej, nawet gdy pokrycie zapotrzebowania na białko jest wystarczajace; niedostarczanie tłuszczy i węglowodanów wymaga zniszczenia dużej ilości białek, które jest wykorzystywane jako surowiec energetyczny
Prawo minimum: przebieg procesów metabolicznych zależy od niezbędnego czynnika pokarmowego
Wykorzystanie białka zależy od najmniejszej ilości aminokwasu niezbędnego obecnego w spożywanym białku
Minimum białkowe - zabezpiecza pokrycie strat azotu: 0,5 g/kg/dobę
Norma żywieniowa: 0,9-1,0 g/kg/dobę
3:2 - stosunek białek zwierzęcych do roślinnych
Białka częściowo niepełnowartościowe - zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy, ale przynajmniej jeden w ilości niewystarczającej (mąka, kasze)
Białka niepełnowartościowe - kolagen, żelatyna - brak tryptofanu, brak lizyny w kukurydzy
Pepsyna:
- maksymalna aktywacja przy pH 1-2
- endopeptydaza
- trypsyna i chymotrypsyna:
- optymalne pH - lekko zasadowe
- elastaza - proteaza serynowa
- kolagenaza
Trypsynogen aktywowany przez enteropeptydazę (enterokinazę) z soku jelitowego.
Trypsyna aktywuje następujące składniki soku trzustkowego: chymotrypsynogen A i B do chymotrypsyny A i B, prekarboksypeptydazy do karboksypeptydaz oraz preenzym do pankreatopeptydazy E (przecinającej wiązania utworzone z udziałem waliny, leucyny i izoleucyny)
Aminokwasy i dipeptydazy oraz enteropeptydaza - enzymy soku jelitowego
Enzymy proteolityczne:
a) Endopeptydazy
b) egzopeptydazy
- aminopeptydazy
- egzopeptydazy
- dipeptydazy
denaturacja zwiększa dostępność białka dla proteaz
Proteazy:
a) trawienne
b) pozakomórkowe
- czynniki krzepnięcia
- białka fibrynolizy
- białka aktywujące dopełniacz
c) wewnątrzkomórkowe
- proteazy lizosomów
- katepsyny
Proteazy - podział ze względu na mechanizm proteolizy:
1. serynowe
a) blokowane diizopropylofluorofosforanem
b) przedstawiciele:
- chymotrypsyna A: optymalne pH = 7,8; występuje w jelicie cienkim
- trypsyna; optymalne pH 7,5-8,5; w jelicie cienkim
- trombina; optymalne pH 7,4; w osoczu; przecina wiązania peptydowe utworzone z udziałem argininy w fibrynogenie
- elastaza monocytów (w makrofagach metaloproteaza)
2. tiolowe (cysteinowe):
a) wrażliwe na utlenianie i metale ciężkie
b) muszą być chronione przed wolnymi rodnikami
c) przedstawiciele:
- katepsyna B; optymalne pH 5,0-6,0; wewnątrzkomórkowa; przecina wiązania między: Arg-Lys-x-Phe-X-x
- papaina; optymalne pH 5,0-5,5 - w drzewie malonowym; przecina wiązania między: Arg-x-Lys-x-Phe-X-x
3. karboksylowe (kwaśne):
a) w katalizie bierze udział grupa COOH
b) przedstawiciele:
- pepsyna A; optymalne pH 1,3-3,0; żołądek
- pepsyna C (gastryksyna); optymalne pH 3,0-4,5; żołądek
- podpuszczka (renina); optymalne pH 3,0-4,5; żołądek - przecinanie wiązań w kazeinogenie
- katepsyna D; optymalne pH 3,0-4,5; wewnątrzkomórkowa; specyficzność jak w przypadku pepsyny
4. metaloproteinazy
a) hamowane przez EDTA
b) posiadają jon Zn, Ca lub Mn w centrum aktywnym
c) przedstawiciele:
- termolizyna
- kolagenazy
- żelatynazy
- elastaza makrofagów
Charakterystyka proteaz:
Podpuszczka - chymozyna:
- proteaza kwaśna
- ścina mleko w żołądku młodych ssaków, przez co zatrzymywane jest tam dłużej
- substratem jest kazeina, hydrolizowana do parakazeiny, która w obecności jonów wapnia tworzy nierozpuszczalny parakazeinian wapnia
- wytwarzana w śluzówce żołądka jako proenzym
- aktywowana przez niskie pH
- stosowana w serowarstwie do otrzymywania skrzepu podpuszczkowego
Trypsyna:
- produkowana przez trzustkę
- masa: 240 000 Da, 223 reszty aminokwasów
- centrum aktywne: -Gli-Asp-Ser-Gli- proteaza serynowa
- optymalne pH 7-9
- aktywowana przez enteropeptydazę (enterokinazę), następnie aktywacja autokatalityczna przez trypsynę
- specyficzność: wiązania utworzone z udziałem grup karboksylowych reszt aminokwasów zasadowych: lizyny i argininy
Enteropeptydaza = enterokinaza:
- glikoproteid soku jelitowego
- odrywa inhibitor od N-końca trypsynogenu
- optymalne pH 5-8
Chymotrypsyna:
- proteaza serynowa
- wytwarzana przez trzustkę
- identyczne centrum katalityczne jak w trypsynie
- optymalne pH ok. 8,0
- aktywowana przez trypsynę, następnie w mechanizmie autokatalizy
- specyficzność: wiązania utworzone przez grupy karboksylowe aminokwasów aromatycznych
Pankreatopeptydaza - elastaza:
- proteaza serynowa
- wytwarzana przez trzustkę
- proelataza aktywowana przez trypsynę
- centrum identyczne jak w trypsynie i chymotrypsynie
- specyficzność: wiązania utworzone przez małe aminokwasy: Gli, Ala, Ser różnych białek, również elastyny
Karboksypeptydazy A i B:
- wydzielane przez trzustkę jako prekarboksypeptydazy,
- aktywowane w jelicie przez trypsynę
- metaloproteazy: zawierają cynk
- swoistość: A - aminokwasy rozgałęzione (Leu, Ile, Wal) lub aromatyczne (Phe, Tyr); B - aminokwasy zasadowe: lizyna, arginina
Aminopeptydazy:
- wymagają obecności jonu Mg lub Mn
- wytwarzane w błonie śluzowej jelita cienkiego
- przedstawiciel: LAP - leucyloaminopeptydaza - odszczepia wszystkie AA, ale szczególnie leucynę
Dwupeptydazy:
- wytwarzane przez śluzówkę jelit
- wymagają Co lub Mn
- największa aktywność w jelicie krętym
- przykłady: glicylo-glicynowa, glicylo-leucynowa, glicylo-prolinowa (prolidaza), prolilo-glicynowa (prolinaza), glicylo-alaninowa, glicylo-walinowa
Wchłanianie aminokwasów:
- wchłaniane do krwi przy udziale nośników, którymi są oligopeptydy w treści jelitowej
3 rodzaje transportu:
- oligopeptydy poddawane hydrolizie w jelicie, absorpcja aminokwasów
- oligopeptydy internalizowane przez komórki nabłonka - proteoliza w cytoplazmie
- oligopeptydy łączą się z rąbkiem szczoteczkowym, następnie poddawane są działaniu peptydaz zlokalizownych w błonie komórkowej
Szybkość wchłaniania AA w jelicie zależy od:
- stężenia w jego świetle
- struktury chemicznej
- odcinka jelita cienkiego
- stężenia innych aminokwasów przenoszonych tym samym transporterem
- regulacji nerwowej, hormonalnej, obecności witamin (B6)
b) najszybciej wchłania się izoleucyna, metionina; najwolniej - kwas glutaminowy
c) stężęnie AA w surowicy: 1,44-3,5 mmol/l (2-5 mg%) - azot alfa-aminowy - azot aminokwasowy
Transport dokomórkowy AA:
a) uwarunkowany charakterem chemicznym aminokwasów:
- dyfuzja ułatwiona: aminokwasy hydrofobowe (leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, walina) oraz zasadowe (lizyna i arginina)
- transport aktywny: aminokwasy kwaśne i obojętne (alanina, seryna, cysteina, glicyna, histydyna)
Układ przenoszący aminokwasy:
- nie zależy od komórki tylko od rodzaju substancji
- nie jest specyficzny, możliwy transport substancji o zbliżonej budowie
- wraz ze wzrostem stężenia przenoszonej substancji - wysycenie
- transport zgodnie z gradientem stężeń
- nie wymaga energii
Układy przenośnikowe:
a) układ A
- większość aminokwasów obojętnych z wyjątkiem hydrofobowych, sprzężony z transportem sodu - transport wtórnie aktywny
- występuje we wszystkich tkankach, zależy od wewnątrzkomórkowego stężenia aminokwasów
- jedyny układ hormonozależny:
- insulina i hormon wzrostu pobudzają transport do wszystkich tkanek
b) układ ASC:
- AA obojętne, ale wybiórczy: Ala, Ser, Cys
c) układ Gly:
- dla glicyny
d) układ N:
- dla his, glutaminy i asp
e) układ L:
- hydrofobowe: leucyna, izoleucyna, walina, fenyloalanina - dyfuzja ułatwiona
f) w nerce i jelicie - układ dla glutaminianu i asparaginianu - aktywny
Obieg azotu:
Reakcje uwalniające amoniak:
a) Mięśnie - deaminacja AMP do IMP
b) jelito:
- w enterocytach: uwalniany z glutaminy przez glutaminazę
- w świetle jelita: uwalniany przez bakterię ze związków azotowych: kwasu moczowego, mocznika i aminokwasów znajdujących się w świetle jelita
c) nerka - uwalniany z glutaminy przez glutaminazę
Głównym źródłem amoniaku są pracujące mięśnie - amoniak uwalniany w cyklu purynowym - opuszcza mięśnie jako glutamina
Amoniak z jelit jest transportowany żyłą wrotną (wraz z glutaminianem powstałym w wyniku rozłożenia glutaminy w enterocycie).
Biochemia mięśni:
- źródłem energii - ATP
- stężenie ATP: 5x10-6 mol/g
- intensywny wysiłek zużywa 10-3 mol/min/g tkanki mięśniowej
- fosfokreatyna gromadząca się w sarkoplazmie jest buforem zapewniającym odpowiednie stężenie fosforanów wysokoenergetycznych; poza tym transportuje fosforany z mitochondrium
- kinaza kreatynowa: fosfokreatyna + ADP = ATP + kreatyna
- REAKCJA DYSPROPORCJONOWANIA ATP: 2ADP = AMP + ATP - enzym: kinaza adenylowa; reakcja jest przesunięta w kierunku tworzenia ATP, gdy usuwany jest AMP w wyniku jego deaminacji do IMP; jest to istotne przy intensywnej pracy mięśni, ponieważ zapewnia tworzenie dodatkowego ATP
Cykl purynowy:
- pracy mięśniowej towarzyszy szybko obrót nukleotydów adenylowych i wytwarzanie amoniaku
- po wysiłku spada stężenie AMP, za to wzrasta IMP oraz amoniaku, który powstaje przez deaminację AMP - deaminaza AMP
- reaminacja IMP: syntetaza i liaza adenylobursztynianowa; wykorzystuje hydrolizę GTP oraz asparaginian jako donor grupy aminowej
1. AMP + H2O = IMP + NH3
2. IMP + asparaginian + GTP = adenylobursztynian + GDP + Pi
3. adenylobursztynian = AMP + fumaran
Regulacja cyklu:
- cykl jest współzależny od glikolizy, ponieważ syntetaza adenylobursztynianowa jest hamowa przez fruktozo-1,6-bisfosforan
- deaminaza AMP jest enzymem allosterycznym; jest aktywowana przez kationy potasowe i sodowe, hamowany przez otrofosforany
Znaczenie kliniczne:
- brak deaminazy AMP powoduje zwiększoną męczliwość i kurcze powysiłkowe oraz bolesność mięśni; w zwiększonej ilości wytwarzana jest adenozyna i jej metabolity, które uciekają z komórki; zmęczone mięśnie wolniej regenerują swoje zasoby energetyczne
Diagnostyka: aktywność enzymu w mięśniach;
test obciążeniowy - w warunkach niedotlenienia oznaczanie amoniaku i mleczanu w krwi żylnej odpływającej z mięśnia
prawidłowe stężenie mleczanu przy braku wzrostu stężenia amoniaku sugeruje defekt enzymatyczny
Deaminaza AMP:
- enzym cytoplazmatyczny
- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych
- związana z układem kurczliwym komórki mięśniowej
- jest enzymem regulatorowym - allosterycznym; jest aktywowana przez kationy potasowe i sodowe, hamowany przez otrofosforany
- w wątrobie znajduje się izoenzym L, w mięśniach - izoenzym M, w erytrocytach - izoenzym E
Syntetaza adenylobursztynianowa:
- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych
- hamowana przez produkty reakcji jak i nukleotydy purynowe i pirymidynowe
- nukleozydy i wolne zasady nie wywierają wpływu hamującego
- brak właściwości enzymu allosterycznego
- hamowana przez fruktozo-1,6-difosforan
Liaza adenylobursztynianowa:
- rozszczepia kwas adenylobursztynowy do AMP i kwasu fumarowego
- rozszczepia rybonukleotyd 4-N-sukcynylokarboksyamido-5-aminoimidazolowy do rybonukleotydu 4-karboksy-5-aminoimidazolowego oraz kwasu fumarowego
- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych
- enzym kompetycyjnie hamowany przez AMP
Reakcje wiązania amoniaku:
1. wątroba - synteza mocznika
2. we wszystkich tkankach: tworzenie glutaminy z glutaminianu i amoniaku
- reakcja nieodwracalna
- syntaza glutaminowa w mięśniu wiąże amoniak z cyklu purynowego
- aminotransferaza glutaminowa
3. w wątrobie, nerkach, mózgu: redukcyjna aminacja alfa-ketoglutaranu do glutaminianu
4. amoniogeneza w nerce:
- znajduje się tu glutaminaza
- uwolniony amoniak przekształcany jest do jonów amonowych i wydalany jako chlorek amonu
- w ten sposób organizm pozbywa się jonów wodorowych
Amoniak - toksyczność:
- wyciąganie alfa-ketoglutaranu z cyklu Krebsa, co powoduje zaburzenia energetyczne, szczególnie w OUN
- kwas glutaminowy wiąże się z amoniakiem - powstaje glutamina; ubywa w ten sposób kwasu glutaminowego - brak substratu do syntezy GABA
- obie powyższe reakcje grają rolę w patogenezie encefalopatii wątrobowej
- wzrost pH płynów komórkowych
- zaburzony zostaje metabolizm aminokwasów oraz komórkowe procesy energetyczne, ponieważ obecność amoniaku przesuwa równowagę reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę glutaminianową w stronę tworzenia glutaminianu
- amoniak interferuje z wieloma funkcjami błon, szczególnie z aktywnym transportem jednowartościowych kationów
Transaminacja:
- przenoszenie grupy aminowej
- donorem jest aminokwas, akceptorem - alfa-ketokwas
- reakcja odwracalna
- koenzymem jest fosforan pirydoksalu
- uniwersalnym akceptorem jest alfa-ketoglutaran
- AspAT i AlAT - synteza kwasu asparaginowego i alaniny
- aminotransferaza glutaminianowa - najważniejsza:
aminokwas + alfa-KG = glutaminian + alfa-ketokwas
- transaminacji nie ulegają: lizyna, treonina, prolina
AspAT:
- aktywny w większości tkanek
- obecny w mitochondriach i cytozolu
- duże ilości w wątrobie
- przenosi azot między glutaminianem i szczawiooctanem
- jest elementem wahadła jabłczanowego - rola w metabolizmie cukrów (także glukoneogeneza)
AlAT:
- produkcja alaniny, która trafia do wątroby w tzw. cyklu alaninowym
W wątrobie ostatecznym akceptorem grup aminowych z różnych aminokwasów jest alfa-KG
Oksydacyjna dezaminacja glutaminianu:
- ograniczone znaczenie kataboliczne
- przemiana katalizowana przez tylko jeden enzym
- u człowieka głównie zachodzi aminacja redukcyjna
- oksydacyjna dezaminacja połączona w ciąg z transaminacją - rola w syntezie mocznika
- równowaga reakcji przesunięta w kierunku syntezy glutaminianu
- w wątrobie (i również w innych częściach organizmu) dominuje reakcja uwalniania amoniaku, wymuszone jest to usuwaniem produktów: alfa-KG - do cyklu Krebsa, NADH - łańcuch oddechowy, amoniak - cykl mocznikowy
- redukcyjna aminacja nasila się przy dużych ilościach amoniaku
Dyhyrdrogenaza glutaminianowa:
- znajduje się w mitochondriach
- duża aktywność w wątrobie, w nerkach (10-20% aktywności wątrobowej) oraz w mózgu (5% aktywności wątrobowej)
- regulowana allosterycznie:
- hamowana przez GTP i ATP
- aktywowana przez GDP i ADP
- obniżona zawartość związków wysokoenergetycznych przyspiesza utlenianie aminokwasów
Oksydazy aminokwasowe:
- tlenowa przemiana w wątrobie i nerkach
- oksydaza D aminokwasów - FMN
- oksydaza L aminokwasów - FAD
- w reakcji biorą udział samoutleniające się flawoproteiny
Mechanizm:
- aminokwas wpierw utleniany do iminokwasu
- FMN lub FAD redukuje się odpowiednio do FMNH2 lub FADH2
- zredukowane grupy flawinowe przekazują protony i elektrony na tlen - powstaje H2O2
- iminokwas reaguje z wodą, w wyniku czego powstaje amoniak i alfa-ketokwas
Deaminacja seryny i treoniny:
- dehydrataza serynowa i treoninowa
- od seryny odłączana jest cząsteczka wody w wyniku czego powstaje aminoakrylan;
- odłącznie wody od aminoakrylanu powoduje jego przekształcenie w pirogronian; przy tym następuje uwolnieniem amoniaku w postaci jonu amonowego
- treonina przekształcana w ten sposób w alfa-ketomaślan z uwolnieniem jonu amonowego
Alanina i cykl alaninowy:
- głównym źródłem są mięśnie - stanowi 30% wszystkich aminokwasów uwalnianych przez mięśnie; źródłem - transaminacja pirogronianu pochodzącego z glikolizy; źródłem grup aminowych - aminokwasy trafiające do mięśni
- alanina z mięśni trafia z krwią do wątroby; jest ona głównym aminokwasem glukogennym w wątrobie
Glutamina:
- podstawowa droga wiązania amoniaku w tkankach obwodowych
- powstaje głównie w mięśniach szkieletowych
- powstaje przy udziale aminowych grup aminokwasów, których szkielety węglowe trafiają do cyklu Krebsa
- jest donorem azotu do syntez
- jest substratem dla amoniogenezy nerkowej
Dekarboksylacja aminokwasów:
- koenzymem fosforan pirydoksalu
- powstaje CO2 + amina I-rzędowa - aminy biogenne
- działanie farmakologiczne amin
- prowadzi do powstania prekursorów hormonów, składników koenzymów
lizyna - kadaweryna
ornityna - putrescyna
metionina - spermidyna
arginina - agmatyna
seryna - etanoloamina
treonina - propanoloamina (do witaminy B12)
cysteina - cysteamina (koenzym A)
asparaginian - beta-alanina (koenzym A, kwas pantotenowy)
kwas glutaminowy - GABA
histydyna - histamina
tyrozyna - tyramina
3,4-di-OH-fenyloalanina - dopamina (w syntezie adrenaliny)
tryptofan - tryptamina
3-OH-tryptofan - serotonina (również w syntezie melatoniny)
Aminooksydazy:
- inaktywują aminy biogenne
- flawoproteiny utleniają aminy do imin
- MAO i DAO (mono- i dwu-aminooksydaza)
Synteza mocznika:
a) synteza karbamoilofosforanu
- NH3 + CO2 + 2ATP = karbamoilofosforan
- zachodzi w mitochondrium
- CPS-I - swoisty dla wątroby enzym - syntetaza karbamoilofosforanowa
- CPS-I występuje również w nabłonku jelit
N-acetyloglutaminian:
- jego stężenie wzrasta wraz ze wzrostem dostępności aminokwasów
- powstaje z glutaminianu i acetylo-CoA pod wpływem syntetazy n-acetyloglutaminianowej
- jest dodatnim efektorem allosterycznym CPS-I
- syntetaza n-acetyloglutaminianowa jest aktywowana przez endogenną argininę - jest to lecznicze działanie argininy w zatruciach amoniakiem
b) karbamoilotransferaza ornitynowa:
- mitochondrium
- ornityna + karbamoilofosforan = cytrulina
- cytrulina trafia do cytoplazmy
c) syntetaza argininobursztynianowa:
- cytrulina kondensuje z asparaginianem
- reakcja wymaga hydrolizy ATP do AMP
- powstaje argininobursztynian
d) liaza argininobursztynianowa:
- rozszczepia argininobursztynian do argininy i fumaranu
- fumaran poddawany hydratacji do jabłczanu, jabłczan przekształca się w szczawiooctan a ten w asparaginian
e) arginaza:
- arginina rozszczepiana do ornityny i mocznika
Regulacja syntezy mocznika:
a) regulacja w zależności od stężenia białka w diecie - adaptacja
- nasilenie przy diecie bogatobiałkowej
- nasilenie pod wpływem glikokortykoidów
- nasilenie pod wpływem głodu
W tych stanach zwiększa się wychwyt aminokwasów przez wątrobę.
Bloki metaboliczne cyklu mocznikowego:
a) Hiperamonemie:
typu I:
- brak syntetazy karbamoilofosforanowej I - CPS-I
typu II:
- brak karbamoilotransferazy ornitynowej
Kliniczny obraz hiperamonemii:
- postać ostra cechuje się brakiem łaknienia, zaburzeniami oddechowymi, wysokim (1000-2000 ug% stężeniem NH3 we krwi; norma to 100 ug%)
- wzrasta pH krwi, występuje zasadowica metaboliczna
- czas przeżycia: kilkadziesiąt dni
- mechanizm: obniżone stężenie cytruliny i argininy prowadzi do obniżenia syntezy n-acetyloglutaminianu, co z kolei hamuje syntetazę karbamoilofosforanową prowadząc do wzrostu stężenia amoniaku we krwi
- przesunięcie reakcji w stronę syntezy glutaminianu - wyciąganie alfa-ketoglutaranu
- wykorzystanie NADH do redukcyjnej aminacji - zakłócenie przemian oksydacyjnych
- niedobór szczawiooctanu - ponieważ nie jest regenerowany z fumaranu pochodzącego z cyklu mocznikowego
- brak szczawiooctanu prowadzi do zahamowania cyklu Krebsa, obniżenia oksydacyjnej fosforylacji i stężenia ATP
- w zaburzeniach obu enzymów następuje zwiększona synteza glicyny i glutaminy, w których akumuluje się nadmiar azotu; ten nadmiar jest usuwany z organizmu
Leczenie hiperamonemii:
- dieta uboga w białko wzbogacona benzoesanem i fenylooctanem:
- benzoesan = benzoilo-CoA + glicyna = hipuran
fenyloacetylo-CoA + glutamina = fenyloacetyloglutamina
- azot jest w ten sposób usuwany jako hipuran i fenyloacetyloglutamina
c) Cytrulinemia:
- syntetaza argininobursztynianowej
- obniżone powinowactwo enzymu do substratu - wzrost cytruliny we krwi i w moczu
d) Kwasica arginino-bursztynianowa (acyduria arginino-bursztynianowa):
- brak liazy arginino-bursztynianowej
- choroba śmiertelna u dzieci
- skutki wady można załagodzić stosując dietę ubogą w białko i zawierającą nadmiar argininy
- patomechanizm:
- arginina w wątrobie przekształcana do mocznika i ornityny
- ornityna reaguje z karbamoilofosforanem - powstaje cytrulina
- cytrulina łączy się z asparaginianem dając argininobursztynian
- argininobursztynian wydalany z moczem
e) Hiperargininemia:
- brak arginazy
- wzrost wydalania argininy, lizyny i cysteiny w moczu
Azotowe związki niebiałkowe syntezowane z aminokwasów:
- puryny i pirymidyny
- hormony: tyroksyna, adrenalina, wazopresyna, oksytocyna
- barwniki - melaniny
- witamina PP
- kreatyna
- glutation
- porfiryny
Aminokwasy przekształcane do amin przez dekarboksylacje
Aminy utleniane do imin
Iminy przekształcane do aldehydów i amoniaku przez hydratację
Wpływ hormonów na gospodarkę białkową i cykl mocznikowy:
a) glukokortykosterydy:
- działają katabolicznie na mięśnie powodując w nich rozkład białek;
- uwolnione aminokwasy trafiają do wątroby, gdzie są poddawane glukoneogenezie i wykorzystywane do syntezy białek - anaboliczny wpływ na przemianę białek w wątrobie
b) glukagon:
- pobudza glukoneogenezę i wykorzystanie w niej aminokwasów
c) insulina:
- zmniejsza nasilenie cyklu mocznikowego, ponieważ pobudza transport aminokwasów do komórek mięśni, pobudza tam również syntezę białek.
- w wątrobie insulina zwiększa utylizację glukozy, oszczędzając przez to białka.
- insulina ma z tego powodu dodatni wpływ na bilans azotowy.
d) tyroksyna:
- działanie zależne od ilości
- fizjologiczne ilości - mają anaboliczny wpływ na mięśnie
- nadczynność tarczycy - pobudzenie katabolizmu białek
Losy szkieletów węglowych aminokwasów:
Pirogronian:
- alanina
- cysteina
- glicyna
- seryna
- treonina
Szczawiooctan:
- asparaginian
Glutaminian - alfa-KG:
- arginina
- histydyna
- glutamina
- prolina
Sukcynylo-CoA:
- izoleucyna
- metionina
- walina
Arginina:
- aminokwas częściowo egzogenny - w okresie wzrostu
- syntezowana w wątrobie, ale arginaza szybko ją rozkłada, więc wątroba prawie w ogóle nie uwalnia argininy do krwi
- syntezowana na potrzeby organizmu w 2 tkankach: jelicie i rdzeniu nerki
- w enterocytach znajdują się dwa pierwsze enzymy cyklu mocznikowego:
- syntetaza karbamoilofosforanowa
- karbamoilotransferaza ornitynowa
- synteza cytruliny
- w rdzeniu nerki:
- aktywność syntetazy i liazy argininobursztynianowa
Jelita:
- synteza ornityny:
- glutamina napływająca z krwią rozkłada się do kwasu glutaminowego i amoniaku
- kwas glutaminowy przekształcany do gamma-semialdehydu glutaminowego
- gamma-semialdehyd glutaminowy przekształcany w ornitynę
- ornityna reaguje z karbamoilofosforanem powstającym z CO2 i amoniaku uwolnionego z glutaminy - powstaje cytrulina
- cytrulina zostaje uwolniona do krążenia
Nerki:
- kwas asparaginowy reaguje z cytruliną - powstaje argininobursztynian - syntetaza argininobursztynianowa
- argininobursztynian pod wpływem liazy argininobursztynianowej przekształcany w argininę z uwolnieniem fumaranu
- arginina uwalniana do krążenia i w tkankach zużywana do syntezy białek (histony) i kreatyny (w nerce kondensuje z glicyną)
Mózg:
- cytrulina docierająca z krwią przekształcana w argininę dzięki obecności syntetazy i liazy argininobursztynianowej
- arginina w mózgu używana do syntezy tlenku azotu - syntaza NO
Względna aktywność |
Wątroba |
Jelito |
Nerki |
Karbamoilotransferaza ornitynowa |
Wysoka |
Wysoka |
Niska |
Syntetaza argininobursztynianowa |
Niska |
Wysoka |
Wysoka |
Arginaza |
Wysoka |
Niska |
Niska |
Przemiany argininy:
- Dekarboksylacja argininy - powstaje agmatyna - wpływa ona na podziały mitotyczne
- Transamidynacja - przeniesienie reszty guanidynowej glcynę - amidynotransferaza arginino-glicynowa - powstaje guanidynooctan (glikocyjamina) - w syntezie kreatyny
Synteza tlenku azotu:
- odbywa się przede wszystkim w komórkach śródbłonka
- enzym: syntaza tlenku azotu
- aktywność enzymu stymulowana przez jony Ca2+ związane z kalmoduliną
- w reakcji uczestniczy O2 i NADPH + H+
Reakcja dwuetapowa:
1. hydroksylacja atomu azotu w grupie guanidynowej argininy - powstaje hydroksyarginina
2. hydroksyarginina przekształca się w cytrulinę i tlenek azotu
Kreatyna:
a) w powstawaniu biorą udział 3 aminokwasy:
- arginina
- glicyna
- metionina
b) biosynteza:
Nerka:
- transamidynaza (amidynotransferaza) glicynowa przekazuje grupę amidynową z argininy na glicynę - powstaje guanidynooctan (glikocyjamina) i ornityna
Wątroba:
- metylotransferaza guanidynooctanowa: guanidynooctan metylowany przy udziale S-adenozylometioniny - powstaje kreatyna
Mięśnie:
- kreatyna fosforylowana przez kinazę kreatynową do fosfokreatyny
Ornityna:
- aminokwas niebiałkowy
- w wyniku transaminacji powstaje semialdehyd kwasu glutaminowego, który utleniany jest do kwasu glutaminowego
- w wyniku dekarboksylacji - dekarboksylaza ornitynowa - powstaje tetrametylneodiamina czyli putrescyna (1,4-diaminobutan)
- putrescyna, obok reszty diaminopropanowej pochodzącej z dekarboksylacji S-adenozylometioniny, uczestniczy w syntezie poliamin - sperminy i spermidyny;
(u Procaryota - spermidyna i putrescyna):
- dekarboksylowana S-adenozylometionina + putrescyna = spermidyna
- spermidyna + dekarboksylowana S-adenozylometionina = powstaje spermina
Metionina:
- aminokwas egzogenny
- bierze udział w reakcjach metylacji
- inicjuje biosyntezę białka
- odpowiada za metylację w dojrzewaniu hnRNA
- substrat w syntezie homoseryny i cysteiny
SAM - S-adenozylometionina:
- aktywna forma metioniny
- dawca grup metylowych dla:
- guanidynooctanu - w syntezie kreatyny:
SAM + guanidynooctan = S-adenozylohomocysteina + kreatyna
- etanoloaminy (kolaminy, przyłączane 3 grupy metylowe) - w syntezie choliny, której acetylacja prowadzi do powstania acetylocholiny
- noradrenaliny - jej metylacja prowadzi do powstania adrenaliny
- histydyny - jej metylacja prowadzi do powstania metylohistydyny, która z beta-alaniną daje anserynę
- tRNA - dojrzewanie tRNA
- glicyny - powstaje glicylobetaina: po dodaniu jednej reszty metylowej powstaje metyloglicyna; przyłączenie dwóch kolejnych grup metylowych prowadzi do powstania glicylobetainy (betainy glicyny - posiada 3 grupy metylowe)
- kwasu 3-hydroksy-4-aminomasłowego - synteza karnityny
Synteza SAM:
ATP + metionina = SAM + PPi + Pi (potrzebne jony magnezu)
Metabolizm SAM:
- oddając grupę metylową SAM przekształca się w S-adenozylohomocysteinę
- S-adenozylohomocysteina + seryna = cystationina = homoseryna + cysteina
- cystationina - metabolit pośredni, przy udziale cząsteczki wody rozkłada się do homoseryny i cysteiny
Homoseryna:
- pod wpływem gamma-liazy cystationinowej przekształcana w 2-oksomaślan
- 2-oksomaślan poddawany oksydacyjnej dekarboksylacji, następnie przyłączany jest CoA
- powstaje propionylo-CoA + CO2 + NADH + H+
Homocysteina (HCY):
- produkt metabolizmu metioniny
- uwalniana do osocza, krąży w postaci utlenionej jako homocystyna i dwusiarczek cysteina-HCY - w większości związana z białkami
- nie może zostać wbudowana w strukturę białek
- metabolizowana do cystyny lub metioniny
Przemiana homocysteiny:
a) transsulfuracja homocysteiny - powstaje cysteina:
- transsulfurację przeprowadza beta-syntaza cystationiny, jej koenzymem jest witamina B6
b) remetylacja homocysteiny:
- z powrotem powstaje metionina
- enzymy: syntaza metioniny i reduktaza metylenotetrahydrofolianu (MTHFR); koenzyami są witamina B12 i kwas foliowy
- 5,10-metylenotetrahydrofolian - redukowany przez MTHFR do 5-metylotetrahydrofolianu, który jest donorem grup metylowych dla remetylacji homocysteiny
c) przy upośledzonym metabolizmie gromadzi się homocysteina
Hiperhomocysteinemia:
- norma: poniżej 16 mmol/l (zależy od metody)
- umiarkowana: 16-30 mmol/l
- pośrednia: 30-100 mmol/l
- ciężka: powyżej 100 mmol/l
Przyczyny hiperhomocystynemii:
a) niedobory lub blak enzymów matabolizmu metioniny - dotyczą reduktazy metylenotetrahydrofolianu lub beta-syntazy cystationiny
- brak beta-syntazy cystationinowej - powoduje ciężką hiperhomocystynemię, występowanie: 1:200 000;
objawy:
- zmiany kośćca (nadmierne wydłużanie)
- osteoporoza
- miażdżycowe zmiany naczyniowe
- skłonność do zakrzepów i zatorów
- niedobór beta-syntazy cystationiny i umiarkowana hiperhomocysteinema: 1:200, homozygoty: 1:200 000
- termolabilna forma MTHFR:
- mutacja C677T: zamiast cytozyny - tymina
- miejsce reszty alaniny zajmuje walina
- enzym staje się termolabilny
- defekt występuje u 10-13% rasy kaukaskiej
- zdecydowanie mniejszy skutek kliniczny tego defektu
b) nabyte niedobory kwasu foliowego i witaminy B6, B12 - koenzymów przemiany homocysteiny:
- w wyniku niskiej podaży
- niskie stężeni witamin z grupy B odgrywa rolę w 2/3 przypadków hiperhomocystynemii
c) wtórna - w przebiegu chorób i nowotworów:
- przewlekła niewydolność nerek - upośledzenie wydalania i metabolizmu
- dializa - wymywanie kwasu foliowego
- łuszczyca, chemioterapia nowotworów
- niektóre nowotwory: sutka, jajnika, trzustki
- umiarkowana: w niedoczynności tarczycy
- ekspozycja na CS2
d) hiperhomocystynemia wywołana lekami lub używkami:
- leki wpływające na przemianę kwasu foliowego: metotrekstat, fenytoina lub witaminy B6 - np. teofilina
- barbiturany (indukcja cytochromu P-450)
- nadmierne spożywanie alkoholu, kawy, palenie papierosów
- duże dawki estrogenów
- niedobory witaminy B6, B12 i kwasu foliowego
- w zespole Downa: nadekspresja syntetazy - niskie stężęnia homocysteiny i niska zachorowalność na choroby krążenia
Hiperhomocystynemia - czynnik ryzyka chorób układu krążenia:
a) mechanizm aterogenny i trombogenny:
- autooksydacja homocysteiny: powstają wolne rodniki i nadtlenek wodoru
- utlenianie prowadzi do powstania tiolaktonu homocyteiny, który wchodzi w reakcję z LDL (apo B); agregaty LDL i tiolaktonu homocysteiny - wychwytywane przez makrofagi
- lipoproteiny z przyłączoną homocysteiną - tiolowane - immunogenne
- tiolowana apoB-100 ma niższe powinowactwo do receptora
- homocysteina ogranicza dostępność NO - hamowane efekty wazodilatacyjne
- nasila tworzenie nadtlenków lipidowych - hamują syntazę NO w śródbłonku
- wchodzi w interakcję ze składnikami hemostazy: nasila aktywność VII i V czynników krzepnięcia, obniża aktywność białka C
- zwiększa produkcję kolagenu przez SMC ściany naczyniowej
- wzrost ekspresji czynnika tkankowego, który aktywuje nie tylko hemostazę ale również procesy zapalne
b) patologiczne działanie przez śródbłonek:
- obniżenie syntezy prostacykliny i tlenku azotu
- wzrost ekspresji czynnika von Willebranda (adhezja płytek)
- nasilenie adhezji i agregacji płytek krwi
- wzrost degradacji elastyny
- pobudzenie proliferacji miocytów gładkich
- toksyczny wpływ na śródbłonek: zaczyna syntezować TXA2 zamiast PGI2
c) zaburzenia niezwiązane z miażdżycą:
- dyslokacja soczewki oka
- osteoporoza
- koślawość i szpotawość kolan
- defekty klatki piersiowej
- uszkodzenie naczyń krwionośnych
d) wzrost stężenia homocysteiny o 5 umol powoduje wzrost ryzyka zgonu na zawał serca o 100% (podobnie jak wzrost stężenia cholesterolu LDL o 50 mg/dl)
- zgodnie z krzywą Kaplana-Meyera przy stężeniach homocysteiny poniżej 9 umol/L częstość zgonów spowodowanych incydentami wieńcowymi wynosi kilka %; przy stężeniach powyżej 20 umol/L wzrasta ona do 35%
Podawanie witamin: przede wszystkim kwasu foliowego, również B6 oraz B12 powoduje obniżenie stężeń homocysteiny, również przy defektach MTHFR.
- homocysteina oznaczana metodą HPLC - chromatografii wysokociśnieniowej
Badanie stężenia homocysteiny powinno być przeprowadzone:
- u pacjentów, którzy mimo prawidłowych wyników lipidowych mieli incydenty zakrzepowe
- w niewydolności nerek
- podczas chemioterapii nowotworów
Cysteina:
Cysteina:
- częściowo egzogenna
- w dużych ilościach występuje w keratynie - we włosach i paznokciach
- stabilizuje strukturę białka
- prekursor tauryny
- służy do syntezy CoA i glutationu
Cysteina - przemiany:
- dekarboksylacja - powstaje cysteamina
- odwodorowanie - powstaje cystyna
- utlenianie - powstaje kwas cysteinowy (cysteinosulfinian) którego dekarboksylacja prowadzi do powstania hipotauryny; hipotauryna jest utleniana do tauryny, która jest sprzęgana z kwasami źółciowymi (grupy karboksylowe kwasów wytwarzają wiązania amidowe z grupą aminową tauryny)
- deaminacja i desulfuracja - powstaje pirogronian
- cysteina + kwas P-pantotenowy = tioetanoloamid kwasu P-pantotenowego, który w reakcji z ATP daje koenzym A, z kolei w reakcji z odpowiednim polipeptydem daje ACP
- cysteina + glicyna + kwas glutaminowy = glutation
Katabolizm:
a) bezpośrednie utlenianie:
- powstaje sulfinian cysteiny
- katalizowane przez dioksygenazę cysteinową (Fe2+, NAD(P))
b) transaminacja:
- powstaje 3-merkaptopirogronian, który jest redukowany przez dehydrogenazę mleczanową
- powstaje 3-merkaptomleczan; jego desulfuracja prowadzi do powstania pirogronianu i H2S
- 3-merkaptomleczan obecny w moczu
c) desulfuracja (odłączenie H2S):
- powstaje kwas aminoakrylowy
- kwas aminoakrylowy przekształca się w kwas iminopropionowy
- kwas iminopropionowy ulega dezaminacji - powstaje kwas pirogronowy
d) dekarboksylacja:
- powstaje cysteamina
Cystynuria - wzmożone wydalanie cystyny z moczem
Reakcje syntezy:
a) koenzym A:
- cysteina + kwas fosfopantotenowy
- powstaje pantofenylocysteina
- pantofenylocysteina ulega dekarboksylacji, która prowadzi do powstania:
- tioetanoloamidu kwasu fosfopantotenowego, który służy do syntezy CoA (reakcja z ATP) oraz ACP
b) glutation:
- syntetaza gamma-glutamylocysteinowa
- syntetaza glutationowa
Treonina:
- jedyny egzogenny hydroksy-aminokwas
- glukoketogenna (przekształca się do propionylo-S-CoA lub pirogronianu albo rozpadać się do acetylo-CoA i glicyny)
Przemiany:
a) aldolaza treoninowa:
treonina = glicyna + aldehyd octowy
- glicyna trafia do cyklu aminoacetonowego albo odtwarzana jest z niej seryna
- aldehyd octowy jest ulteniany do octanu przez dehydrogenazę octanową; powstaje z niego acetylo-CoA
b) dekarboksylacja:
- powstaje hydroksypropyloamina
- utleniana do aminoacetonu - druga droga wejścia treoniny do cyklu aminoacetonowego
c) treonina nie ulega transaminacji
d) treonina jest głównym źródłem metyloglioksalu, który powstaje w cyklu aminoacetonowym
- ulenienie treoniny - powstaje kwas 2-amino-3-oksomasłowy (acetoaminooctowy)
- kwas 2-amino-3-oksomasłowy dekarboksylowany do aminoacetonu
- aminoaceton pod wpływem monoaminooksydazy przekształca się w metyloglioksal
- metyloglioksal utleniany do pirogronianu - oksydaza metyloglioksalowa
- pirogronian oksydacyjnie dekarboksylowany do acetylo-CoA, który z glicyną daje kwas acetoaminooctowy - syntaza acetoaminooctowa (produkt pośredni: kwas 2-amino-3-oksomasłowy)
e) główny szlak przekształcenia treoniny - jej utlenienie:
- utlenianie treoniny przez dehydrogenazę treoninową - powstaje alfa-amino-beta-ketomaślan
alfa-amino-beta-ketomaślan - punkt rozejścia się szlaków:
1. alfa-amino-beta-ketomaślan dekarboksylowany z utworzeniem aminoacetonu
2. tioliza alfa-amino-beta-ketomaślanu - powstaje acetlo-CoA i glicyna
f) dodatkowy (3) szlak:
- dehydratacja i deaminacja treoniny przez dehydratazę serynową - powstaje alfa ketomaślan
- alfa-ketomaślan poddawany oksydacyjnej dekarboksylacji - powstaje propionylo-S-CoA
Fenyloalanina:
- egzogenna
Przemiany:
a) dekarboksylowana do fenyloetyloaminy (enzymy bakteryjne)
b) utlenianie pierścienia aromatycznego:
- fenyloalanina + O2 + tetrahydrobiopteryna (kofaktor) + NADH + H+
tetrahydrobiopteryna: reduktorem jest THF przekształcający się w DHF
- hydroksylowana przez hydroksylazę fenyloalaninową (monooksygenaza)
- powstaje tyrozyna + chinoid dihydrobiopteryny
Tetrahydrobiopteryna:
- przenośnik elektronów
- powstaje przez redukcję dihydrobiopteryny przez NADPH - reduktaza dihydrofolianowa
- forma chinoidowa powstaje podczas hydroksylacji fenyloalaniny
- forma chinoidowa dihydrobiopteryny ponownie redukowana przez reduktazę dihydropterynową - powstaje tetrahydrobiopteryna
Fenyloketonuria:
- choroba Fohlinga, niedorozwój fenylopirogronowy
- 1:10 000 - powstać klasyczna; dziedziczona autosomalnie recesywnie
- niedobór 4-monooksygenazy (hydroksylazy fenyloalaninowej)
- początkowo: wzrost 10-20 razy stężenia fenyloalaniny we krwi
- od 4 miesiąca - inna droga przemiany fenyloalaniny:
- fenyloalanina transaminowana do kwasu fenylopirogronowego
- kwas fenylopirogronowy dekarboksyloweny i utleniany do kwasu fenylooctowego lub redukowany do kwasu fenylomlekowego
- kwas fenylomlekowy nadaje moczowi mysi zapach
- kwas fenylooctowy - jeśli jest wykrywany w moczu, oznacza, że nie jest przestrzegana dieta eliminacyjna (spożywanie pokarmów z fenyloalaniną)
Typy fenyloalaninemii:
I. fenyloketonuria - brak hydroksylazy fenyloalaninowej
II. uporczywa hiperfenyloalaninemia - niedobór hydroksylazy fenyloalaninowej
III. przejściowa hiperfenyloalaninemia - opóźnienie w dojrzewaniu 4-monooksygenazy
IV. niedobór lub brak reduktazy dihydrobiopteryny
V. anormalna funkcja dihydrobiopteryny - wada w syntezie dihydrobiopteryny
Typ: I + II + III = 97%
Typ IV i V = 3%
Typ I: częstość 1:10 000 w Polsce
Fenyloketonuria - patomechanizm:
a) zaburzenia neurologiczne - zahamowanie rozwoju umysłowego
w OUN:
- zaburzenia transportu aminokwasów
- zaburzenia utylizacji glukozy
- zaburzenia biosyntezy cholesterolu - tkanka mózgowa dzieci syntezuje cholesterol, dorosłych nie
Gromadząca się fenyloalanina w OUN powoduje:
- hamowanie syntezy mieliny, noradrenaliny, serotoniny
Hamowanie syntezy melaniny
- jasne włosy i karnacja
b) wtórne zaburzenia przemian tyrozyna:
- fenyloalanina hamuje syntezę dopaminy - w moczu wydalany kwas wanilinomigdałowy - w postaci klasycznej
c) mysi zapach moczu:
- spowodowany kwasem fenylooctowym
d) w postaci nieklasycznej:
- niedobór reduktazy dihydrobiopteryny - nie powstaje tetrahydrobiopteryna
Objawy fenyloketonurii:
a) neuropsychiczne:
- niedorozwój umysłowy (IQ poniżej 20)
- nadpobudliwość
- drgawki
b) objawy skórne:
- hipopigmentacja skóry
- wypryski
Test Guthrie'go:
- 48 (72) godzin od pierwszego posiłku białkowego
- krew pobierana z pięty noworodka i nanoszona na zaznaczone pola bibuły filtracyjnej
- wynik fałszywie ujemny przy podawaniu antybiotyków - będą one hamować wzrost Bacillus subtilis nawet, jeśli we krwi będą obecne duże stężenia fenyloalaniny
- wynik fałszywie dodatni, jeśli noworodek jest niedojrzały
- Bacillus subtilis - laseczka sienna, kolonie hodowane na agarze; inhibicja wzrostu przez beta-tioenyloalaninę, przełamanie inhibicji przez stężenie fenyloalaniny wyższe niż 4 mg%
- przy patologicznym wyniku - test powtarzany
- potwierdzenie diagnozy: GC/MS - chromatografia gazowa i spektrometria masowa (Warszawa); diagnostyka różnicowa hiperfenyloalaninemii i spektrofluorymetryczne oznaczanie fenyloalaniny i tyrozyny
Monitorowanie schorzenia: wykrywanie kwasu fenylopirogronowego w moczu (pozwala sprawdzić, czy stosowana jest właściwa dieta), ilościowe oznaczanie fenyloalaniny
Diagnostyka prentalna - analiza DNA
Inne zastosowania testu Guthrie'go (choroba - aminokwas):
- MSD - leucyna
- homocystynuria - metionina
- tyrozynemia - tyrozyna
- hiperlizynemia - lizyna
Tyrozyna:
Przemiany:
a) transaminacja - aminotransferaza tyrozynowa:
- powstaje para-hydrokysfenylopirogronian
- upośledzenie prowadzi do tyrozynemii
b) para-hydroksyfenylopirogronian utleniany:
- dioksygenaza para-hydroksyfenylopirogronianowa
- 2 atomy tlenu wprowadzone do cząsteczki
- równocześnie dekarboksylacja
- powstaje homogentyzynian
- defekt prowadzi do tyrozynurii
c) rozerwanie pierścienia homogentyzynianu:
- przy udziale tlenu
- dioksygenaza homogentyzynianowa
- defekt prowadzi do alkaptonurii
- powstaje 4-maleiloacetooctan
d) izomeryzacja 4-maleiloacetooctanu:
- izomeraza maleiloacetooctanowa
- powstaje 4-fumaryloacetooctan
e) hydroliza 4-fumaryloacetooctanu:
- hydrolaza fumaryloacetooctowa
- powstają: fumaran + acetooctan - dlatego aminokwas glukoketogenny
Tyrozyna jest aminokwasem częściowo egzogennym.
Tyrozynemia typu I:
- niedobór hydrolazy fumaryloacetooctanowej
- wzrost stężenia tyrozyny i jej metabolitów poprzedzających upośledzoną reakcję
- wspomniane metabolity hamują aktywność enzymów wątrobowych i pozawątrobowych
- ponad 100-krotny wzrost wydalani tyrozyny i jej metabolitów
- część para-hydroksyfenylopirogronianu przechodzi w para-hydroksyfenylomleczan
- objawy:
- marskość wątroby
- krzywica
- zaburzenia wzrostu
- powiększenie śledziony
- zaburzenia trawienne i objawy uszkodzenia nerek
Tyrozynemia typu II:
- brak lub niedobór cytosolowej aminotransferazy tyrozynowej
- postać oczno-skórna
- akumulacja tyrozyny i uruchomienie alternatywnych szlaków jej przemian: N-acetylacji, dekarboksylacji
- w moczu zwiększone ilości produktów tych alternatywnych szlaków: tyraminy i n-acetylotyrozyny
- funkcja cytozolowej aminotransferazy tyrozynowej przejmuje enzym mitochondrialny lub oksydaza aminokwasowa - dzięki temu powstają pewne ilości para-hydroksyfenylopirogronianu
- objawy:
- uszkodzenie skóry i oczu
- opóźnienie rozwoju umysłowego
Tyrozyna jest prekursorem:
- tyraminy
- dopaminy
- noradrenaliny
- adrenaliny
- trójjodotyroniny
- tyroksyny
Metabolizm tyrozyny:
a) dekarboksylacja prowadzi do powstania tyraminy
Biosynteza katecholamin:
a) hydroksylacja (utlenianie) tyrozyny
- powstaje DOPA - 3,4-dwuhydroksyfenyloalanina
- 3-monooksygenaza tyrozynowa - inaczej: hydroksylaza tyrozynowa
- potrzebna tetrahydrobiopteryna
- zachodzi w mitochondriach
b) DOPA dekarboksylowana
- powstaje dopamina
- dekarboksylaza DOPA (koenzym - PLP)
- w cytoplazmie
c) dopamina hydroksylowana (utleniana)
- powstaje noradrenalina
- enzym: beta-hydroksylaza dopaminowa (potrzebne tlen i miedź)
- reakcja zachodzi w pęcherzykach ziarnistych
d) noradrenalina metylowana przy udziale SAM do adrenaliny:
- enzym: transferaza n-metylofenyloetanoloaminowa
- powstaje adrenalina
Alkaptonuria:
a) defekt dioksygenazy (oksydazy) homogentyzynianowej
- homogentyzynian nie jest przekształcany w maleiloacetooctan
- w chorobie następuje gromadzenie homogentyzynianu - alkaptonu
b) patogeneza:
- łagodny przebieg, dopiero w średnim wieku - początki objawów kostno-stawowych
- gromadzenie homogentyzynianu w tkankach bradytroficznych
- wiązanie się homogentyzynianu z kolagenem w chrząstce
- odkładanie się alkaptonu w krążkach międzykręgowych
- zapalenie stawów
- hiperpigmentacja chrząstki - ochronoza
- odkładanie alkaptonu w twardówkach - powoduje ich rdzawobrązowe zabarwienie
c) objawy:
- zesztywnienie kręgosłupa - objawy zbliżone do choroby Bechterewa
- wydalanie homogentyzynianu z moczem - jego ciemna barwa; homogentyzynian jest bezbarwnym hydrochinonem, który utlenia się do ketonu - dopiero powstała w wyniku utleniania forma ketonowa odpowiada za ciemne zabarwienie - keton polimeryzuje tworząc produkty brunatne lub czarne
- niewielki wpływ na metabolizm: niemożlność wytwarzania produktów katabolizmu fenyloalaniny i tyrozyny = straty energetyczne
- brak syntezy glukozy z aminokwasów aromatycznych
- w późniejszym okresie rozwija się artretyzm
Synteza melaniny:
- melaniny - niejednorodna grupa wielkocząsteczkowych polimerów
- melaniny są trudno rozpuszczalne, tworzą ziarniste struktury barwy czarnej
- występowanie melanin: skóra, włosy, ciałko rzęskowe, siatkówka, istota czarna mózgu, splot naczyniówkowy
- synteza w melanosomach w melanocytach (również w niektórych neuronach)
- oksydaza o-dwufenolowa (tyrozynaza) - z tyrozyny powstaje DOPA
- oksydaza katecholowa - z DOPA powstaje DOPA-chinon
- DOPA-chinon przekształca się w DOPA-chrom
- DOPA-chrom przekształca się w indolochinon
- indolochinon polimeryzuje z wytworzeniem eumelaniny
- część DOPA-chinonu wbudowuje resztę cysteinylową - powstają feomelaniny
Albinizm:
- brak tyrozynazy w melanocytach (w innych tkankach aktywność prawidłowa)
- prawidłowa synteza amin katecholowych
- upośledzona pigmentacja
- występuje 10 postaci albinizmu oczno-skórnego
- tyrozynazo ujemni - występuje całkowity brak widocznego barwnika
- tyrozynazo dodatni - osobniki posiadają nieco barwnika
- bielactwo oczu - zabarwienie włosów i skóry normalne
- u wszystkich albinosów pole widzenia jest prawidłowe, jednak nie potrafią oni widzieć stereoskopowo; wykazują światłowstręt
- katecholaminy są inhibitorami hydroksylazy tyrozyny
Tryptofan:
- aminokwas egzogenny
- transaminacja aminokwasu jest metaboliczną ślepą uliczką - powstający alfa-ketokwas musi ulec ponownemu utlenieniu
a) główny szlak degradacji: rozerwanie pierścienia
- enzym: oksygenaza tryptofanowa
- tryptofan ostatecznie przekształca się w alaninę, jest aminokwasem glukogennym
b) tryptofan jest wykorzystywany do syntezy:
- kwasu nikotynowego (witamina PP)
- hormonów: tryptaminy, serotoniny, melatoniny
- auksyn u roślin
c) przekształcanie tryptofanu:
- transaminacja prowadzi do powstania kwasu indolopropionowego
- dekarboksylacja kwasu indolopropionowego daje etyloindol
- etyloindol ulega demetylacji - powstaje skatol
- demetylacja skatolu prowadzi do powstania indolu
- indol wydalany z kałem lub utleniany w jelicie grubym przez oksydazę indolową do indoksylu
- indoksyl w wątrobie siarczanowany przez PAPS - powstaje kwas indoksylosiarkowy
- w jelicie pod wpływem bakterii powstaje skatol i indol - mają wpływ toksyczny i mogą prowadzić do zaparć
d) szlak kinureninowo-antranilowy - katabolizm tryptofanu:
- pod wpływem dioksygenazy (oksydazy tryptofanowej) przekształcany w formylokinureninę
- formylokinurenina przy udziale wody rozkłada się do mrówczanu (powstaje z niego formylo-THF) oraz kinureniny
- kinurenina przekształca się w kwas kinureninowy albo:
- pod wpływem monooksygenazy przekształcona zostaje do 3-hydroksykinureniny
- 3-hydroksykinurenina pod wpływem kinureninazy (zależnej od witaminy B6) przekształcana w kwas 3-hydroksyantranilowy i alaninę
- rozerwanie pierścienia kwasu 3-hydroksyantranilowego (utrata CO2) - powstaje kwas alfa-amino-beta-karboksymukonowy
- od kwasu alfa-amino-beta-karboksymukonowego odłącza się CO2 - powstaje kwas pikolinowy (ligand wiążący cynk)
- kwas pikolinowy przekształca się w kwas 2-aminomukonowy
- kwas 2-aminomukonowy utleniany do kwasu 2-oksoadypinowego
- kwas 2-oksoadypinowy dekarboksylowany do glutarylo-CoA
Kwas pikolinowy:
a) ligand wiążący cynk
- niedobór prowadzi do zaburzonego wchłaniania cynku
b) szlak syntezy kwasu pikolinowego:
- egzokrynna część trzustki - wydzielany do przewodu pokarmowego
- przy niewydolności trzustki spada synteza kwasu pikolinowego
- u dzieci do 4 miesiąca synteza jest niska
- syntezowany również w gruczole mlekowym; 15 razy mniej w mleku krowim niż w mleku kobiecym
- do syntezy potrzebna witamina B6
c) objawy niedoboru:
- Acrodermatitis enteropathica
- występują:
- biegunka
- zmiany skórne w dystalnych częściach kończyn (dłonie i stopy)
- łysienie
- zaburzenia rozwoju fizycznego
- takie same objawy powoduje niedobór tryptofanu, witaminy B6 i kwasu pikolinowego
Synteza NAD:
a) główny szlak przemiany tryptofanu w wątrobie - synteza kwasu nikotynowego
b) etapy:
- oksygenaza tryptofanowa utlenia aminokwas do N-formylokinureniny
- N-formylokinurenina pod wpływem formamidazy przekształca się w kinureninę (odłączenie grupy formylowej)
- kinurenina pod wpływem 3-hydroksylazy kinureninowej przekształcana w 3-hydroksykinureninę (potrzebny tlen i NADPH)
- 3-hydroksykinurenina pod wpływem kinureninazy przekształcana w alaninę i 3-hydroksyantranilan
- 3-hydroksyantranilan pod wpływem oksydazy 3-hydroksyantranilanowej przekształca się w semialdehyd kwasu 2-amino-3-karboksymukonowego
- kwas alfa-amino-beta-karboksymukonowy ulega samoistnej cyklizacji przekształcając się w kwas chinolinowy (dikarboksylowy)
- kwas chinolinowy reaguje z PRPP - równocześnie ulega dekarboksylacji, która prowadzi do utworzenia kwasu nikotynowego
c) w warunkach diety normalnobiałkowej 1/60 tryptofanu może być przekształcona w niacynę (pokryte zostaje zapotrzebowanie)
- pelagra występuje u ludzi odżywiających się małą ilością białka lub białkiem niepełnowartościowym
- przetworzona kukurydza ma bardzo mało tryptofanu
Hydroksylacja:
- powstaje 5-hydroksytryptofan
- hydroksylaza ma duże powinowactwo do tryptofanu
- duże nasilenie w mózgu i szyszynce
- 5-hydroksytryptofan dekarboksylowany do serotoniny
Serotonina:
a) synteza:
- wytwarzana przez komórki APUD występujące w przewodzie pokarmowym, głównie w jelicie cienkim, w drzewie oskrzelowym, w szyszynce
b) rola:
- przekaźnik w OUN
- zwęża naczynia krwionośne, stymuluje skurcz mięśni gładkich
- zwiększone wytwarzanie w rakowiaku - zamiast 1% aż 60% tryptofanu przekształcane jest w serotoninę - brak tryptofanu do syntezy niacyny
c) katabolizm
- nieodwracalnie degradowana
- przez oksydazę monoaminową (MAO) utleniana do aldehydu 5-hydroksyindolooctowego
- aldehyd 5-hydroksyindolooctowy ulteniany do kwasu 5-hydroksyindolooctowego
Melatonina:
a) synteza:
- powstaje z 5-hydroksytryptofanu, który ulega acetylacji i metylacji
- wydzielana przez szyszynkę
b) działanie:
- antygonadotropowe
- antymelanotropowe
- antykortykotropowe
Histydyna:
- aminokwas częściowo egzogenny
- wykorzystywana głównie do syntezy białek
Przemiany:
- katabolizm do kwasu glutaminowego
- przekształcenie w sulfohistydynę, która jest metylowana do ergotioneiny
- dekarboksylacja z utworzeniem histaminy
- substrat do produkcji karnozyny - z beta-alaniną
- metylacja do metylohistydyny - substratu do produkcji anseryny - też z beta-alaniną
Katabolizm:
a) deaminacja:
- histydynaza (histydaza) - amoniako-liaza histydynowa
- powstaje urokanian
- niedobór prowadzi do histydynemii
b) urokanaza - hydrataza urokanianowa:
- do urokanianu przyłączona zostaje cząsteczka wody
- powstaje 4-imidazolono-5-propionian
c) 4-imidazolono-5-propionian poddawany hydrolizie:
- enzym: imidazolono-propionaza
- powstaje N-formiminoglutaminian (FIGLU)
d) formiminotransferaza:
- z N-formiminoglutaminianu powstaje kwas glutaminowy
- grupa formiminowa FIGLU przenoszna na THF - powstaje formimino-THF - niedobór kwasu foliowego powoduje zwiększenie stężeń FIGLU
e) kwas glutaminowy przekształcany w alfa-ketoglutaran - histydyna aminokwasem glukogennym
Histydynemia:
- brak amoniako-liazy histydynowej - histydynazy (histydazy)
- dziedziczona jako cecha autosomalna recesywna
- zahamowanie wzrostu
- opóźnienie rozwoju umysłowego, wady wymowy
- schorzenie może czasami przebiegać bezobjawowo
- w schorzeniu uruchomiony alternatywny szlak przekształceń histydyny:
- histydyna transaminowana do imidazolopirogronianu,
- imidazolopirogronian dekarboksylowany z utworzeniem imidazolooctanu
- w moczu dużo imidazolopirogronianu i imidazolooctanu
Kwas glutaminowy:
a) źródła:
- pokarm i transaminacja alfa-ketoglutaranu
- pośrednio: z histydyny, argininy, proliny
b) aminacja prowadzi do powstania glutaminy
c) w wyniku dekarboksylacji powstaje GABA
- transaminacja GABA prowadzi do wytworzenia kwasu bursztynowego
d) udziała w cyklu gamma-glutamylowym
e) powstaje z:
- histydyny
- proliny
- ornityny (argininy)
f) przemiany:
- oksydacyjna dezaminacja do alfa-ketoglutaranu
- przechodzi w alfa-ketoglutaran w wyniku transaminacji
- aminacja prowadzi do powstania glutaminy
- dekarboksylacja - powstaje GABA
- acetylacja - powstaje metabolit regulujący cykl mocznikowy
- substrat do syntezy glutationu
Glutamina:
- rezerwa azotu aminowego do syntez nukleotydów purynowych i pirymidynowych oraz aminosacharydów
Cykl gamma-glutamylowy:
- forma transportu aminokwasów do komórki
- funkcjonuje szczególnie w jelicie i kanalikach nerkowych
- transportuje wszystkie aminokwasy z wyjątkiem proliny
- transport jednego aminokwasu do komórki wymaga hydrolizy 3 cząsteczek ATP
- enzym przenoszący - gamma-glutamylotranspeptydaza
Mechanizm:
- aminokwas pochodzący z przestrzeni pozakomórkowej reaguje z glutationem
- powstają 2 dipeptydy: gamma-glutamyloaminokwas oraz cysteinyloglicyna
- dipeptydy uwalniane do cytozolu
- gamma-glutamyloaminokwas hydrolizowany przez gamma-glutamylocyklotransferazę: uwalnia się internalizowany aminokwas oraz glutaminian w formie 5-oksoproliny (najpierw w formie kwasu piroglutaminowego)
- 5-oksoprolina pod wpływem 5-oksoprolinazy (potrzebny ATP) przekształcana w glutaminian
- cysteinyloglicyna hydrolizowana do cysteiny i glicyny
- odtwarzanie glutationu:
- glutaminian reaguje z cysteiną tworząc gamma-glutamylocysteinę - syntetaza gammaglutamylocysteiny (drugi ATP)
- gamma-glutamylocysteina przyłącza glicynę tworząc glutation - syntetaza glutationowa - trzeci ATP
Mikroalbuminuria:
- wydalenie 30-300 mg albumina z moczem w ciągu doby
- sama w sobie nie powoduje objawów; jest markerem ryzyka rozwoju poważniejszych stanów
- niewykrywana (jeśli występuje bez jawnego białkomoczu) w rutynowych badaniach moczu
- wykrywana radioimmunologicznie i immunochemicznie; albumina ilościowo oznaczana metodą immunonefelometryczną
- pomiar stężenia albumin wykonuje się 24-godzinnej zbiórce moczu albo w próbce z pojedynczej zbiórki (najlepiej porannej) przez pomiar stosunku stężenia albuminy do stężenia kreatyniny (ACR - albumin-creatinin ratio)
- test w pojedynczej zbiórce moczu: u mężczyzn stosunek albuminy:kreatynina (ACR) powinien być mniejszy niż 2,5 mg/mmol, u kobiet - niższy niż 3,5 mg/mmol (u obu płci niższy niż 30 mg/g)
- związana jest z początkami nefropatii występującej w cukrzycy: utrzymująca się przez kilka miesięcy mikroalbuminuria wskazuje na rozwój nefropatii cukrzycowej, która nieleczona może nawet doprowadzić do ustania funkcji nerek
- występuje również w nadciśnieniu: tu również jest markerem ryzyka rozwoju choroby wieńcowej i nefropatii
- jest markerem zaburzeń czynności śródbłonka
- niezależny czynnik ryzyka rozwoju CHD - choroby wieńcowej
- bardzo szybko narastajaca mikroalbuminuria wskazuje na ryzyko wystąpienia niewydolności oddechowej i wielonarządowej
- dokładny patomechanizm - nieznany; prawdopodobnie związana z postępującą dysfunkcją śródbłonka, która powoduje zwiększoną przepuszczalność przepony filtracyjnej kłębuszków dla białek
- w cukrzycy - poprawa wyników po obniżeniu ciśnienia krwi i glikemii oraz po zaprzestaniu palenia
- pozytywny wynik testu: w stanach zapalnych dróg moczowych, uogólnionych infekcjach, wysiłku fizycznym, przy wysokich stężeniach glukozy (brak kontroli glikemii), po intensywnym wysiłku fizycznym
- poprawa wyników po zastosowaniu inhibitorów ACE (captopril, enalapril) oraz receptota AT1 (sartany - główny badany lek: irbesartan)
Białko Bence-Jonesa:
- paraproteina
- obecne w moczu lekkie łańcuchy immunoglobulin
- wytrąca się po podgrzaniu do temperatury 50-60 0 C, rozpuszcza ponownie po osiągnięciu temperatury 90-100 0 C
- nie wykrywane w zwykłych testach wskaźnikowych
- wykrywana w teście termoprecypitacyjnym, lepszym narzędziem diagnostycznym jest jednak elektroforeza moczu zagęszczonego oraz badanie immunochemiczne
- obecne w szpiczaku mnogim (głównie IgG), Macroglobulinemii Waldenstroma (IgM)
- łańcuchy lekkie: masa ok. 25 000 Da, łatwo się przesączają
Białko Tamma Horsfalla:
- THMP, uromodulina
- opisana w latach 50-tych jako inhibitor spowodowanej obecnością wirusa hemaglutynacji, przez Igora Tamma i Franka Lappina Horsfalla
- glikoproteina (mukoproteina) - 30% masy stanowią reszty cukrowe
- masa: 85-90 kDa
- 616 aminokwasów, 48 reszt cysteiny
- struktura: 3 domeny EGF zawierające sekwencje wiążące jony wapnia, oraz domena zbliżona do białek osłonki przejrzystej
- produkowane przez grubszą część wstępującego ramienia pętli Henlego
- białko zakotwiczone w błonie dzięki obecności glikolipidu: glikozylofosfatydyloinozytolu
- 50 - 200 mg dziennie wydzielane do moczu w warunkach fizjologicznych (zależnie od diety, aktywności fizycznej, rozcieńczenia moczu)
- silnie łączy się z komórkami Escherichia coli - z fimbriami typu I - zapobiega łączeniu się tych bakterii z uroplakinowymi receptorami nabłonka kanalików nerkowych (receptory uroplakinowe odgrywają główną rolę w infekcji dróg moczowych)
- przy niskim pH agreguje tworząc żel
- funkcja immunomodulacyjna (in vitro hamowanie proliferacji limfocytów T pobudzonych antygenem oraz hamowanie cytotoksyczności monocytów)
- obrona nabłonka nerkowego przed infekcjami
- rola w transporcie jonów i w procesie zagęszczania moczu
- wchodzi w skład macierzy wszystkich wałeczków - główny składnik wałeczków szklistych
- w szpiczaku mnogim w połączeniu z lekkimi łańuchami immunoglobulin tworzy wałeczki zatykające kanaliki nerkowe - jeden z patomechanizmów niewydolności nerek w szpiczaku mnogim
- zawiera duże ilości mannozy, do której mają powinowactwo bakterie
- zapobiega wytrącaniu się złogów szczawianu wapnia głównie w kanalikach zbiorczych (z drugiej strony, stwierdzono jego rolę w powstawaniu złogów; kwestia problematyczna)
- oznaczane immunoelektroforetycznie; białko uprzednio poddawane działaniu SDS: prążek na wysokości odpowiadającej masie 85-90 kDa
Kwas asparaginowy:
a) przemiany
- transaminacja prowadzi do powstania szczawiooctanu
- aminacja katalizowana przez syntazę asparaginową do powstania asparaginy
- dekarboksylacja węgla alfa prowadzi do powstania beta-alaniny (enzym: 1-dekarboksylaza)
- dekarboksylacja drugiej reszty COOH - powstaje alanina (enzym: 4-dekarboksylaza)
- reakcja z cytruliną daje kwas argininobursztynowy - cykl mocznikowy
- bierze udział w biosyntezie nukleotydów purynowych i pirymidynowych
Alanina:
a) powstaje w wyniku:
- transaminacji kwasu pirgronowego z kwasem glutaminowym, sparaginowym lub 4-aminomasłowym
- dekarboksylacji kwasu asparaginowego
- pośrednich przemian kwasu glutaminowego i asparaginowego
b) przemiany:
- transaminacja prowadzi do powstania kwasu pirogronowego
- transaminacja z kwasem hydroksypirogronowym prowadzi do powstania seryny i kwasu pirogronowego
Beta-alanina:
a) powstaje w wyniku dekarboksylacji kwasu asparaginowego (enzym: 1-dekarboksylaza)
b) składnik koenzymu A
- kwas 2,4-dihydroksy-2,3-dimetylomasłowy + beta-alanina = kwas pantotenowy
c) składnik karnozyny i anseryny
- beta-alanina + histydyna = karnozyna; enzym: syntetaza karnozynowa
- metylacja karnozyny prowadzi do wytworzenia anseryny; enzym: N-metylotransferaza
- karnozyna występuje w ludzkich mięśniach szkieltowych
- anseryna występuje w mięśniach u gatunków o szybkim skurczu mięśnie: np. w kończynach królika, mięśniach piersiowych ptaków
Seryna:
- jej grupa hydroksylowa wchodzi w skład centrów aktywnych wielu enzymów, przede wszystkim hydrolaz (proteazy serynowe)
a) przemiany:
- dehydratacja i deaminacja prowadzi do powstania kwasu pirogronowego
- reakcja z homocysteiną prowadzi do powstania homoseryny i cysteiny
- odwodorowanie i odłączenie grupy formylowej prowadzi do powstania glicyny
- dekarboksylacja prowadzi do powstania etanoloaminy, która może być metylowana do choliny (trzykrotna metylacja)
- aktywowana przez CTP jako CDP-seryna bierze udział w syntezie fosfolipidów
- seryna + palmitoilo-CoA - synteza sfingozyny i ceramidu
- główna droga przemian seryny u człowieka:
- hydroksymetylotransferaza serynowa
- seryna przechodzi w glicynę, przy czym odłączona zostaje grupa formylowa jako formylo-THF
b) uczestniczy w syntezie:
- sfingozyny
- homoseryny
- cysteiny
- metioniny
- tryptofanu
c) może powstawać z metabolitu glikolizy:
- 3-fosfoglicerynian zostaje utleniony do 3-fosfohydroksypirogronianu
- 3-fosfohydroksypirogronian podlega transaminacji przekształcając się w 3-fosfoserynę
- 3-fosfoseryna pod wpływem fosfatazy przekształca się w serynę
Glicyna:
a) przemiany:
- transaminacja z ketoglutaranem prowadzi do powstania kwasu glioksalowego i kwasu glutaminowego
- sprzęgana z kwasem benzoesowym daje kwas hipurowy
- sprzęgana z kwasem fenylooctowym daje kwas fenaceturowy
- sprzęgana z kwasami żółciowymi - powstają sole kwasów żółciowych
- w reakcji z sukcynylo-CoA powstaje ALA - początek syntezy pierścienia porfirynowego
- składnik glutationu
- substrat w biosyntezie kreatyny: z argininą daje kwas guanidynooctowy
- metylacja prowadzi do powstania betainy
- główny szlak przemian: mitochondrialny kompleks syntazy glicynowej:
glicyna + NAD+ = CO2 + NH4+ + NADH + H+
w reakcji tej powstaje też metyleno-THF
b) cykl bursztynianowo-glicynowy:
- w cyklu tym glicyna całkowicie przekształca się w CO2 i NH3
- pośredni metabolit - ALA - uczestniczy w syntezie porfiryn
- glicyna + sukcynylo-CoA = alfa-amino-beta-ketoadypinian
- alfa-amino-beta-ketoadypinian dekarboksyluje do kwasu delta-aminolewulinowego (ALA)
- kwas delta-aminolewulinowy traci grupę aminową - powstaje semialdehyd kwasu alfa-ketoglutarowego
- semialdehyd kwasu alfa-ketoglutarowego przekształca się w alfa-ketoglutaran, który jest dekarboksylowany do bursztynianu (sukcynylo-CoA)
c) glicyna powstaje z:
- treoniny, gdy ta odłączy aldehyd octowy
- seryny, gdy ta odłączy grupę formylową
Walina, leucyna, izoleucyna:
a) przemiany:
- odwracalna transaminacja - aminotransferaza swoista dla Leu i Ile, osobny enzym dla Wal
Przemiany leucyny:
- transaminacja leucyny: powstaje alfa-ketoizokapronian
- oksydacyjna dekarboksylacja (NAD) daje izowalerianylo-CoA (izowalerylo-CoA)
- izowalerianylo-CoA utleniany (FAD) do beta-metylokrotonoilo-CoA przez dehydrogenazę
- węgiel gamma beta-metylokrotonoilo-CoA karboksylowany - powstaje beta-metylo-glutakonylo-CoA
- beta-metyloglutakonylo-CoA poddawany hydratacji - powstaje beta-hydroksy-beta-metyloglutarylo-CoA
- beta-hydroksy-beta-metylo-glutarylow-CoA - rozkłada się do acetooctanu i acetylo-CoA -pod wpływem liazy beta-hydroksy-beta-metylo-glutarylo-CoA
- przemiana w mitochondrium, dlatego powstający w metabolizmie leucyny beta-hydroksy-beta-metyloglutarylo-CoA nie może być substratem do syntezy cholesterolu
Przemiana izoleucyny:
- transaminacja izoleucyny: powstaje alfa-keto-beta-metylowalerian
- alfa-keto-beta-metylowalerian oksydacyjnie dekarboksylowany do beta-metylobutyrylo-CoA
- beta-metylo-butyrylo-CoA utleniany do beta-metylo-krotonylo-CoA
- beta-metylo-krotonylo-CoA uwodniony do beta-hydroksy-beta-metylobutyrylo-CoA
- beta-hydroksy-beta-metylo-butyrylo-CoA utleniany do 2-metyloacetylo-CoA
- 2-metyloacetylo-CoA przekształca się w propionylo-CoA i acetylo-CoA
Przemiana waliny:
- transaminacja waliny z alfa-ketoglutaranem: powstaje alfa-ketoizowalerian
- alfa-ketoizowalerian dekarboksylowany oksydacyjnie (NAD) do izobutyrylo-CoA
- izobutyrylo-CoA utleniany (FAD) do metyloakrylilo-CoA
- metyloakrylilo-CoA poddawany hydratacji - powstaje beta-hydroksyizobutyrylo-CoA (hydrataza enoilo-CoA)
- hydrolityczne odłączenie CoA od beta-hydroksyizobutyrylo-CoA - hydrolaza beta-hydroksyizobutyrylo-CoA - powstaje beta-hydroksyizolmaślan
- beta-hydroksyizomaślan utleniany (NAD) do semialdehydu metylomalonowego
- semialdehyd metylomalonowy - dekarboksylacja (-COOH) oraz utlenienie grupy aldehydrowej z ponownym przyłączeniem CoA - powstaje propionylo-CoA - enzym: dehydrogenaza semialdehydu metylomalonowego
- propionylo-CoA poddawany serii reakcji, które prowadzą do wytworzenia bursztynylo-CoA - tym samym walina aminokwasem glukogennym
b) enzymy przemian aminokwasów o rozgałęziony łańcuchu:
- aminotransferazy mają największą aktywość w mózgu i mięśniu sercowym; nie występują w wątrobie, dlatego pierwszy etap przemian tych AA zachodzi poza wątrobą
- dekarboksylazy mają największą aktywność w wątrobie; całość przemian zachodzi w mitochondrium
c) końcowe produkty przemian:
- leucyna - acetoacetylo-CoA i acetooctan
- izoleucyna - propionylo-CoA i acetylo-CoA
- walina - metylomalonylo-CoA, propionylo-CoA
Ketoaminoacyduria:
a) cechy:
- dziedziczona autosomalnie, recesywnie
- występuje mocz o zapachu syropu klonowego (100 przypadków)
- 4 postacie - klasyczna, ciężka, kilka dni po urodzeniu
- występują zaburzenia neurologiczne, trudności w połykaniu, drgawki; następuje w pierwszych tygodniach
- we krwi znacznie podwyższone są stężenia leucyny, izoleucyny, waliny i ketoanalogów
- podwyższone jest również stężenie pirogronianu, ketoglutaranu i mleczanu
- zwiększone stężenie hydroksykwasów (odpowiedzialne za zapach) powstających przez redukcję ketoanalogów
- o rozpoznaniu decyduje badanie enzymatyczne: używa się krwinek białych (które metabolizują wszystkie 3 aminokwasy i ich analogi) lub fibroblastów skóry w hodowli
b) mechanizm:
- w tkankach i w krwi gromadzi się kwas ketoizokapronowy będący inhibitorem dehydrogenazy pirogronianowej
- zahamowane zostają przemiany glukozy w mózgu
- leucyna działa hipoglikemizująco, ponieważ pobudza wydzielanie insuliny
- ketoanalogi leucyny i izoleucyny hamują aminotransferazę alaninową, co zwiększa stężenie alaniny we krwi
c) leczenie:
- dieta eliminująca leucynę, izoleucynę i walinę
Propionylo-CoA:
a) powstaje z:
- izoleucyny, waliny, metioniny, treoniny, beta-alaniny
- uracylu, reszty propylowej, cholesterolu, nieparzystowęglowych kwasów tłuszczowych
b) metabolizm:
- karboksylacja - powstaje D-metylomalonylo-CoA
- D-metylomalonylo-CoA poddawany racemizacji do L-metylomalonylo-CoA
- L-metylomalonylo-CoA pod wpływem mutazy metylomalonylowej przekształcany w sukcynylo-CoA
- sukcynylo-CoA w wątrobie - fosforylacja substratowa
- sukcynylo-CoA w tkankach - udział spalaniu acetooctanu (CoA-transferaza alfa-ketokwasowa)
Metylomalonyloacyduria:
- występują ostre zaburzenia metaboliczne: kwasica metaboliczna (ketoacydoza) i hipoglikemia
- niedobór mutazy metylomalonylo-CoA
a) mechanizm hipoglikemii w acydurii metylomalonylowej:
- błona mitochondrialna nieprzepuszczalna dla metylo-malonylo-CoA
- metylomalonylo-CoA znosi hamujące działanie acetylo-CoA na karboksylazę pirogronianową
Lizyna:
- aminokwas egzogenny, wykorzystywany do syntezy białek
- nie podlega transaminacji
a) przemiany:
- oksydacyjna deaminacja - powstaje kwas-2-okso-6-aminokapronowy
- kwas 2-okso-6-aminokapronowy poddawany cyklizacji - powstaje kwas dehydropipekolinowy
- kwas dehydropipekolinowy w reakcji z wodą daje semialdehyd kwasu 2-aminoadypinowego (rozerwanie pierścienia)
- semialdehyd kwasu 2-aminoadypinowego utleniany do kwasu 2-aminoadypinowego
- kwas 2-aminoadypinowy poddawany oksydacyjnej deaminacji i oksydacyjnej dekarboksylacji do glutarylo-CoA, który ostatecznie daje aceto-acetylo-CoA
b) katabolizm lizyny:
- nieodwracalna reakcja z 2-ketoglutaranem przy udziale NADPH, który redukuje grupę ketonową KG do H2O - powstaje zredukowany kompleks, w którym łańcuchy węglowe obu aminokwasów połączone są poprzez grupę espilon-aminową - ten kompleks to sacharopina
- sacharopina zostaje oksydacyjnie rozerwana do glutaminianu i semialdehydu 2-aminoadypinowego (alfa-aminoadypinowego)
- w kolejnych przemianach semialdehyd przekształca się w acetoacetylo-CoA
c) przemiany lizyny:
- transaminacja - nieznana
- dekarboksylacja - powstaje pentametylenodiamina (1,5-diaminopentan, kadaweryna)
- oksypochodna - hydroksylizyna - hydroksylaza lizylowa - oksygenaza o funkcji mieszanej, potrzebny kwas askorbinowy, tlen, Fe2+ i 2 ketoglutaran
d) rozkład lizyny jako przykład prawidłowości w metabolizmie aminokwasów:
- pierwsza reakcja aminokwasów egzogennych - nieodwracalna
- wyjątkiem od tej reguły są aminokwasy z rozgałęzionym łańcuchem - w ich metabolizmie druga reakcja jest nieodwracalna
- nieodwracalność pierwszej reakcji reguluje tempo rozkładu aminokwasów egzogennych
- enzymy uczestniczące mają wysoką stałą Michaelisa - rozkład następuje dopiero, gdy jest nadmiar aminokwasów
Prolina:
a) aminokwas endogenny - synteza:
- powstaje z kwasu glutaminowego i ornityny (delta-transaminacja)
- kwas glutaminowy utleniany przez dehydrogenazę prolinową - powstaje gamma-semialdehyd kwasu glutaminowego
- cyklizacja gamma-semialdehydu kwasu glutaminowego prowadzi do powstania kwasu prolino-karboksylowego
- kwas prolino-karboksylowy radukowany do proliny (NADH; defekt przemiany prowadzi do hiperprolinemii)
b) katabolizm proliny:
- utleniana do prolinokarboksylanu (kwasu prolinokarboksylowego)
- rozerwanie pierścienia prolinokarboksylanu przy udziale cząsteczki wody - powstaje gamma-semialdehyd kwasu glutaminowego, który z kolei utleniany jest do glutaminianu
c) hydroksylacja:
- powstaje 4-hydroksyprolina
- hydroksylaza prolinowa - wymaga kwasu askorbinowego, żelaza Fe2+, ketoglutaranu
- element posttranslacyjnej modyfikacji kolagenu
Wykład - biochemia - aminokwasy 9.V.2007
Aminokwasy ketogenne:
- ich metabolizm prowadzi do powstawania ciał ketonowych, ale w eksperymentalnej cukrzycy wywołanej u zwierząt podaniem alloksanu lub streptozotocyny
- u człowieka zdrowego zwiększenie ich podaży nie prowadzi do wzrostu ketonemii
- leucyna i lizyna
Aminokwasy glukoketogenne: izoleucyna, fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan
Aminokwasy glukogenne - szkielet węglowy staje się substratem w procesie glukoneogenezy
- alanina, arginina, asparaginian, asparagina, cysteina, glicyna, glutaminian, glutamina, histydyna, metionina, prolina, seryna, treonina, walina
Choroba syropu klonowego (MSD):
- defekt oksydacyjnej dekarboksylacji waliny i izoleucyny
- występują:
- uszkodzenie OUN
- drgawki
- kwasica
- niewydolność oddechowa
- śpiączka
- upośledzenie umysłowe
Markery stresu oksydacyjnego:
- pozwalają na ocenę stresu oksydacyjnego w sytuacjach patologicznych
- umożliwiają monitorowanie i ocenę terapii antyoksydacyjnej
a) całkowita pojemność antyoksydacyjna osocza:
- zmniejszona fluorescencja pod wpływem utlenienia - metoda fluorescencyjna
- badane osocze, jeśli zawiera antyoksydanty, przeciwdziała utlenianiu fluorescencyjnego wskaźnika
- kalibracja za pomocą antyoksydanta syntetycznego, np. Trolox C - totalna aktywność antyoksydacyjna dla porównania
- metoda TRAP i FRAP
- obecnosć nieenzymatycznych antyoksydantów takich jak bilirubina, kwas moczowy zaburza wynik metody (przeszkodą w badaniu jest hiperbilirubinemia i hiperurykemia)
- jest wskaźnikiem stresu oksydacyjnego w cukrzycy typu II (DM2)
b) enzymy anytoksydacyjne
- katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), peroksydaza glutationowa (GSH-Px)
- oznaczane w hemolizacie krwi
- nie mają znaczenia praktycznego
- oznaczane w warunkach laboratoryjnych
c) antyoksydanty nieenzymatyczne:
- HPLC - oznaczanie glutationu metodą chromatografii wysokociśnieniowej
- oznaczanie witaminy E, C, beta-karotenu oraz ubichinolu
- faktyczne podstawy ma oznaczanie witaminy E
d) markery syntezy tlenku azotu:
- NO z anionorodnikiem ponadtlenkowym tworzy peroksynitryle (peroksyazotyny),
- peroksynitryle mają powinowactwo do tyrozyny; powodują:
- modyfikacje reszt tyrozyny receptorów katalitycznych, w konsekwencji - dysfunkcję tych receptorów - receptorów czynników wzrostowych;
- poza tym mają powinowactwo do grup tiolowych reszt cysteinylowych białek oraz do lipidów i DNA
e) stabilne końcowe produkty tlenku azotu:
- ilość syntezowanego NO oznaczana przez oznaczanie azotynów i azotanów - mają krótki okres półtrwania - 1,5 h - wydalane z moczem
- przy zaburzonej filtracji kłębkowej wzrasta ich stężenie w osoczu - bez faktycznego wzrostu produkcji
- czasem oznaczane w dobowej zbiórce moczu
- 3-nitrotyrozyna - marker tworzenia tlenku azotu - oznaczana metodą chromatografii wysokociśnieniową
f) oksydowane białka:
- wolne rodniki powodują modyfikację białek
- niektóre białka ulegają degradacji lub powstają wiązania krzyżowe
- pochodne karbonylowe aminokwasów podatnych na oksydację: lizyna, arginina, prolina, treonina
- oznaczanie metodą chromatografii wysokociśnieniowej lub metodą spektrofotometryczną - z 2,4-dinitrofenylohydrazyną
- AOPP - produkty zaawansowanej oksydacji białek - marker oznaczany metodami spektrofotometrycznymi lub immunologicznymi
g) oksydowane lipidy:
- produkty pierwotne - hydronadtlenki - trudne do oznaczenia, nietrwałe, oznaczane metodą chromatografii gazowej połączone ze spektrometrią masową
- produkty wtórne - dialdehyd malonowy i TBARBS - produkty reagujące z kwasem tiobarbiturowym; innym produktem jest 4-hydroksyalkenal
h) izoprostany
- produkty prostanoidowe
- powstają nieenzymatycznie w wyniku działania RTF na fosfolipidy błonowe zawierające kwasy tłuszczowe, z których powstają eikozanoidy
- najczęściej oznaczany: 8-izoprostan - marker stresu oksydacyjnego i procesu zapalnego
- izoprostan jest stabilny i może być długo przechowywany
- metoda oznaczania: chromatografia gazowa ze spektrometrią masową, również metody immunochemiluminescencyjne, immunofluorescencyjne, immunoenzymatyczne
i) oksydowany DNA:
- uszkodzone przez wolne rodniki nukleotydy są usuwane i trafiają do moczu
- 8-hydroksy-2-deoksyguanozyna (8-OHdG) albo sama 8-hydroksyguanina
- markery uszkodzenia i naprawy DNA
j) strategia diagnostyczna przy analizowaniu markerów stresu oksydacyjnego:
- wybór kilku markerów - odzwierciedlają uszkodzenia różnych biomolekuł
- równocześnie oznaczamy markery uszkodzenia narządów/tkanek i markery antyoksydacyjne
- powinno być monitorowane leczenie antyoksydantami - oznaczanie witamin i enzymów antyoksydacyjnych
Homocysteina:
- nazywana cholesterolem XXI wieku
- związek pośredni w przemianie metioniny do cysteiny
Przyczyny hiperhomocystynemii:
a) defekty genetyczne:
- defekt MTHF
- defekt syntazy cystationinowej
b) niedobory witamin:
- kwas foliowy
- witamina B12
- witamina B6
- dotyczą starszych osób, które nie spożywają dostatecznych ilości mięsa
c) przewlekła niewydolność nerek
d) stany zwiększonego obrotu nerkowego:
- łuszczyca
- chemioterapia/radioterapia nowotworów
e) niedoczynność tarczycy - niedobór tyroksyny
Enzymy, których upośledzona aktywność może spowodować hiperhomocystynemię:
a) beta-syntaza cystationinowa:
- homocysteina + seryna = cystationina = cysteina + homoseryna
b) MTHFR - reduktaza metylenotetrahydrofolianowa
- mutacja C677T: zamiast cytozyny - tymina
- miejsce reszty alaniny zajmuje walina
- enzym staje się termolabilny
- defekt występuje u 10-13% rasy kaukaskiej
- zdecydowanie mniejszy skutek kliniczny tego defektu
Hiperhomocystynuria:
- heterozygotycznie występuje u 1/200 osób
- homozygotycznie: 1/200 000 osób
Patogeneza w hiperhomocystynemii:
a) zaburzenia niezwiązane z miażdżycą:
- dyslokacja soczewki oka
- osteoporoza
- koślawość i szpotawość kolan
- defekty klatki piersiowej
- uszkodzenie naczyń krwionośnych
b) proaterogenne działanie homocysteiny:
- wzmożona oksydacja cholesterolu i kwasów tłuszczowych
- tiolacja apoB-100
- toksyczny wpływ na śródbłonek: zaczyna syntezować TXA2 zamiast PGI2
- zaburzona aktywność białka C
- wzrost ekspresji czynnika tkankowego, który aktywuje nie tylko hemostazę ale również procesy zapalne
c) patologiczne działanie przez śródbłonek:
- obniżenie syntezy prostacykliny i tlenku azotu
- wzrost ekspresji czynnika von Willebranda (adhezja płytek)
- nasilenie adhezji i agregacji płytek krwi
- wzrost degradacji elastyny
- pobudzenie proliferacji miocytów gładkich
d) wzrost stężenia homocysteiny o 5 umol powoduje wzrost ryzyka zgonu na zawał serca o 100% (podobnie jak wzrost stężenia cholesterolu LDL o 50 mg/dl)
- zgodnie z krzywą Kaplana-Meyera przy stężeniach homocysteiny poniżej 9 umol/L częstość zgonów spowodowanych incydentami wieńcowymi wynosi kilka %; przy stężeniach powyżej 20 umol/L wzrasta ona do 35%
Podawanie witamin: przede wszystkim kwasu foliowego, również B6 oraz B12 powoduje obniżenie stężeń homocysteiny, również przy defektach MTHFR.
- homocysteina oznaczana metodą HPLC - chromatografii wysokociśnieniowej
Badanie stężenia homocysteiny powinno być przeprowadzone:
- u pacjentów, którzy mimo prawidłowych wyników lipidowych mieli incydenty zakrzepowe
- w niewydolności nerek
- podczas chemioterapii nowotworów
34