biochemia odpowiedzi na egzamin

Pytanie 1. Lipoproteiny a procesy miażdżycowe.

Uważa się, że lipoproteiny o dużej gęstości – HDL przenoszą „dobry” cholesterol, nie przyczyniający się do procesów miażdżycowych, natomiast głównym winowajcą tych procesów jest „zły” cholesterol transportowany przez lipoproteinę LDL. Trzeba tu koniecznie zaznaczyć, że „normalne” nie zmienione, lipoproteiny LDL nie biorą udziału w tworzeniu płytek miażdżycowych. Staja się one niebezpieczne dopiero po utlenieniu. A utlenianie to dzieje się właśnie za sprawą wolnych rodników. Nie dość, że utlenione lipoproteidy odkładają swój ładunek tłuszczów na ściankach naczyń, to jeszcze przyciągają one fagocyty, komórki żerne organizmu, co powoduje dodatkową produkcję wolnych rodników przez te komórki. Ponadto miejscowe nagromadzenie fagocytów pogłębia zwężenia naczyń.

LDL powoduje podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi dlatego przyspiesza rozwój miażdżycy. Jeśli jej poziom jest zbyt wysoki, to duże ilości cholesterolu odkładają się w komórkach ścian tętniczych, tworząc tam złogi, zwane blaszkami miażdżycowymi  i w rezultacie doprowadzając do zwężenia tętnic wieńcowych

Powstają w osoczu jako końcowy efekt sekwencji przemian: VLDL → IDL → LDL.

1. Lipoproteiny a procesy miażdżycowe.

Miażdżyca jest chorobą tętnic, której powikłania (zawał serca i udar mózgowy) stanowią najczęstszą przyczynę zgonów w krajach rozwiniętych. Ściana tętnicy zbudowana jest z trzech warstw.

Warstwę wewnętrzną tworzą komórki śródbłonka naczyniowego, spoczywające na utworzonej z kolagenu błonie podstawnej.

W warunkach prawidłowych w śródbłonku naczyniowym syntetyzowane są związki działające

-naczyniorozszerzająco, (wazodylatacja)

-antyadhezyjnie i antyproliferacyjnie (tlenek azortu – NO),

-przeciwzakrzepowo (prostacyklina i trombomodulina)

-fibrynolitycznie (tkankowy aktywator plazminogenu).

Warstwę środkową komórki mięśni gładkich + włókna sprężyste (w dużych tętnicach )

Błona zewnętrzna luźna tkankę łączna

Miażdżyca stanowi przewlekły, toczący się w błonie wewnętrznej tętnic proces zapalny . Zasadniczą rolę w jej powstaniu wywołują czynniki działające uszkadzająco na śródbłonek naczyniowy:

-dieta bogata w cholesterol,

-nadciśnienie tętnicze,

-palenie papierosów,

-cukrzyca.

W miejscu uszkodzenia śródbłonka zwiększa się jego zarówno przepuszczalność dla LDL. Są one odizolowane od znajdujących się we krwi antyoksydantów i dlatego zostają narażone na działanie wolnych rodników(wytwarzanych w naszym organizmie), czyli zostają utleniane. Takie oxLDL(utlenione) nie są rozpoznawane przez komórkowe receptory i krążą dalej, podwyższając poziom cholesterolu we krwi. Te LDL są rozpoznawane przez makrofagi, które je pochłaniają. Makrofagi razem z LDL tworzą tzw. Komórki piankowate, które są czynnikiem inicjującym rozwój blaszki miażdżycowej. Komórki piankowate mogą powstawać również z miocytów i fibroblastów. W wyniku nagromadzenia się cholesterolu w komórkach piankowatych dochodzi do ich rozpadu i tworzenia się pozakomórkowych złogów cholesterolu.

Makrofagi stymulują proces miażdżycowy na każdym jego etapie. Są one stałym źródłem licznych chemokin, cytokin, czynników wzrostowych i enzymów proteolitycznych, które powodują powstanie guza. Potem na tym guzie osiadają się różne inne skaldniki np. złogi soli wapnia, skrzepy. Taka płytka miażdżycowa(kom.piankowate, kom.naczyń krwionośnych, złogi soli wapnia, kolagen, cholesterol)zapycha światło naczyń krwionośnych, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszania ich drożności. Płytka miażdżycowa tworzy się szybciej uszkodzony jest śródbłonek np. gdy jest stan zapalny.

Pytanie 2 lipoproteiny – budowa cząsteczek lipoproteinowych, ich powstawanie i funkcje.

Lipoproteina – to wielkocząsteczkowy kompleks hydrofobowego rdzenia lipidowego, który zawiera estry cholesterolu i triglicerydy oraz polarnej powłoki zawierającej fosfolipidy, wolny cholesterol i białka, określane mianem apolipoprotein, które odgrywają ważną rolę w metabolizmie i transporcie lipidów.

Biochemicznie można wyróżnić cztery frakcje lipoprotein:

a) o dużej zawartości triglicerydów:

Ze względu na hydrofobowy charakter cząsteczek lipidów (w tym triacylogliceroli oraz cholesterolu) nie mogą one być transportowane bezpośrednio w środowisku wodnym (przez krew). Aby transport mógł być możliwy, powstają kompleksy lipoproteinowe (np. chylomikrony, HDL, LDL, VLDL), których otoczka jest hydrofilowa, a cała cząsteczka rozpuszczalna w wodzie.

Chylomikrony transportują pochodzące z pokarmu m.in. triacyloglicerole, fosfolipidy i cholesterol z jelita cienkiego do wątroby i mięśni.

Chylomikrony do krwiwatroba tkanka tłuszczowamięśnie.

Pod wpływem lipazy lipoproteinowej, obecnej na powierzchni naczyń włosowatych, tracą ok. 90% triacylogliceroli (trójglicerydów): powstają resztkowe chylomikrony – remnanty, które są transportowane przez krew do komórek wątroby – hepatocytów, gdzie są hydrolizowane do aminokwasów, cholesterolu, kwasów tłuszczowych i zasad azotowych, pochodzących z fosfolipidów. W komórkach tkanki tłuszczowej (adipocytach) są reestryfikowane.

b) o dużej zawartości cholesterolu:

1.Powoduje obniżenie całkowitego poziomu cholesterolu we krwi poprzez transport cholesterolu z tkanek obwodowych i innych frakcji lipidowych osocza (VLDL, chylomikrony), do wątroby. Jest to jakby taki woreczek, który po wytworzeniu i wydaleniu do krwi jest pusty, następnie krąży po organizmie i zbiera cholesterol, po napełnieniu się wyrzuca swą zawartość do komórek wątrobowych i wraca pusty do obiegu. W końcu jest usuwany w całości przez wątrobę

2. Druga ważna rola tych cząstek to przechowywanie zapasu cząstek białkowych, tzw. apolipoprotein - są to białka, które są niezbędne dla prawidłowego przekazywania do tkanek trójglicerydów, cholesterolu i fosfolipidów. Są też ważne przy usuwaniu LDL i pozostałości chylomikronów przez wątrobę

HDL powstają w osoczu z lipoprotein bogatych w triglicerydy – remnantów VLDL – lub z prekursorów syntetyzowanych przez wątrobę lub jelito.

Poziom HDL można podnieść poprzez:

Powoduje podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi przez jego transport z wątroby do tkanek

Jest to główny transporter cholesterolu z wątroby do innych narządów (przede wszystkim nerek, mięśni i kory nadnerczy). W LDL zawarta jest większość cholesterolu osoczowego.

Lipoproteina LDL jest cząstką, która powstaje z VLDL. Jest ona mniejsza niż VLDL z którego powstała, gdyż jest już pozbawiona  trójglicerydów. Zawiera w sobie ok. 20% białka, 50% cholesterolu, 20% fosfolipidów, 10% trójglicerydów. Zawiera w sobie tyle cholesterolu, gdyż jego ilość nie zmniejszała się dotąd. Średni czas życia tej cząstki we krwi wynosi ok. 2 dni. W ok. 70% cząstki te są usuwane przez wątrobę, a w ok. 30% przez inne tkanki i narządy.

LDL powoduje podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi dlatego przyspiesza rozwój miażdżycy. Jeśli jej poziom jest zbyt wysoki, to duże ilości cholesterolu odkładają się w komórkach ścian tętniczych, tworząc tam złogi, zwane blaszkami miażdżycowymi  i w rezultacie doprowadzając do zwężenia tętnic wieńcowych

Powstają w osoczu jako końcowy efekt sekwencji przemian: VLDL → IDL → LDL.

2. Lipoproteiny- budowa cząsteczek lipoproteinowych, ich powstawanie i funkcje.

Ponieważ tłuszcz wykazuje mniejszą gęstość niż woda, gęstość lipoprotein zmniejsza się, jeśli proporcja lipidu do białka wzrasta

Rozróżnia się pięć główne grupy lipoprotein osocza, ważne pod względem fizjologicznym i diagnostycznym:

- chylomikrony

- lipoproteiny o bardzo małej gęstości (VLDL)

- lipoproteiny o małej gęstości (LDL)

- lipoproteiny o pośredniej gęstości (IDL)

- lipoproteiny o dużej gęstości (HDL)

Chylomikrony to największe i najmniej gęste lipoproteiny, transportują z jelita egzogenne triacyloglicerole do m.szkieletowych i tkanki tłuszczowej, a cholesterol do wątroby

VLDL są tworzone w wątrobie w celu przenoszenia triacyloglicerolu, cholersterolu oraz fosfolipidów do innych tkanek

LDL związane są z końcowym etapem metabolizmu VLDL.razem z IDL i VLDL transportują syntetyzowane w organizmie (endogenne) triacyloglicerole i cholesterol z wątroby do tkanek

HDL usuwają cholesterol z tkanek do wątroby oraz uczestniczą w metabolizmie chylomikronów i VLDL.

Chylomikrony i VLDL są metabolizowane w tkance docelowej w procesie hydrolizy ich triagliceroli przez lipazy lipoproteinowe, a IDL pozostają w krążeniu i są pobierane przez wątrobę.

Triaglicerol jest dominującym lipidem w chylomikronach i VLDL, natomiast cholesterol i fosfolipidy są dominującymi lipidami w LDL i HDL (tabela25-1).

BUDOWA:

Lipoproteiny te globularne cząstki o kształcie miceli są zbudowane z niepolarnego(hydrofobowego) rdzenia otoczonego amfipatyczną powłoką białek, fosfolipidów i cholesterolu.

Niepolarny rdzeń lipidowy składa się głównie z triacyloglicerolu i estrów cholesterolowych. Jest on otoczony pojedynczą warstwą amfipatycznych białek, fosfolipidów i cząsteczek cholesterolu.

Polarne grupy są skierowane na zewnątrz, do środowiska wodnego

-Część białkowa lipoproteiny (apolipoproteina/apoproteina) stanowi blisko 70% masy niektórych HDL, a tylko 1% chylomikronów.

-Niektóre apolipoproteiny są integralną częścią cząsteczki i nie mogą być z niej usunięte, natomiast pozostałe mogą być swobodnie przenoszone na inne frakcje lipoproteinowe.

-Rozmieszczenie apolipoprotein jest charakterystyczne dla danej lipoproteiny. W każdej z nich występuje jedna lub kilka apolipoprotein (białek lub polipeptydów).

Główne apolipoproteiny HDL są oznaczane literą A, główną apolipoproteiną LDL jest apolipoproteina B (B-100), która znajduje się również w VLDL. Chylomikrony zawierają okrojoną formę apoB (B-48) (B-48 jest syntetyzowana w jelicie, a B-100 w wątrobie).

apoE znajduje się w VLDL(stanowi 5-10% wszystkich apolipoprotein u zdrowych ludzi), HDL, chylomikronach i resztkowych chylomikronach.

3.Hemoglobina jest zbudowana z czterech łańcuchów polipeptydowych. Podstawowa cząsteczka hemoglobiny(typ)występuje u dorosłych(HbA)jest zbudowana z dwóch różnych łańcuchów polipeptydowych: łańcuch alfa złożony z 141 aminokwasów i łańcucha beta(146)aminokwasów. Każdy z łańcuchów, tworzy 8 alfa heis i zawiera prostetyczną grupę hemową. Dlatego hemoglobina może wiązać 4 cząsteczki O2 . Cztery łańcuchy polipeptydowe, 2 alfa i 2 beta przypominają kulę i są stabilizowane licznymi oddziaływaniami niekowalencyjnymi.

lHemoglobina jest białkiem allosterycznym – wiązanie O2 z jedną z podjednostek jest uzależnione od jej oddziaływania z innymi podjednostkami. Wiązanie O2 powoduje zmiany konformacyjne, które przekazywane są na sąsiednie podjednostki i zwiększają ich powinowactwo względem O2. Wiązanie O2 z hemoglobiną jest więc kooperatywne i indukuje w niej zmiany struktury czwartorzędowej

3.Hemoglobina jako modelowe białko czynnościowe (uwzględnij hemoglobiny patologiczne).

Funkcja:

Białka hemowe(hemoglobina i mioglobina) biora udzial w transporcie i magazynowaniu tlenu, transporcie elektronów oraz fotosyntezie. Hemoglobina zawarta w erytrocytach kręgowców spełnia 2 główne funkcje biologiczne: przenosi tlen z płuc do tkanek i przenosi dwutlenek węgla i protony z tkanek do płuc w celu wydalenia. Ponadto umożliwiły one poznanie molekularnych podstaw chorob genetycznych takich jak niedokrwistość sierpowata(wynik zmienionych właściwości powierzchniowych podjednostki beta hemoglobiny) i talasemie (przewlekle dziedziczne choroby hemolityczne charakteryzujace sie upośledzeniem syntezy hemoglobiny). Badania wykazaly ze cyjanek i tlenek wegla stanowia śmiertelne zagrozenie, ponieważ uniemożliwiaja fizjologiczna funkcje odpowiednio oksydazy cytochromowej i hemoglobiny, a stabilizacja struktury czwartorzędowej nieutlenowanej hemoglobiny przez 2,3-bisfosfoglicerynian (BPG) stanowi podstawe mechanizmow choroby gorskiej i adaptacji do duzych wysokości.

Budowa:

Grupa prostetyczna hemoglobiny jest hem, cykliczny tetrapirol nadajacy jej zabarwienie czerwone. W tetrapirolu 4 pierscienie pirolowe sa polaczone mostkami alfa-metinowymi, tworząc plaski układ cykliczny. Hemoglobina wykazuje strukture czwartorzedowa, jest tetramerem składającym się z 4 lancuchow polipeptydowych(z 2 par identycznych łańcuchów) czyli podjednostek(alfa, beta, gamma, delta, S). Każdy lancuch zawiera jedna grupe hemowa, czyli jedno miejsce wiaznaia tlenu(1 czasteczka hemoglobiny wiaze 4 czasteczki tlenu). W hemie w pozycjach beta znajduja się grupy metylowe, winylowe i propionianowe. W centrum tego układu znajduje się atom żelaza w formie jonu żelazawego (Fe2+). W przeciwieństwie do cytochromow w przypadku hemoglobiny utlenianie Fe2+ wiaze się z utrata przez nia aktywności biologicznej. Istnieja rozne typy hemoglobin: HbA(podstawowa hemoglobina u ludzi dorosłych) sklada się z 2 lanuchow alfa(posiada on 141 reszt aminokwasowych) i beta (146 reszt), roznia się miedzy soba struktura pierwszorzedowa. U dorosłego człowieka wystepuje także HbA2(stanowiaca 2,5% całkowitej Hb) sklada się z 2 alfa i 2 delta. HbF(hemoglobina plodowa) sklada się z 2 alfa i 2 gamma. HbS(hemoglobina sierpowatych krwinek czerwonych) 2 alfa i 2 S. Mioglobina i lancuchy polipeptydowe beta HbA wykazuja praktycznie identyczna strukture drugo- i trzeciorzedowa. Każdy z lanuchow hemoglobiny zawiera również 8 helikalnych łańcuchów, których struktura pokrywa się ze struktura odcinkow występujących w mioglobinie. Podobnie jak w przypadku mioglobiny zarówno podjednostki alfa i beta w HbA charakteryzuje obecność hydrofobowych reszt aminokwasowych wewnątrz czasteczki a hydrofilowych na zewnatrz czasteczki.

Wiazanie tlenu:

Przyłączenie tlenu przez jeden z hemow ulatwia wiazanie kolejnych O2 przez pozostale grupy hemowe. To kooperatywne wiazanie tlenu z hemoglobina jest wlasciowoscia pozwalajaca na wiazanie maksymalnej ilości tlenu w plucach i uwalnianie maksymalnej ilości telnu w tkankach. Przylaczeniu tlenu towarzyszy rozerwanie wiazan poprzecznych miedzy koncami karboksylowymi wszystkich 4 podjednostek hemoglobiny co powoduje zmiany w drugo- i trzeciorzędowej strukturze bialka. Podczas utlenowania hemoglobiny atomy żelaza wsuwaja się w płaszczyznę hemow, pociągając za soba histydyne proksymalna i polaczone z nia reszty aminokwasowe.

Hemoglobina polaczona z tlenem to oksyhemoglobina(utlenowana) Hb(O2)4. Bezposrednio po odlaczeniu tlenu czasteczka hemoglobiny wiaze dwutlenek wegla w ilości stanowiącej ok. 15% CO2 transportowanego przez krew. Ponadto z chwila zaabsorbowania CO2 przez krew dehydrataza weglanowa erytrocytow katalizuje utworzenie kwasu weglowego, który dysocjuje do wodorowęglanu i protonu. Odlaczeniu 4 czasteczek telnu z hemoglobiny towarzyszy przyłączenie 2 protonow. W plucach natomiast zachodzi zjawisko odwrotne –przylaczenie tlenu do hemoglobiny powoduje uwolnienie protonow. Uwolnione protony lacza się z wodoroweglanem, tworząc kwas weglowy, który pod wpływem dehydratazy weglanowej przeksztalca się w CO2. To odwracalne zjawisko nosi nazwe efektu Bohra. Nie ma go w przypadku mioglobiny.

Patologia:

Karboksyhemoglobina-kompleks hemoglobiny i tlenku wegla(zwanego czadem). Polaczenie to jest 300 razy trwalsze niż z tlenem co sprawia, ze nawet przy niewielkim stężeniu tlenku wegla we wdychanym powietrzu większość hemoglobiny w krioobiegu zostaje przeksztalcona w karboksyhemoglobine. Nadmiar jej powoduje niedotlenienie organizmu a nawet śmierć przez uduszenie. Rozlozenie karboksyhemoglobiny jest procesem bardzo dlugim i nie zawsze możliwym.

Methemoglobina – mutacja powodujaca zamiane histydyny na tyrozyne która stabilizuje żelazo w hemie w formie Fe3+ zamiast Fe2+. Hemoglobina z Fe3+ nazywa się methemogolobiną (metHb) i nie wiaze się z tlenem. Wystepuje w zatruciach azotanami.

HbS-reszta kwasu glutaminowego w pozycji 6 lancucha beta jest zastapiona reszta waliny, co powoduje powstanie lepkich miejsc i utworzenia agregatow nieutlenowanej HbS, które zniekształcają erytrocyt (przybieraja kształt sierpowaty). Krwinki te wykazuja zwiekszona podatność do hemolizy w czasie przechodzenia przez zatoki śledzionowe.

4.Struktury przestrzenne białek (rodzaje oddziaływań stabilizujących struktury)

Struktura pierwszorzędowa

Struktura pierwszorzędowa białka to liniowa sekwencja aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Konwencja ich określania jest taka, że koniec N (to znaczy posiadający wolną resztę a-aminową) to ten widziany po lewej stronie, zaś koniec C (koniec z wolną resztą a-karboksylową) po prawej stronie zapisu. W strukturze tej zawarte są także wiązania kowalencyjne głównie wiązania dwusiarczkowi.

Struktury drugorzędowe

To regularne pofałdowanie regionów łańcucha polipeptydowego. Mamy tu dwie konformacje: α helisa i struktura β.

W helisie alfa aminokwasy ustawiają się tak, że tworzą spiralę prawoskrętną. Wszystkie łańcuchy boczne aminokwasów znajdują się na zewnątrz cylindrycznej helisy. Wiązanie które stabilizuje tę strukturę to wiązanie wodorowe występujące między tlenem grupy karboksylowej jednego aminokwasu a wodorem grupy aminowej czwartego z kolei aminokwasu w tym samym łańcuchu polipeptydowym. Na jeden obrót a helisy przypada 3,6 aminokwasów ,czyli 0,54nm, natomiast odległość między dwoma aminokwasami wzdłuż osi a helisa wynosi 0,15nm.

W strukturze beta również wiązanie wodorowe umożliwia istnienie takiej konformacji białka, jednak tu wiązanie to występuje między wiązaniami peptydowymi różnych łańcuchów polipeptydowych. Płaskie wiązanie peptydowe sprawia, że struktura beta ma postać pofałdowanej kartki, gdzie łańcuchy boczne aminokwasów znajdują się powyżej lub poniżej jej płaszczyzny. Łańcuchy sąsiadujące ze sobą mogą być równoległe lub antyrównoległe, zależnie od tego, czy przebiegają one odpowiednio: w tym samym lub przeciwnym kierunku. Odległość między sąsiednimi atomami Ca wynosi 0,35nm, czyli struktura β jest luźniejsza od α helisy.

Struktura trzeciorzędowa

Dotyczy przestrzennego ułożenie aminokwasów, zarówno odległych od siebie w sekwencji liniowej, jak i tych, które ze sobą sąsiadują. Łańcuch polipeptydowy fałduje się spontanicznie, tak że większość jego hydrofobowych łańcuchów bocznych zostaje skierowana do wnętrza powstającej struktury, a większość jego polarnych obdarzonych ładunkiem łańcuchów bocznych znajduje się na jej powierzchni. Ta konformacja białka jest utrzymywana dzięki oddziaływaniom hydrofobowym, przez siły elektrostatyczne, wiązania wodorowe i jeśli obecne kowalencyjne wiązania dwusiarczkowe.

Struktura czwartorzędowa

Dotyczy białek, które mają więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy, np. hemoglobina. To najwyżej uorganizowana struktura białka. Dotyczy przestrzennego ułożenia polipeptydowych podjednostek i oddziaływań między nimi. Mogą to być oddziaływania niekowalencyjne lub kowalencyjne.

Stabilność białka

Obok wiązań peptydowych między resztami poszczególnych aminokwasów w stabilizacji struktury przestrzennej białka uczestniczą:

Wiązania niekowalencyjne:

Wiązania kowalencyjne:

5.Aminokwasy-charakterystyka, udział w budowie białek.

Aminokwasy- Wszystkiie białka są zbudowane z 20 standardowych aminokwasó. W typowym aminokwasie centralny atom C jest połączony z pierwszo rzędową gr NH3, grupą karboksylową, atomem wodoru, i łańcuchem bocznym(gr R)wyj. Prolina zawiera 2-rzędową grupę aminową.

Hydrofobowe aminokwasy alifatyczne:nie istnieje para enancjomerów np. glicyna. Alifatyczne łańcuchy boczne np. alaniny, waliny, metioniny są chemicznie nieaktywne i hydrofobowe

Hydrofobowe aminokwasy aromatyczne

Fenyloalanina, tyrozyna i tryptofan są hydrofobowe dzięki swym aromatycznym pierścieniom.

Polarne aminokwasy obdarzone ładunkiem: arginina, lizyna.

Polarne aminokwasy pozbawione ładunku: asparagina, glutamina.

5. AMINOKWASY-CHARAKTERYSTYKA, UDZIAŁ W BUDOWIE BIAŁEK

Aminokwasy są podstawowymi jednostkami strukturalnymi białek. Aminokwas jest zbudowany z grup: karboksylowej, aminowej, atomu wodoru oraz charakterystycznej grupy R, które wiążą się kowalencyjnie z atomem C, określanym jako węgiel alfa. Ten atom węgla nazwano alfa, ponieważ sąsiaduje on z grupą karboksylową(kwaśną).

W roztworze o pH obojętnym aminokwasy występują zasadniczo w formie zjonizowanej, jako jony obojnacze (dwubiegunowe). Aminokwas ma protonową grupę aminową(NH3+) oraz zjonizowaną grupę karboksylową(COO-). Ze zmianami pH roztworu zmienia się stan jonizacji cząsteczki aminokwasu. I tak w roztworze kwaśnym cofa się dysocjacja gr. karboksylowej(staje się ona niezjonizowana), a zjonizowana pozostaje gr. aminowa(NH3+). W roztworze zasadowym zjonizowana jest gr. karboksylowa, a niezjonizowana aminowa.

Aminokwasy są związkami optycznie czynnymi (tetraedryczne ułożenie czterech różnych podstawników wokół węgla alfa).

Antypody optyczne, będące wzajemnymi odbiciami lustrzanymi tego samego związku, nazwano izomerami L i D.

W białkach powszechnie występuje 20 aminokwasów, których łańcuchy boczne różnią się wielkością, kształtem, ładunkiem elektrycznym, zdolnością do tworzenia wiązań wodorowych oraz reaktywnością chemiczną. Wszystkie białka u wszystkich gatunków zbudowane są z tego samego zestawu 20 aminokwasów.

Zestaw aminokwasów występujący w białkach: Najprostszym aminokwasem jest glicyna, której łańcuchem bocznym jest tylko at. H. Następnym jest alanina-z grupą metylową jako łańcuch boczny. Większe węglowodorowe łańcuchy boczne (3-4węglowe) występują w walinie, leucynie i izoleucynie.

Łańcuchy boczne tych aminokwasów mają charakter hydrofobowy, unikają wody, co jest czynnikiem stabilizującym strukturę przestrzenną białek rozpuszczalnych w wodzie. Różne rozmiary i kształty łańcuchów bocznych umożliwiają łaczenie się w ściśle upakowane struktury z pewnymi przestrzeniami wolnymi.

Prolina też ma alifatyczny łańcuch boczny, który różni się od pozostałych 19aminokwasów. Ponieważ, jest on związany nie tylko z węglem alfa, ale też z gr. aminową. Powstała cykliczna struktura wpływa znacząco na architekturę białka. Prolina znajduję się często w zagięciach pofałdowanego białka i jest hydrofobowa.

Do podstawowych aminokwasów należą również te z aromatycznymi łańcuchami bocznymi. Fenyloalaniana zawiera pierścień fenylowy, połączony z gr. metylenową. Tyrozyna ma w pierścieniu aromatycznym gr. hydroksylową(jest mniej hydrofobowa niż fenyloalaniny). Gr. hydroksylowa jest reaktywna w przeciwieństwie do obojętnych chemicznie wyżej wymienionych łańcuchów bocznych. Tryptofan ma pierścień indolowy połączony z gr. metylenową, łańcuch boczny zawiera poza C, H także atom azotu. W aromatycznych pierścieniach tych 3ech aminokwasów chmury elektronowe pi są przemieszczone, co umożliwia oddziaływanie z innymi układami typu pi i przenoszenie elektronów.

Cysteina oraz metionina mają w bocznym łańcuchu atom siarki. Cysteina ma grupę hydrosulfidową(-SH), a metionina ma atom siarki związany tioestrowo (-S-CH3). Oba łańcuchy są hydrofobowe. Gr. hydrosulfidowa jest silnie reaktywna. Cysteina odgrywa specjalną rolę w kształtowaniu struktury niektórych białek tworząc mostki disulfidowe (dwusiarczkowe).

Seryna i treonina mają w łańcuchu bocznym gr. hydroksylowe(-OH). [Serynę można uważać za hydroksylową wersję alaniny] Aminokwasy te są zatem bardziej hydrofilowe i reaktywne niż anialnina i walina.

Treonina i izoleucyna mają 2 węgle asymetryczne.

Pozostałe aminokwasy spośród 20 podstawowych (z wyjątkiem glicyny, która jako jedyny aminokw. jest optycznie nieczynna) mają jedno centrum asymetrii(atom węgla alfa).

Aminokwasy o łańcuchach bocznych bardziej polarnych mają charakter hydrofilowy.

W pH obojętnym lizyna i arginina są naładowane dodatnio. Histydyna może być obojętna lub mieć być dodatnia zależnie od jej lokalnego otoczenia. Znajdowano ja często w miejscach aktywnych enzymów, gdzie jej imidazolowy pierścień może łatwo przechodzić z jednego z tych stanów do drugiego, katalizując tworzenie wiązań i ich zrywanie. Histydyna, arginina i lizyna są aminokwasami zasadowymi. Łańcuchy boczne argininy i lizyny sa najdłuższe spośród 20 podstawowych aminokwasów.

W 20 podstawowych aminokwiasach są również 2 z kwasowymi łańcuchami bocznymi, czyli kwas asparaginowy i kwas glutaminowy (tzw. asparaginian i glutaminian, co zaznacza, że ich boczne łańcuchy w pH fizjologicznym są prawie zawsze ujemnie naładowane). Glutamina i asparagina to pochodne glutaminianu i asparaginianu, które nie mają ładunku w łańcuchu bocznym (bo występ. w nim gr. amidowa)

W białkach wiązanie peptydowe łączy gr. karboksylową jednego aminokwasu z gr. aminową drugiego aminowkasu. Powstaje dipeptyd, uwalnia się cząsteczka wody. Równowaga reakcji przesunięta jest znacznie w kierunku hydrolizy, dlatego biosynteza wiązań peptydowych wymaga dostarczenia energii swobodnej. Wiele łańcuchów połączonych wiązaniami peptydowymi tworzy liniową strukturę łańcucha polipeptydowego. Jako początek łańcucha polipeptydowego przyjęto koniec aminowy, czyli koniec N. Gr. peptydowa jest sztywnym i płaskim elementem strukturalnym. Atom wodoru gr. –NH- znajduje się prawie zawsze w pozycji trans do atomu tlenu gr. karbonylowej. Wiązanie między atomami azotu i węgla ma częściowo charakter wiązania podwójnego. A wiązanie między atomem węgla alfa i karbonylowym atomem węgla jest typowym wiązaniem pojedynczym. To samo dotyczny wiązania między atomem węgla alfa i azotem. Istnieją więc duże możliwości rotacji wokół obu tych wiązań po obu stronach sztywnego ukł. gr. peptydowej.

Dziś znamy pełne sekwencje aminokwasowe ponad 10 000 białek. Każde białko ma tylko sobie właściwą, ściśle określoną sekwencję aminokwasów. Intensywne badania dowiodły że sekwencje aminokwasowe są zdeterminowane genetycznie. Komplementarna sekwencja nukleotydów RNA(określana przez sekwencje nukleotydów w DNA), determinuje sekwencję aminokwasów w białku. Każdy z 20 podstawowych aminokwasów jest kodowany przez jedną lub więcej sekwencji trzech nukleotydów. Mechanizm syntezy białek z aminokwasów jest wspólny dla wszystkich organizmów.

Znajomości sekwencji białka po pierwsze jest istotna i pomocna w wyjaśnianiu mechanizmu jego działania(mechanizm katalityczny enzymu). Zmieniając sekwencję białka można uzyskać białko o nowych właściwościach.

Po drugie analiza zależności między sekwencją aminokwasów i strukturą przestrzenną białka pozwala ustalić reguły rządzące fałdowaniem się łańcuchów polipeptydowych. Sekwencja aminokwasów łączy informację genetyczną ze strukturą przestrzenną białka(od której zależy funkcja biologiczna).

Po trzecie, oznaczenie sekwencji jest niezbędne w patologii molekularnej. Zmiany sekwencji mogą być przyczyną nienormalnego funkcjonowania organizmu (np. Anemia sierpowata czy mukowiscydoza są spowodowane zmianą aminokwasów w pojedynczym białku).

Po czwarte sekwencje aminokwasowe dostarczają wielu informacji na temat historii ewolucji białek.

W nowo powstałych łańcuchach polipeptydowych wiele aminokwasów ulega modyfikacjom umożliwiającym tym białkom pełnienie właściwych fukcji. Np. koniec aminowy wielu białek jest acetylowany, co powoduje, że są one odporniejsze na rozkład. W nowo zsyntetyzowanym kolagenie wiele reszt prolinowych ulega hydrolizacji, przekształcając je w hydroksyprolinę. Powstałe grupy stabilizują włókna kolagenowe.

Większość białek wydzielanych przez komórk, takich jak przeciwciała, zawiera gr. węglowodanowe na specyficznych resztach asparaginowych. Nadają one białkom charakter hydrofilowy. A przyłączenie reszt kw. Tłuszczowych do gr. alfa-aminowej lub hydrosulfidowej w cysteinie zwiększa charakter hydrofobowy.

Sens informacyjny sekwencji aminokwasowej polega na określeniu konformacji cząsteczki białkowej.

6. R RNA - kwas rybonukleinowY

KLASY:

rybosomalny RNA (rRNA)

informacyjny RNA (mRNA)

transferowy RNA (tRNA)

mały jądrowy RNA (snRNA)

mikroRNA (miRNA)

mRNA:

przenosi informacje z genu do ośrodków syntetyzujących białka

Charakterystyczne elementy w budowie mRNA :

„czapeczka„ dołączona do końca 5’

„ogon” poli(A) dołączony do końca 3’

cząsteczki tRNA tworzą się w jądrze z cząst. prekursorowej,

służy jako cząsteczki łącznikowe w procesie translacji,

zawiera cztery główne ramiona: ramię akceptorowe, ramię D, T ψ C i dodatkowe.z funkcje pełnione w rybosomach przez rRNA nie zostały do końca poznane, lecz są one niezbędne do uformowania struktury rybosomu,

odgrywają kluczową rolę w wiązaniu mRNA do rybosomu i translacji.

Małe jądrowe RNA (snRNA)

Mikro RNA (miRNA) i małe interferujące RNA (siRNA) ściśle związane z przetwarzaniem mRNA i regulacją genów,

U7 snRNA bierze udział w tworzeniu prawidłowego końca 3’ histonowego mRNA (który nie zawiera „ogona” poli(A))

MiRNA I siRNA odgrywają ważną rolę w regulacji genów,

hamują ekspresję genów,

stworzyły nowe możliwości jeśli chodzi o nowe substancje nadające się do terapii chorób.j

7.Technika PCR i przykłady jej zastosowania.

Przebieg reakcji

Technika PCR pozwala na szybkie powielenie wybranego fragmentu DNA, a następnie określenie jego długości.

Reakcja PCR składa się z wielokrotnie powtarzanego cyklu trzech etapów, które zachodzą w rożnych temperaturach.

Etap I – Denaturacja

W wysokiej temperaturze(ok.95) pękają wiązania wodorowe i podwójna helisa Dna rozdziela się na dwa pojedyncze łańcuchy.

Etap II – hybrydyzacja odcinków starterowych

Polega na tworzeniu odcinków dwuniciowych, składających się z przygotowanych starterów - cząsteczek DNA komplementarnych do sekwencji DNA oskrzydlających gen mający ulec namnożeniu - z matrycową cząsteczką DNA. Zachodzi w temperaturze ok. 45

Etap III – elongacja

Na tym etapie zachodzi właściwa synteza DNA i tym samym amplifikacja pożądanego genu. Podwyższenie temperatury do około 72 °C powoduje utworzenie się na matrycy, z przyłączonymi do niej starterami, kompleksu z polimerazą DNA, wskutek czego rozpoczyna się synteza nici komplementarnej do matrycy.

ZASTOSOWANIE PCR:

8) Organizacja jądrowego materiału genetycznego.

Chromatyna jest włóknistą substancją występującą w jądrze komórkowym. Zbudowana jest z DNA, histonów, RNA i niehistonowych białek. W chromatynie zawarty jest materiał genetyczny komórki.

U człowieka najkrótsza cząsteczka DNA ma długość 1,6 cm, a najdłuższa około 8,4cm. Podczas metafazy chromosomy występują w postaci najbardziej skondensowanej , a ich długość wynosi od 1,3 do 10 um.

Chromatyna posiada kilka stopni upakowania. Podwójna helisa DNA wraz z białkami histonowymi tworzy nukleosomy.

Nukleosom – jest jednostką strukturalną chromatyny. Składa się z odcinka DNA o długości około 150 (u człowieka 146) par zasad nawiniętych na rdzeń nukleosomu, który zbudowany jest z 8 histonów rdzeniowych (tzw. Oktamer, zawierający po dwie cząst. histonów H2A, H2B, H3, H4). Pomiędzy nukleosomami znajduje się DNA łącznikowy (ok. 50 par zasad). Nukleosom jest stabilizowany przez histon H1. Nukleosom wraz z histonem H1 nosi nazwę chromatosomu. Około 90% chromatynowego DNA jest zorganizowane w nuklesomy.

Nukleosomy i DNA łącznikowe układają się w specyficzny, zygzakowaty sposób, tworząc solenoid. Ma on średnicę 30cm). Na jeden zwój przypada 6 nukleosomów. Na poziomie solenoidu nić DNA zajmuje 40 razy mniej miejsca niż jako nić rozprostowana.

Solenoid zwija się spiralnie tworząc supersolenoid układający się w pętle. Są to tzw domeny. Tworzą one chromatydy.

helisa DNA --> nukleosom --> fibrylla chromatynowa --> włókno 30 nm --> domena --> chromatyda --> chromosom metafazowy.

Histony – są to zasadowe białka wchodzące w skład chromatyny. Histony neutralizują kwasowy charakter chromatyny. Wyróżnia się 5 typów histonów.

*bogate w lizynę:

   H1 (największy z histonów – histon łącznikowy)

   H2A

   H2B

*bogate w argininę

   H3

   H4

Histony H2A, H2B, H3 i H4 tworzą rdzeń nukleosomu, a histon H1 spina DNA wchodzące i schodzące z nukleosomu. Histony wchodzące w skład chromatyny podlegają modyfikacją posttranslacyjnym,  powoduje to rozluźnienie  chromatyny, co jest konieczne do przeprowadzenia replikacji DNA lub transkrypcji.

W chromatynie występują również białka niehistonowe które spełniają funkcje regulatorowe i stabilizujące w chromosomach To cząsteczki o różnym odczynie pH. Grupa to jest stosunkowo słabo poznana. W porównaniu z histonami ulegają znacznie szybszym przemianom i są mniej trwałe. Białka strukturalne stanowią 50% białek niehistonowych. Pozostałe funkcjonują jako enzymy-polimerazy kwasów nukleinowych, poteaz, nukleazy, transferazy. Są również białka regulujące czynność genów, występują jednak one w małych ilościach.Chromatyna może kurczyć się i rozkurczać, powodując zmianę upakowania struktury chromosomów. Stopień upakowania chromatyny odgrywa rolę w kontroli ekspresji genów. Ze względu na upakowanie rozróżniamy:

*euchromatynę - chromatyna luźna, aktywna genetycznie (zawiera geny aktywne transkrypcyjnie).

*heterochromatynę - chromatyna skondensowana, zazwyczaj nieaktywna genetycznie (ma ograniczony udział w procesie transkrypcji) --> (konstytucyjna i fakultatywna).

Skondensowana chromatyna tworzy chromosomy.

9. GLIKOLIZA I GLUKONEOGENEZA- ZNACZENIE BIOLOGICZNE I PRZEBIEG.

Glikoliza jest katabolicznym szlakiem metabolicznym zachodzącym w cytoplazmie, występującym w niemal wszystkich organizmach niezależnie od tego, czy są to tlenowce czy beztlenowce. Bilans glikolizy jest prosty:
glukoza rozkładana jest na 2 cząsteczki pirogronianu, ponadto powstają 2 cząsteczki ATP i 2 cząsteczki NADH + H+

W warunkach tlenowych pirogronian i NADH + H+ docierają do mitochondriów, gdzie są dalej przetwarzane (glikoliza tlenowa).
W warunkach beztlenowych w cytoplazmie muszą być wytwarzane  produkty fermentacji - mleczan lub etanol, aby został zregenerowany NAD+ umożliwiając ciągły przebieg glikolizy (glikoliza beztlenowa). W warunkach braku dostępu tlenu glikoliza stanowi dla komórek zwierzęcych jedyną możliwość pozyskiwania ATP.

Przebieg:
Glikoliza obejmuje 10 etapów, w tym 3 izomeryzacje i 4 reakcje, w których przenoszony jest fosforan. Jedyna reakcja redoks zachodzi w etapie 6.
1. Glukoza jest fosforyzowana w komórce przy udziale ATP i heksokinazy, do glukozo-6-fosforanu
2. glukozo-6-fosforan ulega izomeryzacji do fruktozo-6-fosforanu pod wpływem izomerazy glukozofosforanowej
3. Następnie zachodzi ponowny proces fosforyzacji z udziałem ATP i powstaje fruktozo-1,6-bifosforan. Fosfofruktokinaza jest najważniejszym enzymem glikolizy
4. Fruktozo-1,6-bifosforan zostaje w wyniku działania aldolazy rozłożony na triody (związki C3), aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton
5. Aldehyd 3-fosfoglicerynowy nadaje się do wykorzystania w dalszych etapach, natomiast fosfodihydroksyaceton, dzięki działaniu izomerazy  triozofosforanowej przechodzi w aldehyd            3-fosfoglicerynowy
6. Aldehyd 3-fosfoglicerynowy w wyniku działania dehydrogenazy aldehydu 3-fosfoglicerynowego zostaje poddany reakcji utleniania z jednoczesnym wytwarzaniem NADH2, powstaje 1,3-bisfosforan. Ten związek pośredni ma mieszane wiązanie bezwodnika kwasowego, którego fosforanowa grupa ma wysoką energię i duży potencjał chemiczny.
7. W wyniku działania kinazy fosfoglicerynianowej powstaje 3-fosfoglicerynian oraz ATP
8. Przez przesunięcie pozostałej reszty fosforanowej wewnątrz cząsteczki utworzony zostaje 2-fosfoglicerynian przez fosfogliceromutazę.
9. W wyniku odwodnienia 2-fosfoglicerynianu powstaje fosfoenolopirogronian (PEP) dzięki enolazie - fosforylowana forma enolowa kwasu pirogronowego. W wyniku tej reakcji również druga reszta fosforanowa osiąga duży potencjał chemiczny
10. W ostatnim etapie kinaza pirogronianowa przenosi tę resztę na ADP. Powstały enolopirogronian przegrupowuje się natychmiast w znacznie bardziej stabilny pirogronian. Synteza ATP. Reakcja kinazy pirogronianowej, oprócz etapu 7 oraz reakcji z udziałem tiokinazy w cyklu kwasu cytrynowego, należy do tych reakcji, które w przemianach metabolicznych zwierząt mogą dostarczać ATP niezależnie od łańcucha oddechowego

W glikolizie najpierw 2 cząsteczki ATP zostają zużyte w reakcjach fosforyzacji (1, 3). Następnie powstają 2 cząsteczki ATP w reakcjach związków C3 (7, 10). Ostatecznie więc zysk ATP jest niewielki i wynosi netto 2 mol ATP/mol glukozy.

Glikoliza - znaczenie:
- Glikoliza może dostarczać ATP w nieobecności tlenu, co pozwala mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie przy niedostatecznych procesach aerobowych i co pozwala tkankom z dużą aktywnością glikolityczną przetrwać epizod beztlenowy
- wytwarzanie intermediatów dla szlaków biosyntetycznych
- podstawowy proces wytwarzający energię w organizmie, która jest następnie wykorzystywana do wielu funkcji życiowych
- glikoliza jest podstawową drogą metabolizmu glukozy prowadzącą do wytworzenia acetylo-CoA i utleniania w cyklu kwasu cytrynowego
- stanowi główny szlak metabolizmu fruktozy i galaktozy pochodzenia pokarmowego
- mięsień sercowy, przystosowany do warunków tlenowych, charakteryzuje się małą aktywnością glikolityczną

Glukoneogeneza - przebieg:

Wiele reakcji glukoneogenezy katalizowanych jest przez te same enzymy, które są aktywne w glikolizie. Pozostałe enzymy są swoiste dla glukoneogenezy i dopiero wtedy, gdy istnieje na nie zapotrzebowanie, są syntetyzowane pod wpływem kortyzonu i glukagonu. Podczas gdy glikoliza przebiega wyłącznie w cytoplazmie, glukoneogenezie uczestniczą ponadto mitochondria i retikulum endoplazmatyczne. Proces glukoneogenezy zużywa na cząsteczkę glukozy 4 ATP (3 ATP + 1 GTP), tzn. 2 razy więcej niż wytwarzane jest w glikolizie.

1. Mleczan jako prekursor, pochodzi przede wszystkim z mięśni i z erytrocytów. Dehydrogenaza mleczanowa (LDH) utlenia mleczan do pirogronianu
2. Pirogronian jest przekształcany do szczawiooctanu przez karboksylazę pirogronianową w matriks mitochondrium
3. Szczawiooctan dzięki karboksykinazie fosfoenolopirogronianowej przechodzi w fosfoenolopirogronian
4. Fosfoenolopirogronian (PEP) -> fruktozo-1,6-bisfosforan dzięki bezpośredniemu odwróceniu kilku reakcji glikolitycznych katalizowanych przez enolazę, fosfogliceromutazę, kinazę fosfoglicerynianową, dehydrogenazę aldehydu 3-fosfoglicerynowego, izomeraze triozofosforanową i aldolazę
5. Fruktozo-1,6-bifosforan jest przekształcany przez fruktozo-1,6-bifosfatazę do fruktozo-6-fosforanu
6. Fruktozo-6-fosforan jest przekształcany w glukozo-6-fosforan przez izomerazę glukozofosforanową
7. Glukozo-6-fosforan przekształcony w glukozę przez glukozo-6-fosfatazę

Glukoneogeneza - znaczenie:
- proces jest ogromnie ważny, ponieważ mózg i erytrocyty w normalnych warunkach, jako źródło energii wykorzystują prawie wyłącznie glukozę. Zapas glikogenu w wątrobie jest wystarczający, aby zaopatrywać mózg przez około pół dnia głodowania. Dlatego glukoneogeneza szczególnie ważna jest w okresie głodu albo intensywnego wysiłku. Do wytwarzania glukozy podczas głodowania zostają wykorzystane przede wszystkim aminokwasy pochodzące z rozłożonych białek oraz glicerol otrzymany po rozlożeniu tłuszczów. Podczas wysiłku poziom glukozy we krwi, konieczny do funkcjonowania mózgu i mięśni szkieletowych jest podtrzymywany dzięki procesowi glukoneogenezy przebiegającej w wątrobie.
- glukoneogeneza jest procesem obejmującym wszystkie mechanizmy metaboliczne odpowiedzialne za przekształcanie związków niecukrowych, takich jak mleczan i pirogronian, intermediaty cyklu kwasu cytrynowego, szkielety węglowe wielu aminokwasów oraz glicerol w glukozę lub glikogen
- W dodatku mechanizmy glukoneogenezy biorą udział w usuwaniu z krwi produktów metabolizmu innych tkanek np. mleczanu wytwarzanego przez mięśnie i erytrocyty, oraz glicerolu, który jest nieustannie wytwarzany przez tkankę tłuszczową.

10. Rola biologiczna i synteza Cholesterolu.

1)Rola biologiczna:

-prekursor wszystkich innych steroidów w organizmie człowieka takich jak: kortykosteroidy, hormony płciowe, kwasy żółciowe i wit.D

-cholesterol jest amfipatycznym lipidem i jako taki jest istotnym strukturalnym składnikiem błon oraz zewnętrznej warstwy lipoprotein osocza

-cholesterol zestryfikowany jest postacią zapasową cholesterolu znajdującego się w większości tkanek

-transportowany jako „caro” w rdzeniu lipoprotein osocza

-LDL- pośrednik w przenoszeniu cholesterolu i estrów cholesterolu cholesterolu do wielu tkanek

-HDL- usuwa wolny cholesterol i transportuje go do wątroby, gdzie jest przekształcony w kwasy żółciowe

-główny składnik soli żółciowych

-uczestniczy w powstawaniu miażdżycy

2)Synteza:

1.Stnteza mewalonianu 6-węglowego związku i HMG-CoA powstających z acetylo-CoA

HMG-CoA- 3hydroksy-3-metylo-CoA

- 2 cząsteczki acetylo-CoA kondensują się acetoacetylo-CoA (enzym tiolaza)

-kondensacja acetoacetylo-CoA z acetylo-CoA HMG-CoA (enzym synteza HMG-CoA)

-HMG-CoA jest przekształcony w mewalonian w 2-etapowej redukcji z udziałem NADPH i enzymu reduktazy HMG-CoA - etap ograniczający szybkość szlaku biosyntezy

2.Z mewalonianu powstają aktywne jednostki izoprenoidowe

-mewalonian jest fosforyzowany przez ATP z wytorzeniem kilku aktywnych związków pośrednich

- przez dekarboksylację powstaje aktywna jednostka izoprenoidowa – izopentenylopirofosforan

3.6 jednostek izoprenoidowych tworzy skwalen

- kondensacja 3 cząsteczek izopentenylopirofosforanu z powstaniem pirofosforanu farnezylu. Odbywa się to wskutek izomeryzacji izopentenylopirofosforanu, w czasie którego dochodzi do przesunięcia wiązania podwójnego i wytworzenia pirofosforanu dimetyloalilu. Następuje kondensacja z inną cząsteczką izopenylopirofosforanu i wytworzenie 10-węglowego związku pośredniego, pirofosforanu geranylu. W wyniku dalszej kondensacji z izopentenylopirofosforanem powstaje pirofosforan farnezylu. 2 cząsteczki pirofosforanu farnezylu kondensują przy końcu pirofosforanu. W tej reakcji najpierw odszczepia się 1 pirofosforan i powstaje pirofosforan preskwalenu, po czym następuje redukcja z udziałem NADPH i oderwanie pozostałej reszty pirofosforanowej. Powstaje skwalen.

4.Skwalen jest przekształcony w lano sterol

-przekształcenie skwalenu w 2,3-tlenek (siateczka śródplazmatyczna) enzym epoksylaza skwalenowa

-cyklizacja skwalenu, enzym lanosterolocyklaza 2,3-oksydoskwalenowa

-podczas cyklizacji grupa metylowa przy $C_{\begin{matrix} 14 \\ \\ \end{matrix}}$ zostaje przeniesiona do $C_{\begin{matrix} 13 \\ \\ \end{matrix}}$ i z $C_{\begin{matrix} 8 \\ \\ \end{matrix}}$ na $C_{\begin{matrix} 14 \\ \\ \end{matrix}}$.

5.Lanosterol jest przekształcony do cholesterolu

- błona siateczki śródplazmatycznej

- grupa metylowa przy C14 zostaje trenowana do $\text{CO}_{\begin{matrix} 2 \\ \\ \end{matrix}}$ 14- demetylolanosterol

- 2 grupy metylowe przy $C_{\begin{matrix} 4 \\ \\ \end{matrix}}$ zostają usunięte zymosterol

- przesunięcie podwójnego wiązania z pozycji pomiędzy C8 i C9 do pozycji $C_{\begin{matrix} 8 \\ \\ \end{matrix}}$ a C7

Δ7, 24-cholestadienol

−przesunięcie podwójnego wiązania z pierścienia B do pozycji między C5 a C6 desmosterol

- redukcja podwójnego wiązania w łańcuchu bocznym cholesterol

3. Rola wątroby w metabolizmie cholesterolu

  1. 7α-Hydroksylacja cholesterolu kat. Przez 7αhydroksylazę; udział w reakcji:O2, NADPH, cytochrom-450

  2. Powstaje kwas cholowy(C-3,7,12-OH) i kwas chenodeoksycholowy(C-3,7-OH), które przy udziale ATP i CoA zamieniają się w cholino-CoA i chenodeoksycholilo-CoA

  3. Colilo-CoA i chenodeoksycholilo-CoA łączą się z glicyną i tauryną tworząc:

  1. Kwas glikocholowy

  2. Kwas taurocholowy

  3. Kwas gliokochenodeoksycholowy

  4. Kwas taurochenodeoksycholowy

Są to pierwotne kwasy żółciowe. Wtórne kwasy żółciowe mogą powstawać w jelicie przy udziale bakterii jelitowych. Nastepuje wtedy odszczepianie glicyny i tauryny oraz 7α-OH kwas dezoksycholowy i kwas lito cholowy. 11.Kancerogeny fizyczne

-promieniowanie jonizujące
- promieniowanie UV
Promieniowanie UV
Promieniowanie UV AiB, rozbijają cząsteczki wody, z których powstają rodniki hydroksylowe. Są one bardzo aktywne chemicznie, oddziałują z DNA  np. z Guaniną i modyfikują ją chemicznie do 8-oxyGua. Zmodyfikowana Guanina, może tworzyć np.. błędne pary zasad i prowadzić do mutacji, a te prowadza do rozwoju nowotworów.
Promieniowanie jonizujące
U podstaw szkodliwego działania promieniowania na organizm leży proces jonizacji biomolekół. W wyniku tych procesów w tkankach tworzą się pary jonów stanowiących reaktywne rodniki oraz następuje uszkodzenie struktur np. poprzez ich rozrywanie lub zlepianie. Prowadzi to do zakłóceń przemian biochemicznych oraz zmian struktury komórek. Może też dochodzić do zwyrodnień lub obumarcia komórki.
4 efekty promieniowania jonizującego:
- zniszczenie komórki jest tak duże, że nie będzie ona  w stanie pełnić swych dotychczasowych funkcji i obumrze.
- komórka choć żywa, traci swą zdolność do reprodukcji
- kod DNA zostanie uszkodzony w ten sposób, że powstające kopie komórek będą się różnić od pierwotnej.

Kancerogeny chemiczne

Arsen(rak wątroby, oskrzeli), azbest(rak oskrzeli), alkohol (rak przełyku,krtani)
Etanol wnika do błon komórkowych, zwiększa ich plynnośc, toksycznie działa głównie ze strony mózgu. Powoduje wzrost NADH/NAD, wzrost stosunku mleczan/pirogronian.
Etanol zwieksza proliferację komórek wskutek uszkodzenia nabłonka.

Kancerogeny biologiczne

Białko SOD, dzięki któremu w procesie dysmutacji powstaje nadtlenek wodoru, pod wpływem Fe(II) tworzy rodnik hydroksylowy , atakuje on Guanine, tworzy się 8-oxyGua, dochodzi do mutacji i do powstania chorób np. nowotworu.
HIV- sam nie jest wirusem onkogennym, ale zwiększa ryzyko wystąpienia różnych nowotworów z powodu obniżenia odporności organizmu , który słabiej zwalcza komórki nowotworowe.
Helicobacter pylori- zwiększa ryzyko chłoniaka żołądka z komórek B

12. Genetyczne podstawy rozwoju procesu nowotworowego

Wieloetapowy proces transformacji nowotworowej rozpoczyna się od zmiany genetycznej w pojedynczej komórce i postępuje, zwykle przez dziesiątki lat prowadząc do rozwoju guza nowotworowego, mogącego naciekać sąsiadujące tkanki i dawać przerzuty do innych narządów. W procesie transformacji nowotworowej obserwowana jest kumulacja licznych zmian informacji genetycznej, a w szczególności obserwuje się:

- nagromadzenie mutacji w genach o podstawowym znaczeniu dla rozwoju nowotworu: protoonkogenach, genach supresorowych i mutatorowych.

- zmiany epigenetyczne w różnych genach, a głównie w genach kodujących białka odpowiedzialne za wzrost i różnicowanie się komórek, lub też białka regulujące ich aktywność.

Nie jest znana dokładna liczba mutacji których nagromadzenie w pojedynczej komórce prowadzi do transformacji nowotworowej. Obecnie przyjęto, że konieczne jest wystąpienie od 3 do 6 niezależnych od siebie mutacji.

Proces karcynogenezy można schematycznie podzielić na trzy etapy (34):

Inicjacja - w komórce zachodzi pierwsza, krytyczna mutacja. Mutacja ta jest nieodwracalna i przekazywana następnym pokoleniom komórek (tworzy się klon komórek). Komórki tego klonu cechują się podwyższoną wrażliwością na egzo- i endogenne czynniki mutagenne lub/i mitogenne.

Pierwsza, pojedyncza mutacja “inicjatorowa” nie wystarcza do rozpoczęcia procesu transformacji nowotworowej.

Promocja - etap przyspieszonego formowania guza, wskutek proliferacji komórek obarczonych mutacją “inicjatorową” (zmiana łagodna). Proces ten wymaga długiego czasu (tygodnie, miesiące, lata) i w tym okresie dochodzi do zwiększenia ryzyka progresji zmiany łagodnej w zmianę złośliwą.Etap promocji jest odwracalny.

Progresja - na tym etapie dochodzi do kumulacji mutacji w komórkach guza, prowadzących do nabycia przez komórkę nowych właściwości biologicznych: zdolności do autonomicznego wzrostu i podziału, zaburzenie procesów różnicowania oraz innych cech procesu złośliwego.

13 Krótka charakterystyka genów odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów.

Protoonkogen, c-onc (gr. προτοσ = pierwszy, pierwotny) jest genem obecnym w prawidłowej komórce, potencjalnie (lecz nie aktualnie) zdolnym do wyzwolenia procesu transformacji nowotworowej. Uwarunkowana mutacją zmiana jego ekspresji sprawia, że przekształca się w onkogen, czynniki przez nie produkowane są nadaktywne lub wymykają się mechanizmom kontroli.
Każdy człowiek ma po 2 kopie jednego genu. W przypadku protoonkogenów wystarczy mutacja jednej kopii, aby naruszyć równowagę w podziałach komórkowych.

W komórce występują liczne i zróżnicowane protoonkogeny, ich główne funkcje to:

zawierają informacje dla czynników wzrostowych i ich receptorów błonowych

kodują wewnątrzkomórkowe przekaźniki informacji związanej z procesami wzrostu i proliferacji

kodują czynniki transkrypcyjne pobudzające proliferację i upośledzające procesy różnicowania komórki

kodują białka regulatorowe cyklu komórkowego (cykliny i kinazy cyklinozależne), enzymy (głównie kinazy), a także czynniki kontrolujące proces apoptozy

Białka kodowane przez protoonkogeny są w prawidłowych komórkach istotne dla złożonych procesów regulacyjnych, które wyznaczają prawidłowy przebieg różnicowania i proliferacji.

Zmiana prowadząca do przemiany protoonkogenów w onkogeny jest przede wszystkim skutkiem mutacji.

Onkogeny: są zmienionymi (aktywnymi) formami protoonkogenów - genów będących składową prawidłowego ludzkiego genomu. Produkty białkowe tych genów to najczęściej czynniki wzrostowe, receptory czynników wzrostowych, wewnątrzkomórkowe czynniki przekazujące sygnały, czynniki transkrypcyjne oraz białka kontrolujące proces replikacji DNA, które są odpowiedzialne za proces proliferacji i różnicowania komórek. Do aktywacji protoonkogenów może dochodzić wskutek: mutacji punktowych (np. H-RAS, K-RAS, N-RAS), translokacji chromosomowych (BCR/ABL) lub amplifikacji (N-MYC, L-MYC).

Do dzisiaj poznano ponad 100 różnych protoonkogenów (33).

Geny supresorowe: kodują białka określane mianem "strażników genomu", pełniące funkcje kontrolujące proces różnicowania i proliferacji komórkowej. Do chwili obecnej zidentyfikowano dwadzieścia genów supresorowych. Mimo iż poznano już drogi funkcjonowania niektórych genów supresorowych w komórce (np. p105-RB, p53, p16), to jednak dokładny mechanizm działania wielu znanych genów supresorowych jest w dalszym ciągu zagadką. Białka kodowane przez różne geny supresorowe różnią się lokalizacją komórkową (np. białka zlokalizowane przezbłonowo, w cytoplazmie, aparacie Golgiego, jądrze) oraz funkcją w komórce (czynniki transkrypcyjne, czynniki biorące udział w połączeniach pomiędzy białkami szkieletu komórki a błonami komórkowymi, inhibitory kinaz cyklinozależnych, aktywatory GTPazy).

Utrata funkcji obu kopii genu supresorowego prowadzi do niekontrolowanej proliferacji komórek o zmienionym fenotypie (7).

Geny mutatorowe (geny naprawcze DNA): kodują białka, uczestniczące w procesie naprawy DNA. Przykłady: MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, PMS1, MLH3. Wśród nich można wyróżnić dwie grupy genów, których inaktywacja prowadzi do zaburzenia procesów naprawczych DNA i zwiększenia podatności na rozwój różnego rodzajów guzów nowotworowych:

- mutacje pierwszej grupy genów prowadzą do powstania dziedziczonej autosomalnie recesywnie podatności na nowotwory, związanej z zaburzeniem procesów naprawczych DNA. Ta grupa genów jest związana głównie z nowotworami skóry i złośliwymi nowotworami układu krwiotwórczego.

- mutacje drugiej grupy genów, kodujących białka uczestniczące w naprawie źle sparowanych zasad w DNA ("mismatch repair) związane są z podwyższonym ryzykiem powstania dziedzicznego niepolipowatego raka jelita grubego (HNPCC).

Geny supresorowe są w szerokim ujęciu dzielone na dwie grupy, w zależności od mechanizmu ich działania (16):

  1. Geny “stróże genomu” ("gatekeepers") - do tej grupy zalicza się geny supresorowe, które hamują proces wzrostu guza poprzez hamowanie proliferacji komórkowej i/lub pobudzanie śmierci komórki w procesie apoptozy. Geny te są specyficzne tkankowo i dlatego ich inaktywacja predestynuje do rozwoju określonego typu nowotworu. Mutacje w tych genach prowadzą do rozwoju zarówno postaci dziedzicznych (mutacja w linii komórek rozrodczych) jak i sporadycznych (mutacja w linii komórek somatycznych) nowotworów.

  2. Geny “opiekunowie genomu” ("caretakers") - do tej grupy zalicza się geny kodujące białka, biorące udział w procesach naprawy DNA. Ich inaktywacja nie prowadzi bezpośrednio do transformacji nowotworowej, lecz jest przyczyną niestabilności genetycznej powodującej znaczne zwiększenie poziomu nowych mutacji.

14. ENZYMOLOGIA KLINICZNA

Enzymologia kliniczna jest praktycznym wykorzystaniem nauki o enzymach do diagnozowania stanów chorobowych pacjentów. Od strony analitycznej polega to na pomiarze aktywności lub określeniu poziomu białka enzymu w płynach ustrojowych ( surowica, osocze, mocz) gdzie enzymy w normalnych warunkach występują w niewielkich ilościach. Każda tkanka posiada swój specyficzny profil enzymatyczny. Dlatego wykrycie zmiany poziomu określonych enzymów w stanach chorobowych pozwala wnioskować o lokalizacji i rodzaju zmian patologicznych zachodzących w organizmie. Należy jednak pamiętać że wiele enzymów występuje powszechnie w różnych typach tkanek i komórek, dlatego wzrost w osoczu aktywność u określonego enzymu może pochodzić z któregokolwiek enzymu. Problem ten można obejść porównując wzajemne stosunki dwóch lub więcej enzymów , jeżeli wzajemny stosunek aktywności tych enzymów w danym narządzie jest dla niego charakterystyczny.

AST- aminotransferaza asparaginowa( aminotransferaza). Jej wzrost wystepuje w rozleglych uszkodzeniach mięśni, zawale serca oraz ostrych fazach zapalenia wątroby

GGT- gamma glutamylotranseraza, obserwuje się jej wzrost przy ostrych i przewlekłych chorobach watroby. Pomiar GGT pozwala kontrolować utrzymanie abstynencji przez alkoholików podczas kuracji odwykowej, ponieważ jej wzrost można zauwazyc u 70% alkoholików.

CK- kinaza kreatynowa, 3-6 razy podwyzszony poziom tej kinazy wystepuje w dystrofii Duchenne'a w osoczu kobiet ( 50-80%) które są bezobjawowymi nościelkami zmutowanego genu dystofiny

amylaza- enzym rozkłądający skobię- wzrasta u chorych na zapalenie trzustki

Znaczenie diagnostyczne maja też wzajemne relacje pomiędzy aktywnościami określonych izoenzymów np.

-u ludzi zdowych aktywnosci LDH-!( dehydrogenaza mleczanowa1) w osoczu jest nizsza niż LDH-2

- u ludzi chorych z zawałem serca aktywność LDH-1 przewyższa aktywność LDH-2

ELISA- jest testem immunologicznym reakcję barwną enzymu sprzężonego z przeciwciałami do jakościowego i ilościowego oznaczania antygenów.

Podział kliniczny enzymów osocza:

ENZYMY WDIAGNOSTYCEMEDYCZNEJ

ENZYMOSOCZA ZASTOSOWANIE DIAGNOSTYCZNE

AMINOTRANSFERAZY

asparaginianowa AST

alaninowa ALT

zawał serca

wirusowe zapalenie wątroby
AMYLAZA ostre zapalenie trzustki
CERULOPLAZMINA zwyrodnienie wątrobowo-soczewkowate (choroba Wilsona)
KINAZA KREATYNOWA choroby mięśni i zawał serca
TRANSPEPTYDAZAγ-GLUTAMYLOWA różne choroby wątroby
DEHYDROGENAZA MLECZANOWA zawał serca
LIPAZA ostre zapalenie trzustki
FOSFATAZA KWASOWA rak gruczołu krokowego z przerzutami
FOSFATAZA ZASADOWA różne choroby kości, choroby wątroby z utrudnionym odpływem żółci

15. METABOLIZM WEWNĄTRZNACZYNIOWY VLDL

Cholesterol i triacyloglicerole (ogólnie LIPIDY) są transportowane w płynach ustrojowych w postaci lipoprotein, tzn. są transportowane przez lipoproteiny takie jak: chylomikrony, chylomikrony resztkowe, VLDL, IDL, LDL, HDL.

Każda z tych cząstek składa się z rdzenia zbudowanego z lipidów hydrofobowych (subst. rozpuszczalne w tłuszczach).Rdzeń ten otaczają lipidy i opoproteiny.

Triacyloglicerole w chylomikronach są hydrolizowane przez lipazy lipoproteinowe umiejscowione w wysciółce naczyń krwionośnych mięśni i innych tkanek, które używają kwasy tłuszczowe jako paliwo i prekursory do syntezy endogennych tłuszczy.

Pozostałośc po tej hydrolizie, bogata w cholesterol, ale zubożona w lipidy zwana jest resztkami chylomikronu i jest pobierana przez wątrobę. Nadmiar triacylogliceroli i cholesterolu przekraczający własne potrzeby wątroby, przedostaje się z niej do krwi w postaci lipoprotein o bardzo małej gęstości (VLDL).

VLDL są usuwane z wątroby przez fuzję pęcherzyka wydzielniczego z błoną komórkową (odwrotna pinocytoza-pęcherzyki wydzielnicze zlewają się z plazmolemmą).

Tracyloglicerole w VLDL,podobnie jak w chylomikronach są hydrolizowane przez lipazy na powierzchni włosowatych naczyń krwionośnych. W efekcie działania tych enzymów powstaja cząstki zubożone w triacyloglicerol, a wzbogacone w estry cholesterolu. Cząstki te nazwane są: lipoproteinami o pośredniej gęstości (IDL).

VLDL-CECHY CHARAKTERYSTYCZNe

-jest to lipoproteina (osocza krwi) o bardzo małej gęstości;

-główne lipidy rdzenia VLDL to: endogenne(niepochodzące z pożywienia, a wytwarzane przez organizm): triglicerydy-ok.55% (50-70%), cholesterol ok. 15-20%, białka ok.7-12%

-im mniej jemy, to więcej jest ich we krwi

-mechanizmem uwalniającym lipidy z cząsteczek VLDL jest hydroliza przez lipazę lipoproteinową;

-lipoproteina wytwarzana (nieustannie w hepatocytach) i wydzielana przez wątrobę

-VLDL zawieraja apoB-100, apoC, apoE

-ich wytwarzanie odbywa się nawet w procesie głodzenia, a ich lipidy pochodzą głównie z żółci i z wydzieliny ścian jelita

- B-VLDL zawierają 40% triglicerydów i ok.35% cholesterolu oraz apoB i apoE. Pojawiają się w dużych ilościach, jeżeli w organizmie jest wytwarzana nieprawidłowa apoE oraz w wyniku diety bogatocholesterolowej. Obecność B-VLDL stwierdzona jest w hiperlipoproteinemii typu III, w której wyst. nieprawidłowa apoE.

ROLA VLDL: TRANSPORT LIPIDÓW Z WĄTROBY DO TKANEK

VLDL są przenośnikami triacylogliceroli z wątroby do tkanek pozawątrobowych.

Są wytwarzane przez hepatocyty wątroby.

Enzymy uczestniczące w katalizie lipoprotein:

- lipaza lipoproteinowa (LPL)

- lipaza wątrobowa (LH)

- acetylotransferaza lecytyna: cholesterol (LCAT)

Apolipoproteiny- białkowa część lipoproteiny, która jest odpowiedzialna za wiązanie lipidów.

np. apolipoproteina B (apoB)- jest syntetyzowana przez rybosomy w szorstkiej siateczce śródplazmatycznej i wbudowywana do lipoprotein w gladkiej siateczce śródplazmatycznej, która jest glownym miejscem syntezy triacylogliceroli.

Od tego ile posiadamy apoprotein zależy, czy cholesterol zacznie odkładać się w ścianach tętnic czy bezpiecznie opuścić nasz organizm.

- są odpowiedzialne za wiązanie lipidów

- są odpowiedzialne za solubilizację (rozpuszczanie hydrofobowych-niezrozpuszczalnych w wodzie cząsteczek) lipidów w wodnym środowisku płynów ustrojowych.

-apolipoproteiny mogą być związane silnie lub luźno z częścią lipidową; Silnie związane(integralne) z lipidami nigdy nie opuszczają lipoprotein, tak jak np. apoB-100, apoB-48.

Apolipoproteiny luźno związane (powierzchniowe) z lipidami mogą swobodnie opuszczać lipoproteiny lub podlegać wymianie między lipoproteinami, np. apoA, apoC, apoE.

-Rola funkcjonalna apo: regulują metabolizm (katabolizm) lipoprotein w krążeniu. Niektóre apolipoproteiny są aktywatorami a inne inhibitorami podstawowych enzymów uczestniczących w katabolizmie lipidów. ApoB-100 i apoE są ligandami rozpoznawalnymi przez receptory błonowe dla lipoprotein komórki docelowej. W wyniku interakcji liganda (odpowiedniej apolipoproteiny) ze specyficznym receptorem powstaje kompleks lig.-rec. który wnika do komórki i następuje eliminacja lipoprotein z krążenia.\

16. Jak rozumiesz rolę enzymów jako czynnika w regulacji metabolizmu komórk?

Główna funkcja enzymów w procesach metabolicznych zachodzących w komórce to katalizowanie (przyspieszanie) reakcji. 

Wyróżniamy 6 grup enzymów:

  1.  oksydoreduktazy (katalizujące reakcje utleniania i redukcji),

  2. transferazy (enzymy przenoszące fragmenty związków),

  3. hydrolazy (prowadzące hydrolize),

  4. liazy (prowadzace do rozpadu zwiazkow bez udziału wody - rozcinanie wiązań),

  5. izomerazy (prowadzące reakcje przekształcania jednych zwiazkow w inne)

  6. ligazy lub syntetazy (katalizujące reakcje syntezy - tworzenia wiązań).

 

Dzięki enzymom możliwe jest zapączatkowywanie (inicjowanie) wielu reakcji szlaków metabolicznych bez podnoszenia temperatury wewnatrz organizmu (co mogloby prowadzic do denaturacji bialek) - ponieważ obniżają one próg energii aktywacji .

 

Rola enzymów jako czynnika w regulacji metabolizmu komórki. Procesy metaboliczne komórki możemy podzielić na dwie grupy: katabolizm i anabolizm.

KATABOLIZM  stanowi grupa reakcji chemicznych, w których następuje rozkład lub utlenianie złożonych związków organicznych do związków prostszych z uwolnieniem energii. Ich wspólnym celem jest dostarczenie energii lub substratów niezbędnych do podtrzymania procesów życiowych organizmu. W metabolizmie zwierząt reakcje te prowadzą do rozkładu cząstek organicznych do prostych związków, najczęściej CO2 i wody, z uwolnieniem energii.

  1. Trawienie -  Makrocząsteczki takie jak skrobia, celuloza czy białka nie mogą być bezpośrednio wchłonięte przez komórki, muszą więc zostać wcześniej rozłożone do mniejszych cząsteczek. Głównymi grupami enzymów trawiennych są: proteazy rozkładające białka na aminokwasy,glukozydazy  depolimeryzujące polisacharydy czy  lipazy rozkładające lipidy do kwasów tłuszczowych

ANABOLIZM to grupa procesów metabolicznych, w których energia zużywana jest do syntezy złożonych cząsteczek. Te cząsteczki, budulec wszystkich żywych komórek, są tworzone z prostych związków o stosunkowo niewielkich rozmiarach.

  1. Wiązanie węgla - Większość związków organicznych, występujących obecnie na Ziemi, powstało w procesie fotosyntezy. Fotosynteza to złożony proces podczas którego ze związków nieorganicznych, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i woda, wytwarzane są związki organiczne. Do przeprowadzenia tego procesu wykorzystywana jest energia słoneczna, a produktem ubocznym jest zazwyczaj tlen. W pierwszym etapie fotosyntezy wyprodukowane jest ATP i NADPH. Następnie oba związki zużywane są do syntezy aldehydu 3-fosfoglicerynowego przekształcanego stosunkowo prosto w glukozę. Reakcja wiązania węgla zachodzi dzięki obecności enzymu RuBisCO w cyklu Calvina.

  2. Węglowodany i glikany - Synteza glukozy ze związków takich jak kwas pirogronowy, kwas mlekowy, glicerol, aldehyd 3-fosfoglicerynowy i aminokwasy zwana jest glukogenezą. Podczas tego procesu, w niektórych etapach powiązanego z glikolizą, kwas pirogronowy przekształcany jest do glukozo-6–fosforanu za pomocą szeregu reakcji[. Jakkolwiek, nie jest to zwykłe odwrócenie procesu glikolizy, ponieważ niektóre reakcje katalizowane są przez enzymy nieglikolityczne. Jest to ważne, ponieważ enzymy te nie dopuszczają do jednoczesnego przebiegu obu  procesów tworzenia i rozpadu glukozy.

  3. Białka - Aminokwasy przechodzą w białka w procesie łączenia ich wiązaniami peptydowymi w łańcuchy. Każde białko posiada unikalną sekwencję aminokwasów. Aminokwasy przed połączeniem muszą zostać aktywowane poprzez połączenie z cząsteczką tRNA za pomocą wiązania estrowego. Aminoacyl-tRNA powstaje w zależnej od ATP reakcji katalizowanej przez enzym – syntazę aminoacylu tRNA. Ten aminoacyl-tRNA jest następnie włączany do powstającego łańcucha białkowego według informacji zawartej w mRNA.

Ponieważ środowisko większości organizmów podlega nieustannym zmianom, reakcje metaboliczne muszą być regulowane dla utrzymania w komórce stanu stałości warunków . Regulacja metaboliczna pozwala również organizmom na odpowiadanie na bodźce zewnętrzne oraz warunkuje interakcję ze środowiskiem."Regulacja" szlaku przez enzym to sposób, w jaki tempo jego przebiegu wzrasta lub spada w odpowiedzi na bodźce. Po drugie, "kontrola" sprawowana przez enzym to efekt, jaki zmiany te wywierają na ogólny przebieg szlaku. Dla przykładu, enzym wykazujący zdolność znacznej modyfikacji aktywności nie będzie uwzględniony jako enzym kontrolujący dany szlak, jeśli ta modyfikacja aktywności wywierać będzie niewielki wpływ na ciąg procesów w tym szlaku.

Przykładem bardzo dobrze poznanego mechanizmu regulacji zewnętrznej jest wpływ insuliny na metabolizm glukozy. Insulina jest hormonem produkowanym w odpowiedzi na podwyższenie poziomu glukozy w organizmie. Łączenie się hormonu z receptorem insulinowym aktywuje grupę kinaz białkowych, które pobudzają komórki do pobierania glukozy z krwi i przekształcania jej w substancje zapasowe. Metabolizm glikogenu jest z kolei kontrolowany przez fosforylazę, enzym rozbijający glikogen, oraz tworzącą go syntazę glikogenu. Enzymy te są regulowane w sposób obustronny – fosforylacja dezaktywują syntazę glikogenu, aktywując jednocześnie fosforylazę. Insulina wywołuje syntezę glikogenu poprzez aktywację fosfatazy białkowej i hamowanie fosforylacji wymienionych enzymów.

 17. Rola wolnych rodników tlenowych w procesie kancerogenezy.

Kancerogeneza-proces prowadzący do powstania nowotworu, zwykle zachodzi na poziomie DNA w postaci mutacji molekularnej

Zmiany zachodzą na wielu poziomach:

Etapy kancero (lub karcyno) genezy:

Powstanie wolnych rodników tlenowych:

-ŹRÓDŁA ENDOGENNE: łańcuch oddechowy, stany zapalne, stres, uszkodzenie kom., niedokrwienie

-ŹRÓDŁA EGZOGENNE: dieta uboga w tłuszcze, ksenobiotyki(przyjmowane z pokarmem), zanieczyszczenia środowiska np.dym papierosowy, niektóre leki, promieniowanie

Mitochondria są głównym producentem wolnych rodników

Wolne rodniki O2.

O2-> O2. NO. O3 interakcje z DNA (uszkodzone białka, lipidy)

System oksydacyjny broni nas przed wolnymi rodnikami

Nieloperoksydaza(enzym) -> H2O->kwasy podhalogenowe O2 ->O2. (jeżeli występuje to dlugo to następuje uszkodzenie tkanek przez stan zapalny<-oksydaza NADPH

Wszystkie strzałki powinny być takie same ;p

18. Reaktywne formy tlenu (wolne rodniki tlenowe) – powstawanie i ich znaczenie jako czynnika w patogenezie chorób człowieka.

  1. Powstawanie: Wolne rodniki tlenowe powstają w trakcie normalnego metabolizmu komórkowego, a także dostają się z zewnątrz, np. z gazów powstających przy spalaniu wielu substancji, w tym tytoniu. Powstawanie wolnych rodników tlenowych stymulowane jest także promieniowaniem jonizującym oraz niektórymi lekami. Wolne rodniki tlenowe powstają w sposób ciągły w warunkach fizjologicznych na skutek niedoskonałości układów sterujących przemianami tlenu w ustroju. Ocenia się, że 1-2% tlenu, zużywanego przez organizm w naturalnych procesach metabolicznych, uczestniczy w wytwarzaniu reaktywnych form tlenu. We wnętrzu komórki najwięcej reaktywnych form tlenu powstaje w mitochondriach, stanowiących centra przemian tlenowych ustroju. Tutaj właśnie zachodzą reakcje łańcucha oddechowego, zapewniające uzyskiwanie koniecznych dla życia zasobów energii.

  2. Znaczenie jako czynnika w patogenezie chorób człowieka:

    • Dotychczas opisano ponad 100 chorób, w których powstawaniu (patogenezie) uczestniczą reaktywne formy tlenu. Należą do nich między innymi: miażdżyca (prowadząca do zawału serca i niedokrwiennego udaru mózgu), nadciśnienie tętnicze, astma oskrzelowa, powikłania cukrzycy i liczne przewlekłe choroby zapalne. Kiedy stres oksydacyjny zadziała uszkadzająco na komórki śródbłonka naczyń krwionośnych, może to zapoczątkować i podtrzymywać procesy miażdżycowe, a kiedy uszkadza białe krwinki, w konsekwencji prowadzi to do osłabienia ich zdolności do zwalczania zakażeń i sprzyja powstawaniu chorób zwyrodnieniowych i nowotworów. Organem najbardziej narażonym na atak rodników tlenowych (promieniowanie ultrafioletowe światła słonecznego!), jest soczewka oka i skóra, a także odkryte śluzówki, np. warg.

    • Miażdżyca: wolne rodniki tlenowe utleniają LDL, który w skutek tego:

- wnika do ściany naczynia i staje się on łatwiej dostępny dla makrofagów, które pochłaniając go tworzą w naczyniach komórki piankowate

- jest czynnikiem chemotaktycznym dla krążących we krwi monocytów

- hamuje zdolność poruszania się makrofagów  w ścianie naczynia

- LDL utleniony staje się cytotoksyczny dla komórek śródbłonka naczyń powodując jego balonowate wybrzuszenia i kraterowate uszkodzenia śródbłonka tętnic

Rozpatrując wpływ cholesterolu na organizm człowieka należy zwrócić uwagę na produkty utleniania cholesterolu. Obecnie zidentyfikowano już ponad 100 produktów utleniania cholesterolu (PUC).
Inicjatorem procesu utleniania może być kation metalu przejściowego, kation tlenowy (O-O+), rodniki pochodzące z rozpadu wodoronadtlenków (RO*, HO*), rodnik obecny w surowcu lub powstający w procesie jego przetwarzania.   W pewnych warunkach mogą powstawać również: cholesterol-5α, 6α-epoksyd, 6β-epoksyd jak również cholestanetriol (produkt ich hydratacji).

Produkty utleniania cholesterolu mają silne właściwości osłabiające syntezę cholesterolu. Może to prowadzić do zmniejszenia zawartości cholesterolu w błonach komórkowych, co wpływa negatywnie na ich funkcje. Produkty utleniania cholesterolu zastępują cholesterol w błonach, co powoduje zmianę ich płynności, a w konsekwencji przepuszczalność.

Stwierdzono, że najbardzie toksycznymi oksysterolami dla komórek są: cholestanetriol, 25-, 26-hydroksycholesterole, 7-ketocholesterol, 7α- i 7β-hydroksyholesterole. Epoksydy cholesterolu (izomery α i β) są bardzo aktywne jako czynniki powodujące stłuszczenie komórek.
Oksysterole występują w wielu produktach spożywczych, zawierających cholesterol np. mięso i przetwory mięsne, produkty mleczne, a szczególnie proszki mleczne i jajowe suszone rozpyłowo, które mają wyższy poziom oksysteroli niż jakiekolwiek inne produkty spożywcze. Ilość powstających oksysteroli podczas obróbki surowców, półproduktów spożywczych zależy głównie od: zawartości cholesterolu, metali przejściowych (Fe, Cu, Co), temperatur obróbki, zawartości przeciwutleniaczy (np. witaminy C, E), dostępu światła i powietrza.

19. Efekty oddziaływania rodnika hydroksylowego z DNA.

Najgroźniejsze implikacje dla organizmów wielokomórkowych niosą ze sobą reakcje WRT (zwłaszcza rodnika hydroksylowego ·OH) z DNA. Takie interakcje mogą prowadzić do tworzenia pęknięć w jednej lub dwóch niciach DNA, wiązań poprzecznych i modyfikacji zasad azotowych. Za typowy znacznik (marker) wolnorodnikowych uszkodzeń DNA uznawana jest 8-oxyguanina.

Oksydacyjne modyfikacje zasad azotowych DNA można podzielić na dwie grupy, biorąc pod uwagę ich biologiczne właściwości: potencjalnie mutagenne oraz blokujące proces replikacji DNA.

Typowym przykładem oksydacyjnego uszkodzenia DNA prowadzącego do replikacyjnego jest glikol tyminy (TG). Prawdopodobnie również obecność w cząsteczce DNA produktów częściowego rozpadu pierścienia imidazolowego puryn, tzn. Fapy adeniny i Fapy guaniny, może prowadzić do zafamowania procesu replikacji.

Pewna „pula” zmodyfikowanych zasad azotowych jest obecna w każdej komórce. Jest ona wyrazem równowagi istniejącej w przebiegu wielu procesów metabolicznych RFT atakujących DNA i usuwaniu uszkodzeń tej cząsteczki przez enzymy naprawy DNA.

Wydaje się, że poziom zmodyfikowanych zasad azotowych w komórkach wykazuje zróżnicowanie międzyosobnicze. Nieliczne jeszcze, choć udokumentowane dane z badań eksperymentalnych i populacyjnych pozwalają przypuszczać, że:

1) występuje liniowa zależność zawartości 8-oxogua od wieku organizmu ludzkiego;

2) poziom 8-oxogua jest niższy u kobiet niż u mężczyzn;

3) poziom oksydacyjnie zmodyfikowanych zasad azotowych zależy od aktywności ochronnych enzymów antyoksydacyjnych.

Rodnik hydroksylowy powstaje w komórkach w czasie reakcji Fentona. Ten dość złożony proces można przedstawić jako reakcję:

O2·- + H2O2 ·OH + OH- + O2

WRT mogą uszkadzać DNA, co w konsekwencji może prowadzić do mutacji. Jeżeli taka mutacja wystąpi w genach supresorowych lub/i w onkogenach, może to doprowadzić do inicjacji lub progresji procesu kancerogenezy.

Dane eksperymentalne potwierdzają, że rodniki tlenowe indukują mutację w gorących miejscach” antyonkogenu p53. Kodon 248 tego genu (CGG) jest miejcem, które najczęściej ulega mutacjo w przypadku kilku ludzkich nowotworów.

20.OBRONA PRZED WOLNYMI RODNIKAMI

Dla zapobiegania szkodliwym następstwom działania wolnych rodników, organizmy tlenowe wykształciły szereg mechanizmów ochronnych.

Naturalne mechanizmy obronne ustroju przed reaktywnymi formami tlenu to:

Substancje mające zdolność wiązania i unieczynniania wolnych rodników tlenowych nazywamy przeciwutleniaczami lub antyoksydantami, albo też, jak wspomniano poprzednio, "wymiataczami" wolnych rodników. Większość z nich nie jest wytwarzana przez nasz organizm i trzeba je dostarczać z pożywieniem. Znajdują się one w ogromnej obfitości w roślinach i dlatego należy jeść duże ilości warzyw i owoców. ( alfa-tokoferol, kwas askorbinowy, glutation, karotenoidy, bilirubina, kreatyna, zredukowany koenzym Q, witaminy A, C, E)

Enzymy antyoksydacyjne, które chronią komórki i tkanki przed aktywnością reaktywnych form tlenu wytwarzamy sami. Jest to więc nasza własna linia obrony, niezależna od diety, co więcej, charakterystyczna dla naszego gatunku i dziedziczona przez pokolenia. Niestety wraz z upływem lat jej skuteczność maleje, czego wyrazem jest postępujący proces starzenia się i zmian zwyrodnieniowych tkanek. (katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa(SOD), peroksydaza)

Za niezwykle wydajne katalizatory reakcji wytwarzania wolnych rodników uważa się wolne jony metali ciężkich, głównie żelaza i miedzi. Z tego powodu istotną rolę ochronną przypisuje się białkom wiążącym te jony, czyli transferynie i ferrytynie w przypadku żelaza oraz ceruloplazminie w przypadku miedzi. Widzimy więc, że pochłanianie tabletek zawierających tzw. mikroelementy, wśród których najczęściej znajdujemy żelazo i miedź, niekoniecznie buduje nasze zdrowie, ponieważ może stymulować wewnątrzustrojowe tworzenie wolnych rodników.

GSH-Px=GPx-Se (peroksydaza glutationowa)- neutralizuje H2O2, enzym ten jest Seleno-zależny

SOD- występuje w trzech odmianach:

21.Mechanizm eliminacji frakcji LDL z krwioobiegu.

22.Oksydacyjne uszkodzenia biomolekuł i ich znaczenie dla funkcjonowania komórek

Reaktywne formy tlenu (RFT) odgrywają kluczową rolę w podstawowych procesach biologicznych zachodzących w organizmie ludzkim zarówno w stanie zdrowia, jak i choroby.

W sytuacji określanej mianem „stresu oksydacyjnego” dochodzi do zaburzenia równowagi pomiędzy tempem powstawania RFT a wydolnością układu antyoksydacyjnego. Efekty działania stresu oksydacyjnego zależą od jego zasięgu; większe komórki mogą sobie poradzić z lokalnymi małymi perturbacjami i odzyskać pierwotny stan. Jednakże większy stres oksydacyjny może spowodować śmierć komórki. Nawet umiarkowana oksydacja może wywołać apoptozę, a silniejszy stres może doprowadzić do martwicy[3].

Szczególnie destrukcyjnym elementem stresu oksydacyjnego jest produkcja reaktywnych form tlenu, do których zalicza się wolne rodniki i nadtlenki. Niektóre mniej reaktywne formy mogą zostać zredukowane przez metale przejściowe lub inne reduktory do bardziej agresywnych form rodników, które mogą spowodować w komórce rozległe uszkodzenia. Większość tych form tlenowych jest produkowana w niewielkiej ilości w trakcie normalnego metabolizmu aerobowego, a uszkodzenia, które wywołują, są na bieżąco naprawiane. Jednakże, przy wysokim poziomie stresu oksydacyjnego, który powoduje zmniejszenie puli ATP, co uniemożliwia wejście komórki na drogę kontrolowanej, apoptotycznej śmierci, powodując jej martwicę.

Reaktywne formy tlenu powodują utlenienie tłuszczów, białek, DNA, a co za tym idzie, mogą przyczynić się do uszkodzenia tkanek. Toksyczne produkty reakcji utleniania wywierają działanie cytostatyczne na komórkę, doprowadzają do uszkodzenia błon komórkowych i aktywują mechanizmy apoptozy.

Powstanie wolnych rodników:

- łańcuch oddechowy

- stany zapalne

- stres fizyczny i psychiczny

- uszkodzenie komórek

- niedokrwienie/reperfuzja

- przyjmowane z pokarmem

- zanieczyszczenia środowiskowe

- niektóre leki

- promieniowanie

RFT mogą prowadzić do zwiększenia prawdopodobieństwa uszkodzeń na poziomie molekularnym, komórkowym, tkankowym czy narządowym. Może się to przyczynić do powstania chorób ogólnoustrojowych.

Najlepiej poznano interakcje między wolnymi rodnikami a tłuszczami, które – ze względu na obecność wiązań nienasyconych – są szczególnie podatne na procesy peroksydacji (utlenienia). Procesy te prowadzą do degradacji błon komórkowych i lipidów osocza oraz wytwarzania nowych reaktywnych form tlenu. W warunkach dużego nasilenia peroksydacji wielonienasyconych lipidów błonowych następuje uszkodzenie błony komórkowej, a w konsekwencji nawet śmierć komórki.

Wolne rodniki mogą również powodować uszkodzenia białek na drodze inaktywacji enzymów, uszkodzenia białek transportujących czy błonowych. Modyfikacja zasad azotowych będących składnikami kwasów nukleinowych może powodować różnego rodzaju uszkodzenia prowadzące do zmian nowotworowych.

23. Strategie prewencji i leczenia miażdżycy oparte na wiedzy o metabolizmie lipoprotein.

Zapobieganie powstawaniu miażdżycy polega głównie na właściwym odżywianiu się, dostosowanym do wieku, płci, charakteru pracy. Zaleca sie również:
- zaprzestanie palenia papierosów - w 5 lat od zaprzestania ryzyko zawału serca zmniejsza się do 50 - 70%
- zmniejszenie cholesterolu we krwi - zmniejsza ryzyko zawału o 2-3%
- zwiększenie aktywności fizycznej - zmniejsza ryzyko o 45%
- utrzymywanie należytej wagi ciała - zmniejsza ryzyko o 35-55%
Należy wyeliminować z jedzenia przede wszystkim: duże ilości słodyczy, cukier, ciasta, używki: papierosy, alkohol w każdej postaci - również piwo i wino, kawę prawdziwą.
Należy: pić odtłuszczone mleko, spożywać ryby morskie ( tłuste), unikać tłuszczów pochodzenia zwierzęcego, jeść produkty zbożowe, grube kasze: gryczana, jaglana, makarony bez jaj, płatki owsiane), chude gatunki wędlin np.: polędwica, szynka, zaleca się spożywać do 1000 g dziennie warzy, owoców i ziemniaków. Tylko absolutne zerwanie z nałogiem, dieta niskokaloryczna oraz aktywność fizyczna dają nam szansę na wyeliminowanie nas z grona osób zagrożonych zachorowaniem na miażdżyce.

Leczenie

Nie ma lekarstw działających bezpośrednio na miażdżycę. Najlepszą metodą jest profilaktyka, czyli zwalczanie czynników ryzyka. Leczenie wdraża się, kiedy już dojdzie do rozwoju zmian miażdżycowych. Stosuje się leki obniżające ciśnienie tętnicze u osób z nadciśnieniem. Używane są również leki obniżające krzepliwość krwi (kwas acetylosalicylowy) i poziom cholesterolu (głównie statyny). Leczenie to ma jednak tylko charakter wspomagający właściwe odżywianie, aktywność fizyczną, bezwzględnie należy porzucić palenie.

W zaawansowanej miażdżycy przy istniejących wskazaniach usuwa się różnymi metodami chirurgicznym blaszkę miażdżycową. Stosuje się różne cewniki, lasery oraz stenty (cienkie siateczki stanowiące rusztowanie dla zwężonego odcinka tętnicy, wprowadzane do naczynia, są powlekane lekami hamującymi chorobę). Stosowaną metodą jest przezskórna angioplastyka – rozszerzanie zwężonych tętnic i rozpłaszczenie blaszki miażdżycowej za pomocą specjalnych baloników wprowadzanych do naczyń tętniczych. Przy poważnej niedrożności naczyń wieńcowych stosowana jest chirurgiczna operacja pomostowania (by-passy) tętnic poprzez wszczepianie protez naczyniowych lub fragmentów naczyń krwionośnych, omijających zwężone miejsce w tętnicy.

Farmakologia:

- żywice jonowymienne

Mechanizm ich działania polega na wiązaniu kwasów żółciowych i nasileniu ich wydalania z kałem. Prowadzi to do zredukowania ich ilości w organizmie, i zmusza wątrobę do syntezy kwasów od nowa, przy użyciu cholesterolu. W efekcie poziom cholesterolu zmniejsza się.

- statyny czyli inhibitory HMG-CoA reduktazy
Statyny blokując ten enzym skutecznie utrudniają syntezę cholesterolu, co w efekcie owocuje obniżeniem się jego poziomu. Posiadają także tzw. działanie plejotropowe, czyli odwracające już zaistniałe zmiany miażdżycowe.

- pochodne kwasu fibrynowego czyli tzw. Fibraty

Fibraty mają bardzo złożony mechanizm działania, i generalnie obniżają poziom trójglicerydów, oraz nieco poziom cholesterolu. Zaleca się łączenie ich z żywicami, jednocześnie uważając na połączenia ze statynami (ryzyko uszkodzenia mięśni szkieletowych).

- antyoksydanty

Antyoksydanty takie jak np. witaminy A, C, E czy beta karoten, niszczą tzw. wolne rodniki. Rodniki te odpowiedzialne są za destrukcje ściany naczyń, co sprzyja rozwojowi miażdżycy.

- inhibitory ACAT

Możliwość wpływania na szlak przemian cholesterolu przez zahamowanie wewnątrzkomórkowego enzymu zaangażowanego w gromadzenie się cholesterolu – ACAT (acyl-coenzyme A). Zidentyfikowano dwie izoformy ACAT: ACAT1 – obecna w wielu komórkach, m.in. w makrofagach, oraz ACAT2 – aktywna w jelitach (uczestniczy w przyłączaniu cholesterolu do chylomikronów) i wątrobie. Zablokowanie ACAT1 może hipotetycznie zapobiegać przemianie makrofagów w komórki piankowate w ścianie naczyń i przez to spowalniać postęp miażdżycy.

W zaburzeniach pierwotnych:

terapeutyczna wymiana osocza/ metoda oczyszczania osocza krwi z LDL

leczenie polegające na wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA) do komórek. Charakter lub informacja genetyczna zawarte we wprowadzonym DNA lub RNA powinny wywierać efekt terapeutyczny.

24. Czym są witaminy w świetle współczesnej wiedzy o ich budowie i funkcjonowaniu (nowe spojrzenie w kwalifikacje witamin)

Witamimy są organicznymi środkami odżywczymi niezbędnymi w małych ilościach do różnorodnych funkcji biochemicznych. W zasadzie związki te nie są syntetyzowane przez ustrój i dlatego muszą być dostarczane z pożywnieniem. Podstawowa klasyfikacja witamin oparta jest na ich rozpuszczalności w wodzie albo w tluszczach. Witaminy grupy B i C są rozpuszczalne w wodznie, natomiast witaminy A, D, E, K są to witaminy rozpuszczalne w tłuszczach.

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach są cząsteczkami apolarnymi, hydrofobowymi, pochodnymi izoprenu. Nie są syntetyzowane w dostatecznej ilości w ustroju człowieka, dlatego muszą być dostarczane z pokarmem. Warunkiem prawidłowego wchłaniania tych witamin z przeowdu pokarmowego jest prawidłowe wchłanianie tłuszczów. Po absorpcji witaminy te są transportowane we krwi jak inne apolarne lipidy, za pośrednictwem lipoprotein lub swoistych białek nośnikowych. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach spełniają różnorodne funkcje (A- proces widzenia, D- przemiana wapniowa i fosforanowa, E- antyoksydant, K- proces krzepnięcia).

Witaminy rozpuszczalne w wodzie nie akumulują się w ciele człowieka, są wydalane z moczem i w związku z tym muszą być w sposób ciągły i systematyczny dostarczane z pełnowartościowego pożywienia.

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach mogą być magazynowane w organizmie w wątrobie i tkance tłuszczowej.

Podział ten jest istotny z co najmniej dwóch powodów:

Witaminy są to organiczne związki, które są niezbędne dla normalnego przebiegu szeregu procesów metabolicznych w organizmie człowieka. Funkcje witamin obejmują również przemianę tłuszczów i węglowodanów, w energię, prawidłowe działanie wielu enzymów (jako tak zwane koenzymy, czyli substancje pomagające enzymom, jako koenzymy są przenośnikami elektronów, atomów lub grup chemicznych podczas reakcji biochemicznych, które właśnie polegają na wymianie tych elementów), współudział w procesie odnowy uszkodzonych tkanek, tworzenie hormonów, przeciwciał, krwinek, budowa materiału genetycznego itd. Witaminy nie są natomiast źródłem energii i materiałem budulcowym.

Temat 25 PRZECIWUTLENIACZE (syn. antyoksydanty, antyutleniacze)

To substancje pochodzenia syntetycznego lub naturalnego, których głównym zadaniem jest przeciwdziałanie utleniaczom (wolnym rodnikom). Wydłużają trwałość produktów spożywczych jak i zapobiegają niepożądanym procesom utleniania w wyniku których żywe komórki ulegają zniszczeniu.

Działanie antyoksydantów

Najważniejsze ANTYUTLENIACZE dostarczane z  pożywieniem, to:

  • minerały:

  • witaminy:

  • inne
-magnez -witamina C -błonnik
-selen -witamina E -polifenole
-cynk -witamina A
-miedź -beta-karoten
-mangan

WIT. A,C,E
Witaminy A, C i E wpływają na utrzymanie homeostazy komórkowej przez przerywanie łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych.
Antyoksydanty zmiatają wolne rodniki, modulują stan redoks komórki oraz regulują wewnątrzkomórkową drogę sygnałową.
Wyniki badań in vitro wykazują, że poprzez modulację różnych genów wit.E hamuje proliferację (namnażanie) wielu linii komórkowych ludzkich nowotworów. Np.gamma-tokolerol ma zdolność hamowania cyklu komórkowego w fazie S, w linii komórek raka stercza. Dokładny mechanizm modulacji ekspresji genów nie został poznany,
ale prawdopodobnie:
alfa-tokoferol może modulować przekaźnictwo sygnałów przez wpływ na aktywność niektórych enzymów, takich jak kineza białkowa C (PKC), fosfolipaza A2, które mogą bezpośrednio wpływać na ekspresję genów.
Alfa-tokoferol może także oddziaływać na ekspresję genów przez bezpośrednią modulacje aktywności czynników transkrypcyjnych, np..przez receptor pregnanowy X, jądrowe receptory czy receptory sieroce.

WITAMINA A:
Ogólnie:

-występuje szczególnie w czerwonych i żółtych owocach oraz warzywach. Jest odpowiedzialny za nasycony żółty, pomarańczowy i czerwony barwnik tych roślin,

- jest efektywnym przeciwutleniaczem. Ponadto jego przedawkowanie nie wykazuje tak dużej toksyczności jak przedawkowanie witaminy A,

- produkty z dużą zawartością beta karotenu mogą dostarczać potrzebną dawkę witaminy A, bez ryzyka spowodowania zmian nowotworowych,

-podobnie jak tokoferole, silnie hamuje peroksydację lipidów.

WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNE

- retinol może reagować z rodnikami nadtlenowymi i dzięki temu przerywa reakcję łańcuchowej peroksydacji lipidów tworząc wodoronadtlenki (ROOH).
- Zdolna jest do bezpośredniego reagowania z reaktywnymi formami tlenu

- chroni przed wolnymi rodnikami oraz zarazkami, toksynami, wzmacnia też system immunologiczny.

- blokuje toksyczne działanie wolnych rodników na całe komórki organizmu,

- blokuje toksyczne działanie wolnych rodników na DNA komórek

- prowitamina A - beta-karoten zapobiega powstawaniu uszkodzeń tkanek pod wpływem utleniającego działania światła słonecznego

-Działa fotoochronnie - nasila produkcję pigmentu i nie dopuszcza do penetrowania przez skórę promieni ultrafioletowych, których nadmiar pobudza produkcję wolnych rodników tlenowych.

Źródła:

Witamina A i jej różne chemiczne formy (aldehydowe, estrowe, kwasowe) występuje tylko w produktach zwierzęcych: mleko pełne, śmietana, masło, produkty mleczarskie, jaja, niektóre tłuste ryby morskie, wątroba, tran, żółtka jaj, oleje roślinne, jarmuż, sery, śledzie, mięso

prowitamina A (cała grupa karotenoidów) występuje tylko w produktach pochodzenia roślinnego: melonie, mango, pomidorach, szpinaku, sałacie, dyni, groszku zielonym, szczawiu, marchewce, papryce, boćwinie, brukselce, winogrona, awokado

WITAMINA E

Ogólnie:

WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNE

Źródła:

Oleje roślinne, kiełki zbóż, soja, jaja, orzechy, kapusta, sałata, mięta, szparagi, tran, pokrzywy, migdały, marchew, mąka pełnoziarnista, mleko, brukselka, szpinak, czosnek, awokado

WITAMINA C

Ogólnie:

- obniża poziom cholesterolu;

- do przyswajania witaminy C potrzebna jest witamina PP, zawarta w rutynie znajdującej się np. w kaszy gryczanej.

WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNE

Źródła :owoce róży, słodkie papryki, porzeczki, cytrusy, maliny, truskawki, pietruszka, brokuły, kapusta.

26. Witaminy a działanie enzymów (przykłady koenzymów)

Podstawowa rola witamin w organizmie to wspomaganie enzymów w przyspieszaniu reakcji biochemicznych. Witaminy występują w roli tzw. koenzymów. Są przenośnikami elektronów, atomów lub grup chemicznych podczas reakcji biochemicznych. Witaminy zachowują się więc jak łącznicy, którzy przenoszą ważne elementy z jednej taśmy montażowej na drugą. Poza tym nie tylko przyspieszają przebieg reakcji w organizmie, ale też decydują o rodzaju przemian, jakim może ulec substancja wyjściowa, biorąca udział w reakcji chemicznej.

Koenzym to uczestnicząca w reakcji enzymatycznej niebiałkowa część enzymu nietrwale związana z częścią białkową (apoenzymem).

-rodzaj kofaktora

- luźno związane z białkiem

- łatwo odłączalne

Koenzymy ulegają zużyciu podczas zachodzących z ich udziałem reakcji enzymatycznych, dlatego do organizmu dostarczane muszą być prekursory koenzymów, często w postaci witamin.

Witamina B1 (tiamina) tiamina + grupa pirofosforanowa = koenzym

- bierze udział w reakcji dekarboksylacji oksydacyjnej alfa-ketokwasów:

* przekształcenie pirogronianu w acetylo-CoA w końcowym etapie glikolizy

* przemiana kwasu alfa-ketoglutarowego w bursztynylo-CoA w czasie trwanie cylku Krebsa

* przemiana aminokwasów rozgałęzionych (walina, leucyna, izoleucyna)

- uczestniczy w reakcjach transketolacji (reakcja występuje w cyklu pentozowym)

Witamina B2 (ryboflawina) tworzy 2 koenzymy:

- FMN (mononukleotyd flawinowy)

- FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy)

Witamina B3 (niacyna) wchodzi w skład 2 koenzymów:

- NAD (dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego)

- NADP (fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego)

* pełnią istotną rolę w procesach oddychania komórkowego

* różne pochodne tego związku są akceptorami elektronów i protonów w procesach utleniania komórkowego

* pełnią rolę koenzymów oksydoreduktaz

Witamina B5 (kwas pantotenowy) aktywną postacią jest:

- Koenzym A CoA

* jest przenośnikiem grup acylowych w reakcjach kwasu cytrynowego, utleniania i syntezy kwasów tłuszczowych oraz w reakcjach acetylacji i syntezy cholesterolu i hormonów steroidowych

- białko przenoszące grupy acylowe (ACP)

* wchodzi w skład kompleksu enzymatycznego, na którym zachodzi biosynteza kwasów tłuszczowych

* jest białkiem przenoszącym reszty acylowe kwasów tłuszczowych

* należy do grupy transferaz

Witamina B6 ( pirydoksyna) tworzy koenzym zwany fosforanem pirydoksalu

- odpowiedzialny za metabolizm aminokwasów

Witamina B7 (biotyna) koenzym karboksylaz

- karboksylaza pirogronianowa – katalizuje pierwszą reakcję w glukoneogenezie ( pirogronian w szczawiooctan)

- karboksylaza acetylo-CoA – dostarcza reszty octanowe do syntezy kw. tłuszczowych katalizując malonylo-COA

- karboksylaza propionylo-CoA – przekształca propionian do bursztynianu, do cyklu kw. cytrynowego

- karboksylaza fimetylokrotonylo-CoA

Witamina B9 aktywną postacią kwasu foliowego jest tetrahydrofolian – nośnik grup jednowęglowych

Witamina B12 (kobalamina) tworzy 2 koenzymy:

- metylokobalamina – sprzężona konwersja homocysteiny do metioniny oraz metylotetrahydrofolianu do tetrahydrofolianu

- deoksykobalamina – konwersja metylomalonylo-CoA do sukcynylo-CoA

27.Klasy enzymów

System nomenklatury podany przez Międzynarodową Unię Biochemiczną (IUB) klasyfikuje enzymy według typu i mechanizmu reakcji. Jego podstawową zasadą jest to, że nazewnictwo i klasyfikacja enzymów na podstawie typu reakcji chemicznej i mechanizmu reakcji może integrować informację z różnych obszarów metabolizmu.

Główne zasady IUB:

  1. Reakcje i katalizujące je enzymy tworzą 6 klas, a każda z nich ma 4-13 podklas.

  2. Nazwa enzymu składa się z 2 części:

- pierwsza zakończona na –aza,

- druga określająca substrat lub substraty

3)Dodatkowa informacja, jeżeli jest potrzebna do wyjaśnienia reakcji, może być podana w nawiasach.

np. L-jabłczan:

NAD+oksydoreduktaza (dekarboksylująca)

4. Każdy enzym ma numer kodu (EC), który charakteryzuje typ reakcji:

Klasy enzymów z uwzględnieniem rodzaju typu katalizowanej reakcji:

  1. Oksydoreduktazy

  2. Transferazy

  3. Hydrolazy

  4. Liazy

  5. Izomerazy

  6. Ligazy

Oksydoreduktazy- enzymy biorące udział w reakcjach utleniania i redukcji.

Ze względu na sposób działania wyróżniamy:

1. dehydrogenazy i reduktazy – przenoszą atomy wodoru lub elektrony bez udziału akceptora tlenowego, np. dehydrogenaza bursztynianowa,

2. oksydazy – używają tlenu jako akceptora wodoru, np. oksydaza cytochromowa,

3.oksygenazy – katalizują przyłączanie tlenu do cząsteczki substratu, uczestniczą w hydroksylacji leków. Np. dioksygenaza homogentyzynowa

4.hydroksylazy – katalizują reakcje w których bierze udział tlen.

5.Peroksydazy – redukują nadtlenki, np. selenozależna peroksydaza glutationu.

Transferazy- enzymy katalizujące reakcje przenoszenia grup funkcyjnych między cząsteczkami donora i akceptora.

Do najczęściej przenoszonych grup należą: reszty aminowe (transaminazy), reszty acylowe (acylotransferazy), reszty fosforanowe (fosfotransferazy), reszty glikozydowe (glikozylotransferazy), grupy jednowęglowe (np. karbamoilotransferaza asparaginianowa, hydroksymetylaza serynowa).

Wiele reakcji, w których uczestniczą transferzy, należy do najważniejszych reakcji biochemicznych.

Hydrolazy- enzymy katalizujące rozszczepienie cząsteczki na mniejsze drobiny poprzez przyłączenie wody.

Do hydrolaz zaliczamy enzymy przyspieszająca reakcje hydrolizy:

1) dwucukrowców i wielocukrowców na mniejsze jednostki,

2) wiązań peptydowych białek, polipeptydów i dipeptydów z uwolnieniem aminokwasów,

3) tłuszczów do gliceryny i kwasów tłuszczowych.

Hydrolazy występują w komórkach, a także są wydzielane podczas trawienia w przewodzie pokarmowym, gdzie przeprowadzają rozkład związków złożonych na prostsze jednostki.

Liazy- enzymy katalizujące rozszczepienie cząsteczki związku na dwa fragmenty lub połączenie molekuł dwóch substancji w jedną, przy czym zanika lub powstaje podwójne wiązanie.

Najważniejsze: liazy wiązań C-C (karboksylazy, np. dekarboksylaza pirogronianowa), liazy wiązań C-O (np. hydrataza fumaranowa, dehydrataza węglanowa), liazy wiązań C-N (np. histydaza).

Izomerazy- enzymy katalizujące izomeryzację substratów. Rozróżnia się:

1) racemazy, które zmieniają położenie podstawników przy atomie węgla decydującym o przynależności do szeregu D lub L; substratami racemaz mogą być aminokwasy i ich pochodne; przykład: racemaza alaninowa katalizuje reakcję: L-alanina = D-alanina;

2) epimerazy, zmieniające położenie podstawników przy asymetrycznym atomie węgla; substratami epimeraz mogą być węglowodany i ich pochodne; przykład: 3-epimeraza rybulozofosforanowa katalizuje reakcję: D-rybulozo-5-fosforan = D-ksylulozo-5-fosforan;

3) oksydazy wewnątrzcząsteczkowe, przenoszące atomy wodoru na tlen; substratami mogą być aldozy i ketozy; przykład: izomeraza rybozofosforanowa katalizuje reakcję: D-rybozo-5-fosforan = D-rybulozo-5-fosforan;

4) transferazy wewnątrzcząsteczkowe (mutazy), zmieniające położenie reszty fosforylowej; przykład: fosfomutaza fosfoglicerynianowa katalizuje reakcję: 2-fosfo-D-glicerynian = 3-fosfo-D-glicerynian;

5) izomerazy trans – cis, zmieniające położenie podstawników.

Ligaz- enzymy biorące udział w tworzeniu nowych wiązań, do tworzenia których wykorzystują ATP.

Przykładem mogą być: syntetaza glutaminowa (katalizuje powstawanie wiązań C-N) oraz karboksylazy (przyspieszają powstawanie wiązań C-C).

28. Mechanizm oddziaływania enzym-substrat. Przebieg reakcji enzymatycznej.

ENZYMY- są to białka katalizujące reakcje zachodzące w żywych organizmach, które charakteryzują się również wysoką specyficznością wobec substratu

CENTRUM AKTYWNE ENZYMU- najważniejszy fragment enzymu, jest to region, który wiąże substrat i zamienia go w produkt

GRUPA PROSTETYCZNA- rodzaj ko faktora, niebiałkowy składnik enzymu niezbędny dla jego aktywności ; grupy prostetyczne są trwale związane z białkami, np. z centrum aktywnym enzymu; wiele z nich to witaminy lub ich pochodne, dlatego właśnie te związki są niezbędne dla funkcjonowania organizmu

KOENZYM- rodzaj kofaktora (np. CoA)

KATALIZA ENZYMATYCZNA; PRZEBIEG:

  1. Substraty wiązane są za pomocą oddziaływań niekowalencyjnych

  2. Budowa centrum aktywnego zapewnia odpowiednie ułożenie substratu lub substratów względem siebie

  3. Oddziaływanie z centrum aktywnym i między substratami powoduje zajście reakcji enzymatycznej

  4. Po zakończeniu reakcji produkty oddysocjowują, a enzym przyłącza następne cząsteczki substratów

Równanie Michaelisa-Menten opisuje zależność szybkości reakcji od stężenia substratu

Stała Michaelisa (Km) – jest to takie stężenie substratu, przy którym szybkość reakcji enzymatycznej jest równa połowie szybkości maksymalnej (Vmax) tej reakcji.

Wartość stałej Km dla większości enzymów przyjmuje wartości z zakresu 10-3 do 10-5 mol/dm3

MODEL „KLUCZ ZAMEK”- enzym, tzn. jego miejsce aktywne, musi być dopasowany swoim kształtem do substratu by móc przekształcić go w produkt.

MODEL INDUKOWANEGO DOPASOWYWANIA- mechanizm opierający się na dopasowaniu kształtu enzymu do substratu lub odpowiedniej grupy substratów i przekształceniu ich w produkty.Teoria indukowanego dopasowania wyjaśnia dlaczego enzym może katalizować całą gamę substratów. Substrat też może zmieniać kształt.

W obecności enzymu:

29. Mitochondria a choroby człowieka. Mutacje mtDNA w patogenezie chorób człowieka( choroby mitochondrialne; KSS, MERRF, MELAS, LHON, Matczyny RP, miopatia oczna)

Mitochondrium – organellum komórki eukariotycznej pochodzenia edsymbiotycznego, w którym zachodzą procesy będące głównym źródłem energii w postaci ATP dla komórki, w szczególności proces fosforylacji zachodzący w błonie wewnętrznej mitochondrium. Posiada własny genom. Przeciętna komórka eukariotyczna zawiera od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy mitochondrium. Przyrost ich liczby jest możliwy dzięki zdolności do posiadania własnego DNA.

Mt DNA – materiał genetyczny w postaci kolistego DNA znajdujący się w macierzy mitochondrialnej. Białka kodowane przez mtDNA to część mitochondrialnych białek łańcucha oddechowego jednak większość białek wchodzących w jego skład jest kodowana przez genom jądrowy.

Przy podziałach komórkowych mitochondria rozdzielane są do komórek potomnych losowo. Objawy choroby zależą od stosunku prawidłowego mtDNA do mtDNA niosącego mutację i pojawiają się po przekroczeniu pewnej wartości progowej. Wartość progowa jest różna dla różnych tkanek i mutacji. Powoduje to, że objawy kliniczne chorób mitochondrialnych i ich nosiciele mogą znacznie różnić się u różnych pacjentów. Mitochondria dziedziczone są niemal wyłącznie w linii matczynej, ponieważ wszystkie lub niemal wszystkie pochodzą z oocytu, a bardzo nieliczne (jeśli w ogóle) są przekazywane wplemniku, a w zygocie te pochodzące od ojca są niszczone. Zatem choroby mitochondrialne spowodowane mutacjami w genomie mitochondrialnym dziedziczą się po matce, natomiast zapada na nie potomstwo obu płci.

Choroby mitochondrialne – choroby genetyczne wynikające z zaburzeń funkcji i struktur mitochondrium. Objawy chorób mitochondrialnych związane są zwykle z tkankami o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym np. mięśniami szkieletowymi lub układem nerwowym i zazwyczaj obejmują miopatie i neuropatie. Mogą być spowodowane:

  1. mutacjami w genomie mitochondrialnym (mtDNA)

  2. mutacje w jądrowym DNA kodującym białka specyficzne dla mutacji związanych z regulacją funkcjonowania mitochondriów

CHOROBY MITOCHONDRIALNE:

  1. związane z mutacjami w genomie mt:

    1. CPEO – Zespół przewlekłej postępującej zewnętrznie oftalmoplegii, przyczyną jest delecja mtDNA, choroba objawia się przewlekła zewnętrzną oftalmoplegią, obustronnym opadaniem powiek, a także osłabieniem mięśni które może powodować całkowite poranienie mięśni okołoruchowych

    2. KSS – przyczyną jest delecja w mtDNA, zespół charakteryzuje się postępującą oftalmoplegią, wypadnięciem brawnikowym siatkówki, ataksja móżdżkowa, nie jest dziedzina i objawy przed 20 rokiem życia

    3. ZESPÓŁ MT ENCEOFTALMIOPATII dotyczącej układu nerwowego, żołądka i jelit – spowodowany mutacją w znajdującym się na chromosomie 22 genie kodującym fosforylazę tymidyny, której towarzyszą delecję mtDNA. Objawy; opadanie powiek, oftalmoplegie, obwodowa neutopatia, miopatia mięśni szkieletowych, zaburzenia motoryki przewodu pokarmowego.

    4. ZESPÓŁ SZPIKOWO TRZYSTKOWY – spowodowany pojedynczą delecją w mtDNA, cukrzyca, zaburzenia pracy trzustki, zanik kosmówki jelitowej, zaburzenia krzepnięcia krwi, podwyższony poziom hemoglobiny. W wieku dojrzewania mogą wystąpić objawy KSS.

    5. ZESPÓŁ MERF – Padaczka miokloniczna z występowaniem „włókien poszrpanych: w mięśniach – spowodowany mutacją punktową nukleotydu 8344 G-A w genie kodującym tRNA lizyny mtDNA. Objawy; padaczka, ataksja, miopatia z występowaniem włókien szmatowatych

    6. ZESPÓŁ MELAS – encefalopatia, kwasica mleczanowa, występowanie incydentów podobnych do udarów. Przyczyną jest mutacja punktowa nukleotydu 3243 w obrębie genu rRNA leucyny w mtDNA

    7. LHON – dziedzina neuropatia nerwu wzrokowego. Ojawy choroby to zanik nerwów wzrokowych, spowodowany różnymi mutacjami mtDNA. Chorują przeważnie mężczyźni, utrata wzroku może nastąpić w ciągu 8 tygodni, chorobie mogą towarzyszyć objawy podobne do stwardnienia rozsianego.

    8. NARPA – Neurogenna miopatia z ataksją i zwyrodnieniem barwnikowym siatkówki -  spowodowana punktową mutacją genu kodującego syntazę ATP (zmiana T-G w nukleotydzie 8993 w mtDNA), objawami choroby są zwyrodnienie barwnikowe siatkówki,demencja, drgawki, ataksja, osłabienie mięśni proksymalnych, neuropatia czuciowa, może też wystąpić opóźnienie rozwoju lub dysfunkcja pnia mózgu, chorobie towarzyszą zaburzenia czynności wątroby i przewlekła kwasica.

  2. Choroba Parkinsona – przyczną jest dysfunkcja mitochondriów

31. Mitochondria

Budowa. Rola w procesach energetycznych komórek. Kompleksy mitochondrialnego łańcucha oddechowego.

A. Budowa

Mitochondrium otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową. Pomiędzy obiema błonami występują strefy ścisłego kontaktu zwane miejscami kontaktowymi. Są to miejsca, przez które transportowane są do wnętrza mitochondrium prekursory białek. W miejscach tych skupione są białka zewnętrznej błony mitochondrialnej istotne dla translokacji prekursorów - białka receptorowe, białka kanałów błonowych.

Błona zewnętrzna jest podobna do błon endoplazmatycznego retikulum, ma charakter sita molekularnego i jest przenikliwa dla substancji osmotycznie czynnych, które przepuszcza poprzez specjalne kanały. Błona ta zawiera enzymy metabolizmu tłuszczy ( synteza lipidów mitochondrialnych oraz przekształcanie substratów lipidowych do formy metabolizowanej w matriks) a jej enzymem markerowym (tj. charakterystycznym dla danej struktury, dzięki któremu można daną strukturę wykryć) jest oksydaza monoaminowa. W błonie tej zlokalizowane jest charakterystyczne dla niej białko transbłonowe – poryna. Cząsteczki tego białka tworzą kanały hydrofilne, tzw. pory wodne, przez które dyfundują cząsteczki o niskiej masie (do 5 kDa). Błona zewnętrzna zawiera również receptory rozpoznające białka cytoplazmatyczne transportowane do mitochondrium.

Błona wewnętrzna jest nieprzenikliwa dla substancji osmotycznie czynnych - nawet dla małych jonów, jej przepuszczalność jest kontrolowana przez specyficzne nośniki i pompy. Przez błonę tą przenikają swobodnie jedynie tlen dwutlenek węgla, woda, amoniak, i substancje hydrofobowe. Transport substancji wytwarzanych np. w cyklu Krebsa czy też jonów sodu, wapnia, potasu i wodoru odbywa się za pośrednictwem specyficznych białkowych przenośników wbudowanych w błonę wewnętrzną, zwanych translokazami lub permeazami. Poza tymi białkami błona wewnętrzna zawiera wszystkie składniki związane z łańcuchem oddechowym oraz fosforylacja oksydacyjną. Błona wewnętrzna tworzy uwypuklenia zwane grzebieniami mitochondrialnymi. Uwypuklenia te mają zwykle kształt 1) blaszek (mitochondria lamelarne np. w komórkach wątroby i mięśni) częściowo lub całkowicie przecinających mitochondrium, 2) cewek (rurek - mitochondria tubularne np. u niektórych jednokomórkowych i tkankach steroidotwórczych u kręgowców). Grzebienie mitochondrialne są bardzo plastyczne i podatne na zmiany, ich liczba i kształt zmienia się podczas różnicowania komórki i jest proporcjonalna do intensywności oddychania (zapotrzebowania na ATP).

Na powierzchni błony wewnętrznej (od strony matriks) występują liczne cząstki uszypułkowane (buławkowate, grzybkowate), które są odpowiednikiem katalitycznej części kompleksu enzymatycznego ATPazy mitochondrialnej. Enzymem markerem tej błony jest dehydrogenaza bursztynianowa.

Wnętrze mitochondrium wypełnia matriks o charakterze białkowego żelu, której 50% stanowią białka głównie enzymatyczne (około 40 różnych enzymów, m.in. enzymy cyklu kwasów trójkarboksylowych, b-oksydacji kwasów tłuszczowych, syntezy DNA, RNA i białek, katabolizmu aminokwasów). Enzymem markerowym matriks jest syntetaza cytrynianowa występująca w cyklu Krebsa.

W matriks bezpośrednio jest zlokalizowany DNA mitochondrialny (=mtDNA) w formie pierścieniowej, niekiedy liniowej, w liczbie od 1 do kilku cząsteczek, przyczepionych do wewnętrznej błony mitochondralnej. mtDNA pozbawiony jest histonów, koduje rRNA, tRNA, niektóre enzymatyczne białka błon mitochondrialnych. Oprócz mtDNA, w mitochondriach niektórych grzybów i roślin wyższych występują plazmidy (w formie kolistej i liniowej), replikujące się niezależnie od mtDNA. Na terenie matriks występują również rybosomy - o stałej sedymentacji 70S i właściwościach podobnych do rybosomów prokariotycznych i plastydowych oraz ziarnistości fosforanu wapnia. Większość białek matriks jest syntetyzowana na terenie cytoplazmy na bazie genomu jądrowego. Z genomem mitochondrialnym jest związane u zwierząt dziedziczenie cytoplazmatyczne. DNA mitochondrialny charakteryzuje się małą liczbą sekwencji niekodujących.

B. Rola w procesach energetycznych komórek.

Główną rolą mitochondriów jest dostarczanie komórkom energii w postaci ATP w procesie oddychania tlenowego. Na oddychanie komórkowe składają się 3 fazy: 1) glikoliza, 2) cykl kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa) i 3) łańcuch oddechowy. Pierwsza faza oddychania odbywa się na terenie cytoplazmy podstawowej natomiast dwie pozostałe  w mitochondriach. Mitochondria mogą używać jako paliwa zarówno pirogronianu jak i kwasów tłuszczowych. Pirogronian jest dostarczany z glukozy i innych cukrów, a kwasy tłuszczowe pochodzą z tłuszczów. Obie cząsteczki paliwowe są transportowane przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, a następnie przekształcane przez enzymy umiejscowione w matriks mitochondrialnej do kluczowego intermediatu, jakim jest acetylo-CoA.

C. Kompleksy mitochondrialnego łańcucha oddechowego.

Reakcje przenoszenia wodoru natleń cząsteczkowy, którym towarzyszy magazynowanie energii pod postaciš związków wysokoenergetycznych, zachodzą w mitochondriach. Obecne w mitochondriach biologiczne układy oksydacyjno-redukcyjne wiążą atomy wodoru z substratów przemian pośrednich, a następnie przenoszą ich elektrony na cząsteczkę tlenu. W wyniku tego następuje redukcja tlenu do jonu tlenkowego O2", a po przyłączeniu protonów - wytworzenie cząsteczki wody. Kierunek przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym jest wyznaczony przez różnice potencjałów oksydoredukcyjnych. Transport elektronów odbywa się od układów o wyższych wartościach ujemnych do układów o wyższych wartościach dodatnich. W przenoszeniu elektronów od substratu do tlenu uczestniczą dehydrogenazy, współdziałajšce z nukleotydami nikotynamidowymi, flawinowymi oraz z liponianem, a poza tym: flawoproteiny pośredniczące, ubichinon oraz układ cytochromowy.

Dehydrogenazy nikotynamidowe. Współdziałają one z NAD i NADP. Tego typu dehydrogenaz jest około 200. Enzymy te przenoszą odwracalnie jeden atom wodoru i jeden elektron na utlenioną postać NAD+ lub NADP+, z uwolnieniem protonu. Większość dehydrogenaz działa specyficznie z NAD, inne działają specyficznie tylko z NADP. Są również takie dehydrogenazy, które mogą działać z obydwoma koenzymami. Istnieje możliwość wymiany wodoru i elektronów między dehydrogenazami o różnych koenzymach. Reakcje tego typu katalizują transhydro-genazy.

Dehydrogenazy współdziałające z flawinami. Białka tych dehydrogenaz są związane z nukleotydami flawinowymi, niekiedy zawierają także niehemowe żelazo. Do tego typu dehydrogenaz należy: dehydrogenaza NADH, która jest białkiem żelazowo-siarkowym, działającym z FMN, ponadto dehydrogenaza bursztynianowa, cholinowa lub acylo-CoA współdziałające z FAD.
Dehydrogenazy współdziałające z liponianem. Wchodzą one w skład kompleksu enzymów oksydacyjnej dekarboksylacji 2-oksokwasów. Zredukowany liponian jest następnie utleniany przez dehydrogenazę liponianową, która współdziała z FAD.

FLAWOPROTEINY POŚREDNICZĄCE (Fp).

Występują one poza wymienionymi już dehydrogenazami flawinowymi. Fp zawierają barwniki flawinowe, bardzo często żelazo niehemowe, siarkę, a niekiedy cynk. Metaloflawoproteiny uczestniczą m.in. w działaniu dehydrogenaz NADH, powodując ich utlenienie. Niektóre dehydrogenazy współdziałające z nukleotydami flawinowymi, jak np. dehydrogenaza acylo-CoA, współdziałają także z flawoproteinami przenoszącymi elektrony (ETF).
Flawoproteiny pośredniczące prawdopodobnie uczestniczą w przejściu dwu-elektronowych reakcji utleniania w reakcje jednoelektronowe.

UBICHINON (koenzym Q).

Jest on syntetyzowany w komórkach z tyrozyny. Ubichinon stanowi ostatnie ogniwo łańcucha oddechowego, do którego dochodzą atomy wodoru. Dalej przenoszone są już tylko elektrony. Budowa koenzymu Q jest zbliżona do witamin E i K, przez co może pełnić rolę antyoksydanta budzącego nadzieję w leczeniu chorób wieku starczego. W łańcuchu oddechowym występuje on w ilości proporcjonalnie większej od innych składników. Ubichinon jest ruchomym elementem łańcucha, zbierającym równoważniki redukujące z flawoprotein i przekazujšcym je cytochromom.
CoQ jest także miejscem ich powstawania zgodnie ze schematem reakcji

BIAŁKA ŻELAZOWO-SIARKOWE (Fe-S, żelazo niehemowe Fe nh)
stanowią jednoelektronowy układ oksydoredukcyjny. Współpracują one zarówno z flawoproteinami, jak i cytochromem b.

UKŁAD CYTOCHROMOWY.

Cytochromy zostały odkryte już w 1866 roku przez McMunna. Stanowią one układ, w którym każda cząsteczka cytochromu przenosi jeden elektron na zasadzie zmiany wartościowości żelaza. Prawdopodobnie pierwszym biorcą elektronów od ubichinonu jest cytochrom b o masie cząsteczkowej 28 kDa. Może on występować w postaci polimeru o masie około 4 MDa. Dalszym przenośnikiem jest cytochrom c1, a następnie cytochrom c.
Cytochrom c1 jest lipoproteiną o masie cząsteczkowej około 360 kDa. Okazało się, że jest to polimer zbudowany z podjednostek o masie 51 kDa, zawierających po 1 atomie żelaza..
Cytochrom c jest najlepiej poznany ze wszystkich cytochromów. Masa jego cząsteczki wynosi 13 kDa. Zawiera on 104 reszty aminokwasowe, znany jest jego skład aminokwasowy oraz struktura przestrzenna. Cytochrom c jest jedynym cytochromem rozpuszczalnym i podobnie jak CoQ jest ruchomym składnikiem łańcucha oddechowego, łączącym jego kompleksy funkcyjne.
Ostatnie ogniwo łańcucha stanowią cytochromy aa3, nazywane oksydazę cytochromową. Jest to kompleks 13 podjednostek polipeptydowych, przy czym właściwości katalityczne są przypisywane trzem najcięższym podjednostkom kodowanym przez mitochondrialny DNA. Tym niemniej liczba podjednostek oksydazy cytochromowej jest zmienna (prokarionty posiadają ich najmniej). W skład tego enzymu wchodzą dwa układy żelazoporfiry nowe, z których każdy oprócz żelaza zawiera atom miedzi. Oksydaza cytochromowa ma duże powinowactwo do tlenu. Reakcja, którą enzym ten katalizuje, jest nieodwracalna.
W mitochondrialnym łańcuchu oddechowym (rys. 2) w miejscu działania ubichinonu mogą występować substancje towarzyszące temu koenzymowi: witaminy K oraz witaminy E. Od miejsca występowania ubichinonu elektrony są przenoszone pojedynczo przez układy cytochromów na tlen. Natomiast protony, uwalniane na etapie koenzymów nukleotydowych oraz ubichinonu, łączą się bezpośrednio z jonem tlenkowym (O2-), tworząc cząsteczkę wody.

Rysunek 2. Schemat łańcucha oddechowego w mitochondriach; Fp - flawoproteiny pośredniczce, Fe nh - żelazo niehemowe, ETF - flawoproteiny przenoszące elektrony

32.Białka pełnowartościowe i skutki ich niedoboru w diecie.

Białka są to wielkocząsteczkowe polimery (kompleksy wieloelementowe) złożone z aminokwasów. Aminokwas jest podstawową jednostką budulcową białka. Istnieje łącznie 20 aminokwasów, z których tylko 8 należy do grupy tzw. niezbędnych lub egzogennych dla organizmu. Białka są źródłem wielu pierwiastków i jonów metali niezbędnych do życia. Białka nierzadko są jedynie składową większej cząsteczki, która może zawierać dodatkowo reszty cukrowe, przyłączone jony metali lub inne związki.

Białka dzielimy na zwierzęce(pełnowartościowe) i roślinne(niepełnowartościowe).

Białko pełnowartościowe

Białko pełnowartościowe zawiera wszystkie 8 niezbędnych (egzogennych) aminokwasów. Należą do nich:

Aminokwasy endogenne, to takie, dla których organizm posiada odpowiednie szlaki przemian umożliwiające ich produkcję ze związków prostych lub innych aminokwasów. Zaliczę się do nich: alanina, arginina, glicyna, histydyna, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, prolina, seryna, cysteina, tyrozyna. Za najbardziej wartościowe białko uważa się białko całego jaja kurzego.

Białka pełnowartościowe są powoli absorbowane w organizmie i efektywnie wykorzystywane. Białka występujące w żywności pochodzenia zwierzęcego odznaczają się większą wartością biologiczną niż białka roślinne, ubogie w jeden lub kilka niezbędnych aminokwasów.

Białka niepełnowartościowe

Źródłami białek roślinnych są np. fasola, groch, ziarna zbóż i przetwory zbożowe, orzechy. Białka te nazywane są niepełnowartościowymi ponieważ, nie zawierają one wszystkich niezbędnych aminokwasów. Jednakże przy umiejętnym połączeniu produktów roślinnych, brakujące aminokwasy mogą uzupełniać się wzajemnie nawet bez spożywania mięsa.

Funkcje białek:

- budulcowa – tworzenie elementów strukturalnych komórek: &-keratyna, elastyna, kolagen,
- enzymatyczna – uczestniczenie w katalizowaniu reakcji chemicznych będąc składową enzymów,
- regulatorowa – modulacja ekspresji genów,
- immunologiczna – tworzenie immunoglobulin,
- kinetyczna - budowanie elementów kurczliwych mięśni: miozyna, aktyna,
- oddechowa - transport tlenu przez cząsteczki hemoglobiny i transferyny,
- transportowa - białka osocza uczestniczą w przenoszeniu wielu substancji we krwi,
- spichrzeniowa - magazynowanie różnych substancji w komórkach, np.: ferrytyna,
- buforowa - utrzymywanie właściwego ciśnienia onkotycznego w organizmie,
- wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych
- hormonalna – wytwarzanie hormonów mających wpływ na przebieg procesów biochemicznych, np.: hormon wzrostu, insulina,
- energetyczna – białko używane jest jako źródło energii w ostateczności w sytuacji niedoboru tłuszczu i węglowodanów w celu zbilansowania strat energetycznych.

Zapotrzebowanie na białko

Białko u dorosłego człowieka powinno stanowić 10-15 % energii uzyskiwanej z przyjmowanego pożywienia w ciągu doby. Wartości te mogą się zwiększać w przypadku stanów związanych z intensywną syntezą komórek i wzmożoną produkcją związków, takich jak czas wzrastania oraz ciążą i czas laktacji u kobiet. Wartość zapotrzebowania wzrasta proporcjonalnie do zwiększenia tempa procesów metabolicznych.

Minimalne zapotrzebowanie człowieka na białko można określić jako najmniejszą ilość białka, która przyjmowana wraz z pożywieniem pozwala na utrzymanie równowagi biologicznej organizmu poprzez rekompensowanie naturalnych strat związanych z metabolizmem białek.

Podstawowe zapotrzebowanie na białko wynika z katabolizmu azotu mocznikowego, strat białka w kale, pocie, złuszczającym się nabłonku oraz w wydychanym powietrzu. Zapotrzebowanie na białko zależy także od różnic w składu aminokwasowego spożywanych białek (egzo- lub endogenne). Przy prawidłowym dostarczaniu białek pełnowartościowych, szybciej uzyskuje się pokrycie strat i zmniejsza się zapotrzebowanie.

Niedobór białka

Ludzki organizm jest bardzo wrażliwy na najmniejsze spadki ilości białka w ustroju. Kiedy straty przekroczą 14% całkowitej ilości białka w organizmie, prowadzi to do poważnych schorzeń. Białko nie powinno stanowić mniej niż 10% naszego dziennego bilansu energetycznego.

Już nieznaczny niedobór białka objawiać się może pod postacią zaburzenia funkcji ośrodkowego układu nerwowego, obniżenia odporności, zahamowania wzrostu, zaburzenia czynności nerek oraz obniżenia albumin i transferryny w osoczu. Większy niedobór białek prowadzi do powstania choroby zwanej kwashiorkor. Dochodzi w niej do braku białek przy skompensowanej innymi drogami gospodarce energetycznej. Pojawiają się obrzęki oraz zanik mięśni przy zachowaniu prawidłowej tkanki podskórnej. Skrajne niedobory białek prowadzą do innej choroby – marasmus. Polega ona na objawach ogólnego niedożywienia, skrajnego wychudzenia, zaniku mięśni i tkanki podskórnej. Skrajne niedożywienie białkowe jest przyczyną śmierci około 6 mln dzieci rocznie w krajach głodujących. Niedożywienie, szczególnie u dzieci prowadzi do zaburzenia procesu wzrastania kości i mięśni, rozwoju intelektualnego, pracy przewodu pokarmowego, procesów spichrzeniowych oraz związane jest ze wzrostem ryzyka chorób infekcyjnych i przypuszcza się, że także alergii

.Niedoboru białek możemy się spodziewać w ubogich, jednostajnych dietach, w których dominują produkty zbożowe - relatywnie ubogie w białko. Produkty zbożowe są cennym elementem żywienia ze względu na wysoką zawartość aminokwasów siarkowych. Ich wadą jest jednak mała zawartość lizyny niezbędnej, szczególnie wśród dzieci i niemowląt, do prawidłowego wzrostu i rozwoju. Dlatego przy diecie zbożowej należy pamiętać o konieczności łączenia jej elementów z roślinami strączkowymi lub produktami mlecznymi bogatymi w ten aminokwas. Jednak nawet rośliny strączkowe, choć są bogate w białko, to ich skład aminokwasowy nie jest pełny w porównaniu z białkiem zwierzęcym i dzieciom w okresie wzrastania koniecznie należy dostarczać wszystkich niezbędnych składników.

Nadmiar białka

Nadmiar białka w diecie może spowodować zwiększone wydalanie wapnia oraz związane z nim choroby: osteoporozę i kamicę nerkową. Pogłębia także niewydolność nerek, chorobę niedokrwienną serca, otyłość. Może być jednym z elementów wpływających na rozwój niektórych nowotworów.

Dieta bogatobiałkowa

Czym innym jest jednak dieta bogatobiałkowa, która pomaga w walce z otyłością i nadwagą. Ilość przyjmowanego białka mieści się w granicach normy lub nieznacznie ją przekracza. Dieta wysokobiałkowa jest jedną z bardziej skutecznych. Dietę tę należy jednak stosować ostrożnie i nie dłużej niż 3-4 tygodnie. Dłuższe nadmierne przyjmowanie białka prowadzi do zakwaszenia organizmu, a konsekwencji do nadmiernego obciążenia trzustki oraz nerek i powstania dalszych powikłań. Dieta bogatobiałkowa jest zalecana szczególnie w okresie wzmożonego wysiłku fizycznego. Dlatego idealnie nadaje się na pierwszą fazę odchudzania, kiedy nie jesteśmy jeszcze w stanie zmniejszyć ilości przyjmowanego pokarmu, a jedynie zmieniamy proporcje odpowiednich składników razem z początkiem treningu. Po pierwszym miesiącu adaptacji można zmienić dietę na normobiałkową i niskokaloryczną.

33. PRZECIWUTLENIACZE NATURALNE WYSTĘPUJĄCE W DIECIE

Przeciwutleniacze - to substancje chemiczne zawarte w żywności w naturalnej formie. Wspomagają one usuwanie wolnych
rodników z naszego organizmu i zapobiegają rozwojowi chorób cywilizacyjnych u człowieka, spowalniają także procesy
starzenia się.

Stosując odpowiednią dietę, zawierającą przeciwutleniacze, można szkodliwy wpływ wolnych rodników zredukować do
minimum – a więc cieszyć się zdrowiem i młodym wyglądem przez długie lata.

Nasz organizm wytwarza naturalne przeciwutleniacze, aby obronić się przed niszczącym działaniem wolnych rodników.
Niestety bardzo wiele czynników zwiększa wytwarzanie wolnych rodników. Dlatego tak ważne jest, aby przeciwutleniacze
dostarczyć organizmowi z zewnątrz

podnosi się sprawność umysłowa,
maleje prawdopodobieństwo zachorowań na choroby neurologiczne,
znacznie rzadziej zapada się na choroby Parkinsona i Alzheimera.
wpływają korzystnie na prawidłowe funkcjonowanie błony komórkowej, a zatem na transport substancji odżywczych
z krwi do komórek.
 

Najważniejsze przeciwutleniacze :

minerały:
-magnez, selen , cynk , miedź , mangan

witaminy:
-witamina C, -witamina E , witamina A , beta-karoten, wit. D

inne
-błonnik , polifenole, fitoestrogeny (m.in. izoflawony)

-Jest ona silnym przeciwutleniaczem, jest hydrofilna, działa w cytozolu. Jest pomocna w astmie, zapaleniu oskrzeli, innych
zapaleniach i zakażeniach, zaćmie, zaburzeniach rytmu serca, chorobie wieńcowej, niepłodności męskiej, a także w chorobach
nowotworowych. Witamina C jest najważniejszym antyoksydantem pozakomórkowych płynów ustrojowych. Neutralizuje
takie wolne rodniki tlenowe jak: O2*, H2O2*, *OH czy HOCL. Występuje również w płynie wodnistym oka, w dużych
stężeniach, neutralizując rodniki powstałe na skutek działania światła.

Witamina C i witamina E wzajemnie wzmagają swe działanie.

Podstawowymi źródłami witaminy C są owoce i zielone warzywa liściaste. W wyjątkowo dużych ilościach występuje w
czarnej porzeczce, ziemniakach, owocach cytrusowych, kiwi, papryce, brokułach, kapuście i pietruszce.

Witamina E to bardzo silny przeciwutleniacz, chroni serce i naczynia krwionośne. Jako cząstka hydrofobowa stabilizuje
tłuszcze w błonach. Przeciwdziała uszkodzeniu słuchu neutralizując wolne rodniki powstające na skutek hałasu. Witamina E
występuje w olejach roślinnych, nasionach, kiełkach i ziarnach pszenicy. Warzywa, owoce z drzew i owoce jagodowe także

zawierają pewne ilości tej witaminy.

Produkowana w skórze pod wpływem UV pobudza różnicowanie komórek, a hamuje ich podziały. Neutralizuje wolne rodniki
w mitochondriach i hamuje peroksydacje lipidów błon komórkowych.

Są związkami barwiącymi występującymi w owocach i warzywach. Jeden z nich, beta-karoten, jest prekursorem witaminy A
o antyoksydacyjnych właściwościach. Karotenoidy, akumulują się w tkance tłuszczowej. Beta-karoten (w marchwi, kapuście,
zielonej sałacie, suszonych morelach, dyni), likopen (w pomidorach) i luteina (w szpinaku) są przedmiotem szczególnie
intensywnych badań; dowodzi się, iż związki te mogą mieć dobroczynne działanie zdrowotne. Cennymi źródłami tych
substancji są również owoce cytrusowe i kukurydza. Beta – karoten może chronić przed atakami serca, zaburzeniami rytmu,
udarami mózgu, nowotworami, wzmaga odporność.

¢ Rozpuszczają się w tłuszczach, chroniąc nienasycone kwasy tłuszczowe przed utlenianiem.
¢ Karotenoidy mogą redukować rodniki tiolowe (RS•), sulfonolowe (RSOO•) oraz ditlenek azotu (NO2) oraz reagować z
nadtlenkiem wodoru H2O2.
¢ występują także jako hydrofobowe antyoksydanty w osoczu krwi, które jest ubogie w enzymy antyoksydacyjne
¢ Najsilniejszą aktywność przeciwutleniającą wykazuje likopen, występujący głównie w pomidorach i jego przetworach oraz w
czerwonej papryce i grapefruitach.
Jego aktywność polega głównie na zapobieganiu utlenianiu frakcji LDL cholesterolu i obniżaniu ogólnego poziomu
cholesterolu.  W ten sposób obniża on ryzyko wystąpienia choroby CVD (choroba sercowo-naczyniowa )

Wykazuje też działanie antymutagenne i przeciwnowotworowe, szczególnie w stosunku do raka płuc, okrężnicy, żołądka,
gruczołu krokowego i szyjki macicy;

Jest to trójpeptyd zawierający cysteinę. Glutation jako antyoksydant neutralizuje wolne rodniki w wątrobie i detoksyfikuje
pestycydy. Glutation jest przeciwutleniaczem zaangażowanym w wiele funkcji komórkowych takich jak detoksyfikacja,
transport aminokwasów, produkcja koenzymów. Zmniejsza toksyczność chemoterapii.

Oprócz bezpośredniej walki z wolnymi rodnikami, glutation bierze także udział w regeneracji innych utleniaczy m.in. witamin
C i E.

Żywność bogata w glutation to: awokado, szparagi, brokuły, brukselka, czosnek, cebula, kapusta (najlepiej stosować soki z
tych warzyw).

Jest elementem peroksydazy glutationowej, która chroni błony komórkowe przed szkodliwym działaniem wolnych rodników.
Zmniejsza ryzyko nowotworów uczestnicząc w naprawie DNA i apoptozie komórek rakowych.

Cennymi źródłami selenu są: mięso, nabiał, jajka, orzechy brazylijskie, produkty z mąki pszennej

Odgrywa ważną rolę w mechanizmach obronnych organizmu, wykazując działanie przeciwzapalne. Najlepszym sposobem
zapewnienia organizmowi dostatecznej dawki cynku jest stosowanie zbilansowanej diety.

Głównymi źródłami cynku są zboża, nabiał oraz produkty mięsne

Miedź wchodzi w skład enzymu o działaniu przeciwutleniającym, zwanego dysmutazą ponadtlenkową, chroniącego błony
komórkowe przed wolnymi rodnikami.

Głównymi jej źródłami są zboża, warzywa liściaste, produkty mleczne, wołowina, ryby, pieczywo ciemne.

W naturze występują w zielonych roślinach i drożdżach, ponadto, w dużych ilościach, w wątrobie i nerkach. Udowodniono,
iż ich niedobór we wczesnych stadiach rozwoju płodu zwiększa ryzyko uszkodzeń cewy nerwowej. Foliany biorą udział w
syntezie DNA. Ponadto, niski ich poziom we krwi uważa się za niezależny czynnik ryzyka w przypadku chorób serca.

Foliany obniżają poziom homocysteiny we krwi, a im niższa zawartość tego związku w osoczu, tym mniejsze ryzyko chorób
serca.

Codzienne spożywanie świeżych zielonych warzyw, owoców z drzew i owoców jagodowych zapewnia nam dostateczną
dawkę kwasu foliowego.

Flawonoidy obecne są w większości warzyw, owoców z drzew i owoców jagodowych, a także w napojach, takich jak
herbata, wino czy soki owocowe. Barwniki występujące w silnie zabarwionych owocach, takich jak czerwona i czarna
porzeczka lub czarna jagoda, to flawonoidy, zwane antocyjanami. Mogą one odgrywać pewna rolę w zapobieganiu chorobom
serca.

34. „Antyoksydanty endo- i egzogenne a choroby wolnorodnikowe człowieka”

Antyoksydanty to związki chemiczne wykazujące zdolność neutralizowania wolnych rodników tlenowych.

Antyoksydanty dzielimy na:

Do najważniejszych antyoksydantów endogennych zaliczane są enzymy antyoksydacyjne, związki drobnocząsteczkowe, różne wyspecjalizowane białka oraz koenzymy. Szczególnie ważną rolę odgrywają:

Z kolei typowe antyutleniacze egzogenne - dostarczane wraz z pożywieniem lub w postaci specjalnie dobranych suplementów to:

Do obu grup - egzogennej i endogennej - można zaliczyć dodatkowo biopierwiastki: cynk, miedź, selen, mangan, kobalt (rzecz jasna - w odpowiedniej ilości i w połączeniu z innymi składnikami). 

Prawidłowa ochrona zdrowia, to odpowiednia ilość odpowiednich antyoksydantów egzogennych, oraz odpowiednie ilości składników potrzebnych do wytworzenia antyoksydantów endogennych, pozwala to wyeliminować liczne zagrożenia zdrowotne.

Związki i reakcje chemiczne mogące uwalniać toksyczne postacie tlenu są określane jako proutleniacze, natomiast związki i reakcje chemiczne usuwające te postacie tlenu, „zmiatające” je, zmniejszające ich tworzenie lub przeciwdziałające ich działaniu – jako przeciwutleniacze (antyoksydanty).

W prawidłowej komórce występuje równowaga między proutleniaczami i przeciwutleniaczami, która może być zaburzona na korzyść proutleniaczy, jeśli powstawanie toksycznych postaci tlenu znacznie się zwiększy (np. po wprowadzeniu niektórych związków chemicznych lub leków), lub jeśli zawartość przeciwutleniaczy znacznie się zmniejszy (np. po unieczynnieniu enzymów biorących udział w usuwaniu toksycznych postaci tlenu lub w warunkach zmniejszonej zawartości wymienionych przeciwutleniaczy). Stan taki nazywa się obciążeniem (stresem) tlenowym i jeżeli jest on nasilony lub trwa dłużej, może być przyczyną poważnych uszkodzeń komórki.

Jak to działa?

Można wzmacniać nasz układ antyokydacyjny, a przez to zdrowie, stosując dietę bogatą w antyutleniacze lub uprawiając umiarkowany sport czy trening w postaci długich pieszych wędrówek, aktywnej rekreacji, aktywnego przebywania na świeżym powietrzu.  

Musimy zdawać sobie sprawę, że na poziom antyutleniaczy endogennych mamy niewielki wpływ, natomiast zasadniczy na poziom antyoksydantów egzogennych. 

Antyoksydanty chronią każdego z nas przed ryzykiem zachorowania na nowotwory, choroby układu krążenia, cukrzycę, choroby stawów, zaćmę. Podnoszą ogólną odporność organizmu na zakażenia i infekcje, łagodzą przebieg wielu chorób.

Odpowiedni poziom antyoksydantów w organizmie ma także istotne znaczenie w profilaktyce zaburzeń czynności mózgu. Wiele badań wykazało zmniejszenie występowania dużej liczby chorób neurologicznych, łącznie z niedokrwieniem mózgu, chorobą Parkinsona i Alzheimera w grupach o dużym spożyciu jarzyn i owoców lub stosujących suplementację antyoksydacyjną.

Antyoksydanty są więc podstawowymi elementami układu antyoksydacyjnego organizmu. W jego jakości kryje się m.in. tajemnica długowieczności.  

Produkcji wolnych rodników znakomicie sprzyjają:

Wolne rodniki tlenowe powstające w procesach spalania - palenia papierosów, spalania benzyny, promieniowania radioaktywnego, grillowania, smażenia potraw, w naturalnych procesach zachodzących w organizmie - muszą zostać „rozbrojone". Robią to przeciwutleniacze, tj. związki chemiczne wykazujące zdolność neutralizowania wolnych rodników.

Działanie ochronne przeciwutleniaczy w chorobach układu krążenia

ZWIĄZKI POLIFENOLOWE

Do najaktywniejszych przeciwutleniaczy obecnych w diecie człowieka należą związki polifenolowe o zróżnicowanej budowie. Wiele z nich wykazuje silne działanie przeciwutleniające i zmniejsza szansę wystąpienia chorób układu krwionośnego i raka.

Czerwone wino jest bogatym źródłem związków polifenolowych, wykazujących silne właściwości przeciwutleniające i działających kardioprotekcyjnie.

Polifenole są zdolne do wychwytywania RFT na drodze przekazywania elektronu, co prowadzi do powstawania względnie trwałego rodnika fenoksylowego, dzięki czemu związki te mogą przeciwdziałać uszkodzeniom oksydacyjnym makrocząsteczek. W wielu eksperymentach wykazano korzystny wpływ czerwonego wina na istotny element krzepnięcia krwi, jakim jest agregacja płytek.

Szczególną rolę w zapobieganiu miażdżycy odgrywa resweratrol, występujący w winie, owocach morwy i w orzeszkach ziemnych. Resweratrol oddziałuje na wiele mechanizmów powstawania zmian miażdżycowych:

1) bezpośrednio zmiata RFT,

2) hamuje aktywność enzymów zużywających tlen na różnych szlakach przemian metabolicznych,

3) hamuje utlenianie lipidów i ich odkładanie w komórkach ścian naczyń tętniczych,

4) ogranicza uwalnianie VLDL z wątroby i syntezę apolipoproteiny B, co ma wpływ na osoczowy poziom miażdżycowej frakcji LDL.

Żywność bogata w polifenole ma korzystny wpływ na szereg biomarkerów ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. Wpływ na biomarkery stresu oksydacyjnego, lipemii i procesu zapalnego nie jest jednoznaczny.

WITAMINA E

Witaminę E stosuje się w leczeniu chorób sercowo-naczyniowych od prawie 60 lat, jedna jej skuteczność wywołuje ciągle kontrowersje. Zaliczana jest do witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, jest głównym przeciwutleniaczem występującym w komórkach. Dla człowieka najistotniejszą rolę pełni α-tokoferol.

Tokoferol jest głównym antyoksydantem. Bierze udział w dostarczaniu składników odżywczych do komórek. Wzmacnia ścianę naczyń krwionośnych oraz chroni czerwone krwinki przed przedwczesnym rozpadem. Wykorzystywana jest też do leczenia męskiej bezpłodności, zaburzeń mięśniowych, miażdżycy oraz chorób serca. Dym tytoniowy sprzyja degradacji witaminy E. Zapotrzebowanie człowieka wynosi 8–13 mg na dobę.

Suplementacja witaminy E nie zapobiega zawałowi mięśnia sercowego. Jak dotąd przeprowadzono tylko jedno badanie na ten temat, które dowiodło, że tylko u osób po zawale mięśnia sercowego podawanie bardzo dużych dawek witaminy E powoduje istotne zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia ponownego zawału. Wszystkie pozostałe badania dowodzą, że żaden z antyoksydantów, w tym i witamina E podawana jako suplement ludziom zdrowym, jak i tym po zawale nie powoduje redukcji prawdopodobieństwa ponownego przebycia choroby wieńcowej.

Wykazano hamujące działanie witaminy E na transkrypcję około 30 genów, z których kilka odrywa istotną rolę w rozwoju miażdżycy. Dotychczasowe badania sugerują występowanie związku między zawartością witaminy E w pożywieniu a chorobami serca. Związek ten jest trudny do ustalenia ze względu na dużą zmienność dziennego pobrania witaminy E z pożywieniem. Bardziej wiarygodne wydają się badania oparte na poziomie witaminy E we krwi, chociaż nie we wszystkich stwierdzono korelację pomiędzy tym parametrem a ryzykiem chorób sercowo-naczyniowych.

Do wyjątkowo skutecznych, bo działających wewnątrz komórki, antyoksydantów należy duet witamin: A i E.  

Najbardziej są skuteczne, gdy działają razem. Rozpuszczają się w tłuszczach, więc bez najmniejszego problemu przechodzą przez cienką lipidową błonę komórki i wnikają do jej wnętrza.  

Witaminy A i E blokują w komórkach agresywny, reaktywny tlen poprzez przyłączenie się do niego i oddanie swego elektronu. Dodatni uprzednio jon tlenu przyłączając brakujący mu elektron, staje się elektrycznie obojętną cząstką - ponownie życiodajnym tlenem. Witamina E i wszelkie karotenoidy (witamina A, β-karoten) oraz koenzym Q10 chronią przed utlenieniem związki tłuszczowe we krwi i w obrębie błon komórkowych. 

Jak więc widzisz, witaminy A i E niejako „ofiarowują się" za Ciebie, by uchronić przed zniszczeniem Twoje białka i twoje DNA ;)

WITAMINY A i E SĄ TAK BARDZO SKUTECZNE, PONIEWAŻ DZIAŁAJĄ WEWNĄTRZ KOMÓRKI: W BEZPOŚREDNIEJ BLISKOŚCI ŹRÓDŁA ZAGROŻENIA ATAKIEM WOLNYCH RODNIKÓW.

WITAMINA C

Witamina C odgrywa zasadniczą rolę w pierwszej linii obrony organizmu przed stresem oksydacyjnym. Jej stężenie w organizmie zależy wyłącznie od zawartości w pożywieniu. Po utlenieniu w organizmie może powrócić do formy zredukowanej pod wpływem glutationu. Witamina C redukuje rodnik tokoferylowy, powstający na skutek reakcji utleniania, utrzymując w ten sposób prawidłowy poziom witaminy E.

Witamina C normalizuje ekspresję genu dysmutazy ponadtlenkowej oraz katalazy, a także hamuje ekspresję białka izomerazy disiarczkowej, enzymu odpowiedzialnego za wzmożony wzrost komórek mięśni gładkich naczyń. Przyjęto założenie, że witamina C działa korzystnie w chorobach układu sercowo-naczyniowego o podłożu miażdżycowym, ze względu na znaczną jej aktywność antyutleniającą oraz modulację procesów biorących udział w miażdżycy, to jednak najnowsze badania kliniczne tego nie potwierdziły.

W wielu badania obserwowano, że witaminy E i C wpływają korzystnie na funkcję śródbłonka naczyń, mają właściwości przeciwzapalne i przeciwkrzepliwe, stąd hipoteza o ich działaniu przeciwmiażdżycowym. Hipoteza ta nie znalazła jednak potwierdzenia u dużych badaniach klinicznych, co pozwala wnioskować o braku skuteczności tych witamin w zapobieganiu miażdżycy tętnic wieńcowych.

Witamina C „wymiata" wolne rodniki z krwi i płynu otaczającego komórki.

Wpływ suplementacji witaminami oksydacyjnymi na oksydacyjne uszkodzenia DNA i proces karcynogenezy

Szeroko jest rozpowszechniane przekonanie, że dieta może bezpośrednio modulować ryzyko występowania nowotworów. Wiele badań koncentrowało się na potencjalnie ochronnym działaniu żywności bogatej w świeże warzywa i owoce. Epidemiologiczne i doświadczalne dane wykazały ochronny efekt działania witaminy C w stosunku do raków żołądka i przełyku. Jednakże prowadzone na dużą skalę badania interwencyjne nie potwierdziły faktu, jakoby witaminy antyoksydacyjne zmniejszały ryzyko wystąpienia raka.

Jest kilka powodów, dla których efekt suplementacji witaminami w przypadku ryzyka zachorowania na nowotwory może nie być obserwowany na poziomie uszkodzeń DNA. Po pierwsze, istnieje prawdopodobieństwo, że ochronny efekt działania witamin może być obserwowany tylko wtedy, gdy w organizmie występują niedobory tej witaminy, np. na skutek przedłużającego się stanu szoku tlenowego czy niedoborów żywieniowych.

Niektóre z przeciwutleniaczy (np. witamina C i A) w szczególnych warunkach mogą wykazywać właściwości prooksydacyjne. Badania eksperymentalne wykazały, że podawanie witaminy C osobom z dużym stężeniem żelaza we krwi może prowadzić do zwiększenia zawartości uszkodzeń tlenowych w DNA. Powszechnie wiadomo również, że wchłanianie żelaza jest w znacznym stopniu zależne od witaminy C.

Głównym celem suplementacji przeciwutleniaczami jest zmiatanie reaktywnych form tlenu. Nie należy jednak zapominać, że niektóre z RFT biorą udział w przekazywaniu sygnałów komórkowych, mogą też pełnić funkcje regulacyjne. Zaburzenie tego systemu może z kolei powodować skutki odmienne od tych, jakich można by się spodziewać.

GLUTATION 

Glutation jest silnym antyoksydantem. Glutation chroni przed wolnymi rodnikami wnętrze komórki. Ten trójpeptyd wytwarzany jest przez organizm z trzech aminokwasów: cysteiny, kwasu glutaminowego i glicyny. Podkreślmy: organizm nie jest w stanie przyswajać glutationu podawanego z zewnątrz (przynajmniej dzisiaj jeszcze nie wyprodukowano odpowiedniej postaci takiego łatwo przyswajalnego egzogennego glutationu). Dlatego substancja ta musi zostać wyprodukowana przez samą komórkę.

Glutation potrafi doskonale zneutralizować nadtlenek wodoru H2O2, pojawiający się w substancjach lipidowych (tłuszczowych) zawartych w błonach komórkowych. Równie skutecznie może doprowadzić rodnik hydroksylowy HO, najniebezpieczniejszy z wolnych rodników, do postaci wody.

Działa również jako środek antytoksyczny w stosunku do wielu toksyn-kancerogenów (zwłaszcza aflatoksyny typu B1).

Spełnia olbrzymią rolę w utrzymaniu sprawności układu odpornościowego. Pomaga w utrzymaniu prawidłowego zapasu witaminy E i C w organizmie.

Badania naukowe wykazują, że wszelkie procesy związane ze starzeniem się, chorobą Alzheimera, Parkinsona, zaćmą, miażdżycą, chorobami nowotworowymi, poprzedzone są zwykle (lub są połączone) z obniżeniem poziomu glutationu w zaatakowanych komórkach i tkankach. Jedynie w komórkach nowotworowych - jak przedstawiają badania - mamy do czynienia z wyższym poziomem glutationu w porównaniu do komórek zdrowych otaczających guz. Domniemywa się więc, że rak wykorzystuje glutation do własnej obrony przed np. cytotoksynami stosowanymi w chemioterapii. W tym m.in. upatruje się przyczyn niepowodzeń chemioterapii w leczeniu nowotworów.

________________________________________

Enzymy antyoksydacyjne, których aktywność zależy od zaopatrzenia ustroju w pierwiastki śladowe, działają we wszystkich obszarach i układach. 

W badaniach dowiedziono, że dieta obfitująca w środki spożywcze, które są dobrymi źródłami antyoksydantów (w tym przypadku badano cebulę, białe grejpfruty i jabłka), może zmniejszyć ryzyko zachorowania na raka np. oskrzeli aż o 50%!  

Wszystkie antyoksydanty odgrywają dodatkowo decydującą rolę we właściwym funkcjonowaniu błony komórkowej poprawiając tym samym przekazywanie substancji odżywczych z krwi do poszczególnych komórek.

KOENZYM Q10

Odkrycie koenzymu Q10 uznano za jedno z największych osiągnięć naukowych XX wieku. Badania wykazały bowiem, że enzym ten nie tylko likwiduje wolne rodniki, dzięki czemu opóźnia proces starzenia się skóry, ale i działa prozdrowotnie: utrzymuje w dobrym stanie tętnice, znacznie przedłużając ich młodość oraz poprawia wydolność fizyczną organizmu.

Jest substancją o charakterze witaminy obecną we wszystkich organizmach ludzkich, zwierzęcych i roślinnych. Q10 jest jednym z dziesięciu odmian koenzymów. Ten, który występuje u ludzi nazwano właśnie Q10.

Bierze udział w podstawowych dla życia komórki cyklach przemian metabolicznych umożliwiających wykorzystanie energii zmagazynowanej w wysokoenergetycznych związkach fosforowych, tzn. w kwasie adenozynotrójfosforowym (ATP).

Bez Q10, który wchodzi w skład bardzo istotnego dla tych przemian enzymu, nie byłby możliwy tzw. cykl Krebsa - niezwykle ważny energetyczny cykl przemian metabolicznych.

Koenzym Q jest syntetyzowany we wszystkich tkankach i komórkach w ilości wystarczającej do wypełniania swojej roli w warunkach prawidłowej homeostazy organizmu. W stanach chorobowych, upośledzających funkcję tkanek i narządów, biosynteza lokalna jest niewystarczająca i wymaga redystrybucji drogą krwionośną celem uzupełnienia jego zawartości.

Koenzym Q powstaje z tyrozyny i kwasów tłuszczowych, przy czym kluczowym metabolitem syntezy pierścienia koenzymu Q jest 4-hydroksybenzoesan bądź 3-metoksy 4-hydroksybenzoesan.

Koenzym Q odgrywa istotną rolę w mechanizmach antyoksydacyjnych komórki poprzez działanie bezpośrednie (rola zredukowanej formy CoQ) i pośrednie (umożliwienie przejścia witaminy E w formę zredukowaną). Dlatego zaliczany jest do najważniejszych czynników endogennych chroniących komórkę przed aktywnymi postaciami tlenu.

Starzenie, stresy i choroby mogą przeszkadzać organizmowi w wykorzystaniu Q10, który jest pozyskiwany z pożywienia. Zdolność organizmu do wytwarzania i rozprowadzanie tej substancji zmniejsza się z wiekiem, chorobami, złym odżywianiem i wszelkiego typu stresami. Pozyskujemy koenzym Q10 ze zjadanego codziennie pożywienia, choć nasz organizm jest także w stanie wytworzyć go w wątrobie, oczywiście w ograniczonych ilościach.

Niedobory organizm chętnie wyrównuje korzystając ze źródeł zewnętrznych (pokarm, suplementy), gdy tylko powstanie taka możliwość. Dlatego przyjmowanie czystego, silnego Q10 w formie uzupełnienia dziennej diety jest bezpiecznym, naturalnym sposobem, który zapewni zdrowie komórkom, energię i funkcjonowanie systemu odpornościowego.

Braki Q10 w sercu w wysokości 45% zwykle powodują zawał serca, a w wysokości 75% - śmierć.

Przyjmowany jest on z pożywieniem, ale ulega zniszczeniu podczas gotowania i przetwarzania produktów. Ponieważ zaliczany jest do związków rozpuszczalnych w tłuszczach, tylko w ich obecności jest wchłaniany z przewodu pokarmowego.

Koenzym Q10 jest skutecznym "zmiataczem" trucizn, zalegających w ludzkim organizmie, w tym także wolnych rodników, które występują w skórze jako wynik jej naturalnych procesów metabolicznych. Przed wolnymi rodnikami chroni system samoobrony organizmu, który neutralizuje je i zmniejsza ich działanie do koniecznego minimum. Niestety, z wiekiem system ten zaczyna słabnąc, a wpływ zanieczyszczonego środowiska powoduje, że staje się on coraz mniej skuteczny. Wolne rodniki atakują proteiny, czyli białko w błonie komórkowej. Komórka przestaje prawidłowo funkcjonować, zniszczeniu ulegają enzymy, uszkodzone zostają kolagen i elastyna. Konsekwencje tego są widoczne: skóra starzeje się znacznie wcześniej niż przewiduje to biologia. Dzięki swym właściwościom antyoksydacyjnym koenzym Q10 chroni organizm przed działaniem wolnych rodników. Jest nawet bardziej efektywny niż witamina E: unieszkodliwia wolne rodniki, zapobiegając uszkodzeniu komórki, stanowi więc pierwszą linię obrony.

Jak się bronić?

Należy więc dzisiaj wspomagać organizm suplementami wytwarzanymi z warzyw i owoców, ziół i zbóż. Zawierają one - jako koncentraty - duże ilości naturalnych antyoksydantów (w przeciwieństwie do uprawianych obecnie roślin).

Powinieneś jeść więc dużo owoców i warzyw, ale powinieneś również o czymś pamiętać. Środowisko życia roślin jest takie same jak zatrute środowisko, w którym żyje człowiek. Są więc one narażone na identyczne szkodliwe oddziaływania.

Nasza kondycja musi być systematycznie odbudowywana - dzień w dzień - przy pomocy suplementów, ponieważ również dzień w dzień generujemy coraz większe obciążenie naszych organizmów jedząc to, co jemy, paląc papierosy, pijąc wodę taką, jaką pijemy, żyjąc w zdegradowanym środowisku i oddychając takim powietrzem, jakim oddychamy. Nie da się przekroczyć granicy zdolności obronnych i adaptacyjnych naszego organizmu bez ryzyka pogorszenia zdrowia i skrócenia życia.

Pamiętać należy, że wskazany jest umiar w uzupełnianiu antyoksydantów za pomocą środków farmakologicznych. Nadmierne ilości syntetycznych witamin w tabletkach mogą wręcz zaszkodzić, w przeciwieństwie do naturalnych antyutleniaczy zawartych w sałatkach owocowo-warzywnych czy żywności specjalizowanej produkowanej na bazie naturalnych składników.  

Lekarze w praktyce często zalecają duże dawki niektórych antyoksydantów. Nie jest to działanie błędne, ale nie jest też podbudowane pewnymi danymi naukowymi. Na obecnym etapie wiedzy należy zalecać ewentualnie suplementację diety złożonymi preparatami witaminowymi, zawierającymi duże dawki różnych antyoksydantów. Nie ma natomiast podstaw do stosowania pojedynczych antyoksydantów w bardzo dużych dawkach.

Głównym celem lekarzy i dietetyków w działaniach prozdrowotnych powinno być jednak propagowanie diety bogatej w naturalne źródła witamin i mikroelementów, jakimi są warzywa i owoce. Wydaje się, że tylko stałe, systematyczne wyrównywanie niedoborów obrony antyoksydacyjnej organizmu, a więc profilaktyka pierwotna ma sens. Mniejsze jest natomiast znaczenie antyoksydantów w profilaktyce wtórnej.

35. Wpływ rodzaju diety na metabolizm energetyczny organizmu organizmu.

metabolizm jest to, tempo przemiany materii, czyli spalania kalorii. Jest to całość przemian energetycznych w organizmie (katabolizm – rozpad komórek i anabolizm – budowa nowych złożonych struktur np. białek mięśniowych)

Pokarm ma wpływ na metabolizm.
-białko podnosi tempo przemiany materii, aż o 25%,
-węglowodany o 6%,
-tłuszcze o 5-10%. 
Ludzki metabolizm funkcjonuje dzięki stałemu dopływowi pożywienia, na które składają się cukry (węglowodany), tłuszcze (lipidy), białka. Ilość i jakość pożywienia decyduje o stanie naszego zdrowia
Składniki pokarmowe
na sprawność przemian energetycznych organizmu mają wpływ zarówno ilość pokarmu, jak i jego jakość. Wskazując na ilość, należy mieć na uwadze zawartość w pokarmach tłuszczów, cukrów i białek. Należy tu wspomnieć o tym, iż każdy z tych składników może być w wielu formach o różnej wartości odżywczej ocenianej wg różnych kryteriów, np. cukry mogą być oceniane wg indeksu glikemicznego, lipidy wg zawartości cholesteroli lub poszczególnych kwasów tłuszczowych, białka wg zawartości poszczególnych aminokwasów egzo- i endogennych. Na jakość składają się wszystkie związki chemiczne i biochemiczne niezbędne do przebiegu procesów katabolicznych i anabolicznych. W tym przypadku możemy wskazać związki nieorganiczne (minerały) i organiczne (witaminy, kwasy tłuszczowe, aminokwasy, białka, antyoksydanty, naturalne ekstrakty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego).

Główne składniki pokarmowe i ich funkcje
Białka inaczej proteiny– strukturalne, metaboliczne, oraz energetyczne,
Źródłem najlepszego białka są: żółtka jaj (1 jajko to ok.6 g białka), podroby w postaci wątroby, nerek, pasztetów, salcesonów, ponadto móżdżek, tłuste sery, wieprzowina, wołowina drób wiejski, ryby z mórz północnych.
Białko pochodzenia roślinnego jest białkiem niepełnowartościowym dla ludzi , jego struktura jest niepełna, nie zawiera wielu aminokwasów, nie jest zatem dobrym budulcem. Białko roślinne jest doskonałą paszą dla zwierząt roślinożernych, nie zaś dla człowieka, który ze swej natury jest drapieżnikiem.

Tłuszcze – energetyczne i strukturalne
Tłuszcze są najbardziej skoncentrowanym źródłem energii. Tłuszcze są węglowodorami tj. związkami węgla i wodoru z małym dodatkiem tlenu.
Najlepsze dla człowieka są tłuszcze pochodzenia zwierzęcego i to tłuszcze twarde, spożywane w postaci naturalnych tkanek zwierzęcych. Takie tłuszcze poza wartością energetyczną maja też wartość biologiczną. Zawierają bowiem całe kompleksy enzymów, witamin i substancji mineralnych, jak też cały zestaw substancji potrzebnych do spalania tłuszczu.
Masło jest najbardziej wartościowym tłuszczem spożywczym na zimno . Zawiera bardzo cenne witaminy A,D,E i z grupy B oraz sole mineralne: fosfor potas, wapń i magnez. Powinno ono zawsze towarzyszyć serom, i twarogom, gdyż zawartość witaminy D pozwala na przyswajanie wapnia. Z tego samego powodu powinno dodawać się masło do fasoli, warzyw duszonych a nawet do wywarów kostnych. Do najlepszych tłuszczów należą: żółtka jaj, szpik kostny, słonina i łój, śmietana, smalec, tłuste mięsa, orzechy, słonecznik, mak.

Węglowodany inaczej cukrowce metaboliczne, strukturalne oraz energetyczne.
Organizmowi do niezbędnych procesów metabolicznych jest potrzebna określona ilość węglowodanów tj. w granicach od 50 do na dobę.
Każdy nadmiar zjadanych węglowodanów jest przetwarzany przez organizm na tłuszcz odkładający się w ciele człowieka.
Podobnie jak białka i tłuszcze, tak i węglowodany są lepsze i gorsze. lepsze są te zawarte w produktach zbożowych i niesłodkich warzywach niż te z cukru buraczanego, słodkich owoców i miodu. Węglowodany ze skrobi wchłaniają się wolniej z przewodu pokarmowego, dzięki czemu nie powodują nagłych, a przez to i szkodliwych wahań poziomu glukozy we krwi.

1. Najlepsze dla człowieka jest białko zwierzęce , w którym zawarte są wszystkie potrzebne aminokwasy w najlepszych proporcjach. Jeżeli organizmowi do wytworzenia określonego białka brakuje chociaż jednego potrzebnego aminokwasu i nie ma z czego go zbudować, to takiego białka nie wytwarza, a posiadane aminokwasy musi zutylizować, czyli obciążyć wątrobę i nerki aby pozbyć się azotu pozostałego po tych aminokwasach.
2.Najwydajniejszym źródłem energii dla organizmu jest spalanie tłuszczów. Energia uzyskana z tłuszczów jest około 2,5 razy większa niż energia uzyskiwana z cukrów lub białek.

3.Tworzenie z glukozy glikogenu jest sposobem tworzenia zapasu krótkotrwałego i ograniczonego. Węglowodany mogą być sensownie wykorzystywane energetycznie tylko wyjątkowo w przemianie beztlenowej i tak się dzieje w przypadku deficytu tlenu np. w walce Podczas spalania tłuszczów zużywana jest około dwukrotnie mniejsza (w porównaniu ze spalaniem glukozy) ilość tlenu na jednostkę energii, co jest bardzo istotne przy niedotlenieniu komórek.

Insulina
Jednym z najważniejszych hormonów powstałych w czasie ewolucji jest insulina, która pozwala na wyprowadzenie glukozy z osocza do tkanek obwodowych. Początkowo insulina nie służyła do regulacji poziomu glukozy w osoczu, umożliwiała natomiast organizmowi gromadzenie zapasów energii na okres głodu (docelowo w postaci tłuszczu lub glikogenu)
Obecnie jest ona najważniejszym hormonem decydującym o równowadze metabolicznej organizmu, i jedynym obniżającym poziom glukozy w osoczu. Przekroczenie dobowej podaży węglowodanów powyżej glukozy może spowodować załamanie równowagi metabolicznej organizmu, co prowadzi do bardzo wielu chorób. Taka sytuacja powstała po wprowadzeniu przemysłowej produkcji cukru, słodkich napojów, batonów itp.

Właściwa dieta
Znając reguły dietetyki, powinniśmy bez trudu wskazać dla każdego właściwy sposób odżywiania. Na tej podstawie opracowano setki diet, a ilość chorób cywilizacyjnych cały czas rośnie. Szczególnym zagrożeniem staje się z powrotem gruźlica, choroba złego odżywiania.
Każdy z nas jest inny, tzn. jest indywidualnością biochemiczną, i każdy żyje w innym środowisku. O indywidualności biochemicznej traktuje nauka zwana genetotrofią. Natomiast o wpływie środowiska na nasz organizm – geobiochemia. Obie te dziedziny mają bezpośredni wpływ na nasz metabolizm, determinując określone efekty fizjologiczne. Próba sklasyfikowania tego zjawiska może być dobrym rozwiązaniem, szczególnie dla osób cierpiących na ciągle powracające zaburzenia metaboliczne.
W przypadku wystąpienia choroby – zarówno krótkotrwałej jak i przewlekłej – należy przede wszystkim uwzględnić te elementy odżywcze, które będą sprzyjały powrotowi do zdrowia. Czynniki genetyczne i środowiskowe determinujące sposoby żywienia

muszą zejść na plan drugi. Ideałem byłoby połączenie wszystkich elementów, ale czasem jest to bardzo trudne.
Typowanie metaboliczne
Typowanie metaboliczne można przeprowadzić na podstawie różnych parametrów. Z biochemicznego punktu widzenia najważniejsze elementy oceny metabolizmu to: energetyka organizmu, równowaga pomiędzy procesami katabolicznymi i anabolicznymi, równowaga neuroendokrynna, potencjał antyoksydacyjny, równowaga kwasowo-zasadowa środowiska wewnątrzkomórkowego. Nie ma metod diagnostycznych jednoznacznie określających typ metaboliczny. Możemy jednak próbować określać poszczególne jego elementy wybranymi technikami diagnostycznymi. Na podstawie analizy pierwiastkowej włosów wskazujemy szybkość tempa przemian energetycznych. Decydującą rolę odgrywa proporcja wapnia do fosforu.
Przyjęto, iż w całkowicie zrównoważonym organizmie proporcja Ca/P powinna wynosić około 2,6. Wartość jej niższa od 2,6 wskazuje na szybkie tempo przemian energetycznych, wyższa – wolne tempo przemian energetycznych. Aby zrozumieć, dlaczego wskazana proporcja jest tak istotna, należy przypomnieć, w jaki sposób ludzki organizm pozyskuje energię do wszystkich przemian metabolicznych.
Fosforylacja
ATP - ADP
Głównym związkiem wysokoenergetycznym w naszym organizmie jest adenozynotrifosforan, ATP. Powstaje on przede wszystkim w procesach fosforyzacji, tzn. przyłączenia grupy fosforanowej do adenozynodifosforanu, ADP. W ludzkim metabolizmie dominują dwie fosforylacje: substratowa i oksydacyjna.
Glukoza - glikoliza
Najważniejszym dla ludzkiego organizmu źródłem energetycznym jest glukoza. Energia jest z niej pozyskiwana w procesie "spalania" glukozy, nazwanym glikolizą. Właściwie energia biochemiczna w postaci ATP powstaje w jednej części glikolizy zwaną fosforyzacją substratową. Energię tę organizm pozyskuje bardzo szybko, bezpośrednio z podstawowego substratu energetycznego. Od momentu spożycia glukozy do momentu wytworzenia energii upływa zaledwie parę minut. To źródło energetyczne można porównać do rozrusznika w samochodzie. Jest niezbędne do uruchomienia innych procesów metabolicznych. Żadna komórka naszego organizmu nie przeżyje bez glukozy. Dlatego ilość glukozy we krwi musi być zawsze w określonym zakresie stężeń. W przypadku nadmiaru glukozy pojawia się we krwi insulina, mająca za zadanie wprowadzenie glukozy z krwi do wnętrza komórek. W przypadku niedoboru glukagon odtwarza glukozę z glikogenu wątrobowego, a w przypadku jej braku uruchomione zostają procesy glukoneogenezy, tzn. tworzenia glukozy z aminokwasów glukogennych białek stanowiących konstrukcję naszego organizmu.
Fosforyzacja substratowa
Ilość energii pozyskiwana z fosforyzacji substratowej nie powinna przekraczać kilku procent całkowitego zapotrzebowania energetycznego człowieka. Ostatecznym produktem katabolizmu glukozy (glikolizy) jest acetylo-CoA.
Tłuszcze – b-oksydacja
Drugim źródłem energii są tłuszcze. Tłuszcze są estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych. Lipaza z soku trzustkowego hydrolizuje wiązania estrowe, uwalniając wolne kwasy tłuszczowe, które zostają wchłonięte w jelitach. Kwasy tłuszczowe są następnie transportowane przez różne frakcje lipidowe krwi do komórek, aby w nich ulec "spaleniu", czyli b-oksydacji. Jest to proces składający się z czterech etapów, wymagający dostarczenia dużej ilości energii. Pomimo tego jego ostateczna wydajność energetyczna jest wyższa od glikolizy. Ostatecznym produktem b-oksydacji jest acetylo-CoA. Czyli tak samo jak w przypadku glikolizy.
Acetylo-CoA w zależności od potrzeb naszego organizmu może być: źródłem energii lub substratem do wielu procesów anabolicznych.
Cykl Krebsa
W warunkach normalnych związek ten zostaje włączony w przemiany cyklu Krebsa. W wyniku ciągle powtarzającego się cyklu reakcji, z kwasów tłuszczowych zostają wychwycone wodory przez nikotyniany, tworząc formę zredukowaną NADH2+.
W przypadku krótkotrwałego niedoboru glukozy w organizmie w procesie glukoneogenezy z acetylo-CoA powstaje glukoza. W przypadku długotrwałego braku glukozy, w organizmie zaczyna brakować pirogronianu, który przekształcając się w szczawiooctan, umożliwia utworzenie cyklicznego ciągu reakcji, czyli cyklu Krebsa. Jeżeli cykl zwolni, acetylo-CoenzymA nie może być, w odpowiedniej ilości, wprowadzony do cyklu Krebsa. W rezultacie kondensuje, tworząc związki ketonowe, powodując ketozę.
Mitochondrium
Procesy "spalania" glukozy i kwasów tłuszczowych prowadzą do cyklu Krebsa. Cukry i tłuszcze są wiązkami węgla, tlenu i wodoru. Dla przemian energetycznych najistotniejszą rolę odgrywa wodór. Bowiem to on z cyklu Krebsa w postaci zredukowanych nikotynianów i flawinianów wędruje do mitochondrium, organeli komórkowych, w których powstaje zdecydowana większość energii biochemicznej w tzw. oddychaniu wewnątrzkomórkowym.
W zależności od zapotrzebowania energetycznego, komórki mogą mieć od kilku do kilkuset mitochondriów. Na przykład komórka mięśnia sercowego ma ponad 300 tych organeli, a komórka nerki niewiele ponad 50.
Koenzym Q10
Obydwa kompleksy białkowe wypompowują strumień kationów i elektronów na ubichinon, czyli koenzym Q10. Stanowi on przysłowiowe ucho igielne w procesie oddychania komórkowego.
Rodniki
W przypadku nadmiaru protonów lub niedoboru ubichinonu, na jego poziomie generowany jest anionorodnik ponadtlenkowy. Rodnik ten rozpoczyna kaskadę reakcji wolnorodnikowych, prowadzącą do degradacji struktur wewnątrz mitochondrium i osłabienia wydajności wytwarzania energii.
Bariera anty-oksydacyjna
W przypadku właściwego przebiegu procesów oddychania wewnątrzkomórkowego, tylko około 2% energii zostaje utraconej na korzyść generowania wolnych rodników. Przed taką ilością wolnych rodników w pełni zabezpiecza nas dysmutaza ponadtlenkowa, która we wnętrzu mitochondriów występuje w dwóch postaciach izomerycznych, cynkowej i manganowej. Stanowi ona podstawowy i najważniejszy element bariery antyoksydacyjnej.
2H2 +O2 =2H2O+Energia
Procesy utleniania i redukcji na poszczególnych kompleksach białkowych w łańcuchu oddychania komórkowego prowadzą do ostatecznego połączenia wodoru (pochodzącego z cukrów i tłuszczów) z tlenem, który trafia do komórek na drodze chemicznej i fizycznej. W wyniku połączenia tlenu z wodorem powstaje woda. Jest to proces wydzielający olbrzymie ilości energii, wybuchowy.
Teoria chemiosmotyczna – fosforyzacja oksydacyjna
W mitochondriach energia ta zostaje wychwycona w związkach wysoko-energetycznych, czyli ATP. Zachodzi proces opisany w teorii chemiosmotycznej Oswalda opisującej fosforyzację oksydacyjną. Decydującą rolę w tym procesie odgrywa strumień elektronów, który przepływa przez kanał w ostatnim kompleksie białkowym łańcucha oddychania komórkowego. Przepływ kationów jest możliwy dzięki powstaniu różnicy potencjałów w przestrzeni zewnętrznej i wewnętrznej błony mitochondrialnej, na której znajduje się łańcuch oddychania wewnątrzkomórkowego. Podczas zjawisk red-oks na poszczególnych kompleksach enzymatycznych, kationy wodorowe wypompowywane są na zewnętrzną stronę błony mitochondrium. W wyniku tego powstaje deficyt kationów w matriks mitochondrium. W normalnych warunkach zostaje on zniwelowany wpływającymi przez kanał białkowy kationami, co uruchamia fosforyzację oksydacyjną.
Rola wapnia
W przypadku obecności w pobliżu mitochondrium kationów wapnia, zostają one wprowadzone do wnętrza mitochondrium, zmniejszając różnicę ładunków w przestrzeniach zewnątrz- i wewnątrzmitochondrialnych. W efekcie wydajność fosforyzacji oksydacyjnej spada, czyli mitochondrium produkuje mniej związków wysokoenergetycznych. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadkach zaburzeń przemiany wapnia; często obserwowanych u ludzi starszych lub u osób suplementujących się dużymi ilościami wapnia, np. w przypadku wystąpienia osteoporozy.
Dystrybucja energii
Mitochondria nie mogą przemieszczać się w komórce. Energia wytworzona w miejscu, w którym jest mitochondrium, w postaci ATP może zostać przekazana w inne miejsce tylko za pośrednictwem innych związków wysokoenergetycznych, które mają niższy potencjał od ATP. Poszczególne związki wysokoenergetyczne przekazują sobie nawzajem grupę fosforanową, aż do miejsca przeznaczenia. Powstaje zjawisko przypominające falę fosforanową, która pokonuje przestrzenie w komórkach i pomiędzy nimi. Jest możliwe dzięki istnieniu kanałów białkowych w błonach komórkowych, które umożliwiają transport grup fosforanowych. Sprawność tych kanałów białkowych jest uzależniona od ilości wapnia. Jego niedobór może zwolnić przekazywanie energii miejsca, w których jest jej deficyt.
Wapń i fosfor
Wynika z tego, iż obecność wapnia w przemianach energetycznych jest niezbędna. Jego brak, jak i nadmiar, może na różnych etapach zwolnić tempo przemian energetycznych. Do reakcji fosforyzacji konieczna jest odpowiednia ilość fosforanów. Ich niedobór praktycznie nie występuje, ale nadmiar może mieć wpływ na przemiany energetyczne.

Dieta niskotłuszczowa.
W praktyce, taka dieta będzie zawsze bogata w węglowodany, a to prowadzi do otyłości, a dalej, również do chorób serca. "W przypadku dużego procentu populacji, przypuszczalnie 30 do 40 procent, diety niskotłuszczowe przynoszą skutki odwrotne do zamierzonych", Paradoksalnie, w wyniku ich stosowania, ludzie przybierają na wadze".
Uważa się często, że jedynym źródłem energii dla mózgu jest glukoza. Jest to nieprawda. Jeszcze lepszym paliwem są ciała ketonowe uzyskane z tłuszczu, a wykrycie enzymów przemian tłuszczowych w mózgu wykazuje, że spalane są tam również kwasy tłuszczowe.
Dieta bogata w tłuszcz, a uboga w węglowodany, spowalnia powstawanie w mózgu zmian typowych dla choroby Alzheimera. Zaprzeczają twierdzeniom, że tłuszcz, zwłaszcza zwierzęcy, przyczynia się do choroby. Szkodzi on tylko w obecności węglowodanów. Gdy jest mało węglowodanów a dużo tłuszczu, tworzą się ciała ketonowe i właśnie one grają ważną rolę w zaobserwowanej istotnej poprawie.
Zwierzęta odżywiające się węglowodanami nie wykorzystują cukrowców jako źródła energii.
W grupach społecznych, w których spożywa się dużo tłuszczu występuje najwięcej zawałów. dlatego, że w tych grupach spożywa się jednocześnie dużo węglowodanów, szczególnie cukru i słodyczy, co powoduje przetwarzanie glukozy na cholesterol w ścianach tętnic prowadząc do ich uszkodzenia.
Tłuszcz z mleka hamuje stany zapalne, towarzyszące rozwojowi wielu schorzeń, takich jak rak czy choroba reumatoidalna stawów.
Społeczności które jedzą dużo tłuszczu, a mało węglowodanów, nie cierpią na choroby cywilizacyjne.

Dieta ubogo-węglowodanowa
W ostatnich latach można zaobserwować coraz większe zainteresowanie dietami ubogo węglowodanowymi, m.in. dietą dr. Atkinsa, a w Polsce – dieta dr. Jana Kwaśniewskiego. Zakładają one, iż można schudnąć, nie odczuwać głodu, nie występuje efekt jo-jo. Badania dowodzą, iż stosowanie tego typu diet nie jest pozbawione sensu. Świat medyczny, przez lata osądzający Atkinsa jako lekarza szkodzącego pacjentom, dziś przyznaje: pokarmy węglowodanowe wzmagają apetyt i sprzyjają cukrzycy typu II, natomiast pożywienie o niskiej zawartości węglowodanów pomaga w szybkiej utracie masy ciała. Jednakże diety ubogowęglowodanowej nie wolno upraszczać i ograniczać się do jedzenia tylko tłuszczów i białek. Węglowodany należy jeść. Trzeba tylko wiedzieć, które wybrać i ile, by uniknąć negatywnych skutków.

Pytanie 36 apoptoza i nekroza jako różne mechanizmy śmierci komórki.

Apoptoza zaprogramowaną śmierć komórki w organizmie wielokomórkowym – dzięki temu mechanizmowi usuwane są zużyte lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego samobójstwa komórki, mającego na celu dobro całego organizmu. apoptoza jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów

Apoptoza, polega na kurczeniu się komórki poprzez utratę wody. Po różnorodnie przebiegającej fazie inicjacji apoptozy zachodzi faza egzekucji zależna od enzymów proteolitycznych z grup kaspaz. Szybkie zmiany w jądrze komórkowym mają charakter zorganizowany – chromatyna jądrowa ulega kondensacji, a DNA zostaje pocięte przez endonukleazy. DNA apoptycznej komórki dzieli się na fragmenty wielkości około 180 par zasad i ich wielokrotności. Następuje dezintegracja cytoszkieletu. Komórka apoptyczna zaokrągla się, traci kontakt z podłożem, rozwijają się na jej powierzchni liczne uwypuklenia. W procesie apoptozy organelle komórkowe pozostają jednak nienaruszone. Są one usuwane z komórki wraz z fragmentami chromatyny w tzw. ciałkach apoptycznych, pęcherzykach powstałych w wyniku zmian w strukturze błony komórkowej. W większości przypadków są one następnie fagocytowane przez komórki żerne. Wyjątkiem są np. ciałka apoptyczne soczewki oka, które zawierają zamiast cytoplazmy z organellami białko krystalinę. Apoptoza nie wywołuje stanu zapalnego i dotyczy pojedynczych komórek.

Proces programowanej śmierci komórki, charakteryzujący się aktywacją wielu swoistych szlaków biochemicznych, wymagający syntezy nowych białek, zależnych od cząsteczek sygnalizujących, takich jak: TNF-α i FAS-ligand lub też wywołanych przez czynnik uszkadzający komórkę.

Zjawisko apoptozy występuje także w różnych stanach patologicznych. Przykładem komórki w stanie apoptozy jest ciałko kwasochłonne ("były" hepatocyt w wątrobie w zapaleniu wirusowym) interpretowanym dawniej jako przejaw martwicy skrzepowej komórki. Wirus HIV powoduje apoptozę limfocytów T. W cukrzycy typu II w wyspach trzustkowych odkłada się peptyd amylina, który jest toksyczny i powoduje apoptozę komórek β i narastanie objawów choroby.

Czynnikami powodującymi apoptozę mogą być:

Nekroza- ciąg zmian zachodzących po śmierci komórki.

Występuje ona w następstwie mechanicznego lub chemicznego uszkodzenia, które jest na tyle duże, że nie może zostać wyleczone. Nekroza następuje w wyniku zakażenia komórki patogenem lub na skutek silnie działających czynników środowiskowych, takich jak:

Charakteryzuje się :

W odróżnieniu od apoptozy nekrozie towarzyszy wydostanie się zawartości komórki (następuje rozpad komórki) do otaczającej ją przestrzeni międzykomórkowej, na skutek utraty ciągłości błony komórkowej i uwolnienia enzymów lizosomalnych. Powoduje to zazwyczaj silną reakcję zapalną, która może mieć znaczenie patologiczne (nie występuje to na ogół w przypadku apoptozy). DNA komórek rozpada się na fragmenty o przypadkowej długości.

PYTANIE NR 37Mechanizm molekularny aoptozy.

MECHANIZM MOLEKULARNY APOPTOZY

Apoptoza może przebiegać z udziałem trzech różnych ścieżek:

Szlak wewnętrzny (mitochondrialny):

  1. Sygnał uszkadzający DNA powoduje zaburzenie potencjału błonowego mitochondriów

  2. Otwieranie kanałów mitochondrialnych MPTP

  3. Pęcznienie macierzy mitochondrialnej powoduje przerwanie błony zewnętrznej

  4. Przedostanie się cytochromu c , czynnika AIF oraz białka Cmac/DIABLO do cytoplazmy komórki

Szlak wewnętrzny programowanej śmierci komórek przebiega za pośrednictwem mitochondrium. Jest on zależny od p53, białko p53 bierze udział w odpowiedzi komórki na stresogenne warunki. Do aktywacji tego szlaku dochodzi w wyniku:

Wymienione wyżej czynniki indukują śmierć, w wyniku której dochodzi do wielu zmian w obrębie mitochondrium oraz całej komórki.

Istotną rolę w inicjowaniu tego typu apoptozy odgrywają megakanały mitochondrialne (PTP), zlokalizowane w miejscu zetknięcia obu błon mitochondrialnych.

Głównym elementem struktury megakanału jest(kompleks):

Oprócz białek ANT, VDAC i BRP w skład kompleksu megakanału mogą wchodzić enzymy o funkcjach regulatorowych.

Do białek oddziałujących z poryną należą:

Od strony cytosolowej z kanałem mogą wiązać się także białka z rodziny Bcl-2 np. Bcl-2 lub Bax. Natomiast po stronie macierzy mitochondrialnej może przyłączyć się np. cyklofilina D.

W wyniku działania czynników inicjujących apoptozę oraz korelacji elementów megakanału następuje jego otwarcie. W stanie dużego przewodnictwa struktura ta ma średnicę 2–3 nm i mogą przez nią przenikać cząstki o masie do 1,5 kDa.

Dotychczas nie wiadomo dokładnie jak dochodzi do permeablizacji błony mitochondrialnej. Istnieje kilka modeli tego procesu i nie ma zgodności czy przeważa jeden mechanizm czy wszystkie razem przyczyniają się do ustalenia progu przepuszczalności błony mitochondrium.

Jeden z modeli zakłada przerwanie ciągłości zewnętrznej błony mitochondrium. Wcześniej dochodzi do hiperpolaryzacji wewnętrznej błony, co w konsekwencji powoduje zwiększenie objętości matriks (tzw. puchnięcie). Powodem hiperpolaryzacji jest zamknięcie VDAC, pod wpływem białka Bax.

Inni naukowcy twierdzą, że Bax oddziałuje w tym kompleksie z ANT i wskutek tego dochodzi do otwierania PTP.

Jeszcze inna koncepcja zakłada, że białka z rodziny Bcl-2, a konkretnie Bax w postaci oligomerycznej tworzą pory, umożliwiające wypływ czynników apoptotycznych. Jednym z czynników uwalnianych z mitochondrium przez megakanały jest cytochrom c (Apaf-2).

Związek ten po wypłynięciu do cytoplazmy, przy nakładach energii, łączy się z białkowym czynnikiem Apaf-1 oraz prokaspazą 9. W wyniku połączenia tego trójelementowego kompleksu powstaje struktura zwana „kołem śmierci” lub częściej apoptosomem.

Głównym zadaniem tego kompleksu jest aktywacja kaspaz wykonawczych [7,8,43].

Białko Apaf1 =>N-koniec z domeną CARD-odpowiedzialna za przyłączenie prokapsazy 9

=>C-koniec z domeną wielokrotnych powtórzeń (WD)-odpowiedzialna za wiązanie cytochromu C oraz przyłączenie dATP/ATP

Białko Apaf-1 ma na N-końcu domenę CARD, dzięki której możliwe jest przyłączenie prokaspazy 9. Natomiast na C-końcu umiejscowiona jest domena wielokrotnych powtórzeń WD (WD-40), umożliwiająca wiązanie cytochromu c oraz przyłączenie dATP/ATP.

N-końcowa domena CARD umiejscawia się przestrzennie pomiędzy domenami WD-40, gdzie allosterycznie hamuje aktywność Apaf-1.

Cytochrom c charakteryzuje się większym powinowactwem do regionów powtórzeń WD-40 białka Apaf-1 niż domena CARD, więc wypiera ją z tego miejsca i uwalnia do cytoplazmy. Białko Apaf-1 przyjmuje wówczas strukturę litery Y.

Reakcja wiązania cytochromu c jest jednak odwracalna, a długie ramię tworzonej litery Y pozostaje niestabilne do chwili, w której komórka poniesie nakład energetyczny. Dzieje się tak w chwili związania i hydrolizy cząsteczki ATP bądź dATP do tzw. kaset Walkera (regionów wiążących nukleotydy), co ostatecznie stabilizuje strukturę kompleksu Apaf-1-cytochrom c. Następnie dochodzi do oligomeryzacji siedmiu cząstek Apaf-1 i powstaje struktura heptamerycznego koła. Do regionów CARD Apaf-1 dołączone zostają kolejno cząstki prokaspazy 9 ułożone względem siebie nierównolegle. Utrata któregoś z białek budujących apoptosom przez mutacje, epigenetyczne wyłączenie kodującego je genu, modyfikacje posttranskrypcyjne lub posttranslacyjne, a także zaburzenia w dynamice syntezy i rozkładu tych elementów uniemożliwiają śmierć komórek. Wówczas unikają one apoptozy nawet wtedy, gdy niosą defekty i są zagrożeniem dla całego organizmu.

Brak białka efektorowego Apaf-1 był obserwowany m.in. w chorobach nowotworowych:

Przyczyną zmniejszenia stężenia lub całkowitej utraty białka Apaf-1 w komórkach nowotworowych jest najprawdopodobniej metylacja wysp CpG regionu promotorowego, wskutek której nie dochodzi do transkrypcji genu apaf-1.

Zastosowanie inhibitorów metylacji np. 5aza’2deoksycytydyny, powoduje przywrócenie wrażliwości na indukcję apoptozy promieniowaniem UV. Powstały apoptosom wpływa na aktywację kaspazy 9, którą określa się kaspazą inicjującą szlak mitochondrialny. Aktywna kaspaza 9 może aktywować kaspazy wykonawcze, które uruchamiają cały łańcuch kolejnych kaspaz prowadzących do proteolizy białek, zmian morfologicznych w komórce i ostatecznie do śmierci komórki

38. APOPTOZA JAKO ZJAWISKO FIZJOLOGICZNE ORAZ SPOSÓB ELIMINACJI USZKODZONYCH KOMÓREK

Apoptoza (KOLOKWIALNIE- „SAMOBÓJSTWO KOMÓRKI”) towarzyszy nam od najwcześniejszych etapów rozwoju, warunkując prawidłowe kształtowanie organizmu jeszcze w łonie matki. To dzięki planowemu unicestwianiu komórek tracimy wówczas błony między palcami. Na podobnej zasadzie powstaje soczewka oka, która jest zbudowana ostatecznie z martwych komórek, w których cytoplazmę zastąpiło białko o nazwie krystalina. Samobójstwo popełniają komórki ściany macicy złuszczające się podczas comiesięcznej menstruacji i komórki ściany jelita, ciągle wymieniane przy kontakcie z treścią pokarmową. W komórkach mięśni i neuronach zachodzi proces apoptozy dopiero gdy dojdzie do uszkodzenia, infekcji wirusem lub do przemiany nowotworowej, dla dobra organizmu. Komórki nowotworowe ignorują sygnał do umierania. Nadmiar umierania komórek prowadzi do chorób neurodegeneracyjnych (np. choroby Alzheimera) i autoimmunologicznych (jak reumatyzm czy toczeń).

-wymaga nakładu energii

-obejmuje zwykle pojedyncze komórki

-odpowiada za precyzyjna kontrole liczby i rodzaju komórek

-zapewnia hemostazę tkankową

-zapewnia usuwanie komórek uszkodzonych, nieprawidłowych, zainfekowanych, obciążonych mutacjami (poza kom. nowotworowymi)

Przebieg apoptozy- oddzielenie się danej komórki od pozostałych ,cytoplazma ulega obkurczeniu a w jądrze komórkowym chromatyna ulega zagęszczeniu. Następnie całe jądro kurczy się z powodu utraty wody i elektrolitów. Przemieszczenie się części cząsteczek fosfatydylosteryny z wewnętrznej do zewnętrze błony kom , następuje fragmentacja jądra i cytoplazmy i powstaje tzw. ciałko (pęcherzyk) apoptotyczne. Dochodzi do dezintegracji mikrotubul ,zwiekszona aktywność tkankowej transglutaminazy co zapewnia tworzenie wiązań miedzy białkami. Pozostałości po komórce są „zjadane” przez komórki żerne (makrofagi) albo przez jej sąsiadki. Po samobójczyni nie pozostaje najmniejszy ślad. To higieniczna śmierć bez przykrych konsekwencji dla otoczenia.

Główne białka uczestniczące w apoptozie :

-kaspazy

-endonuklazy

-Bcl-2 - białka ,,śmierci lub przeżycia''

-białka IAP

Kaspazy - proteazy cytokinowe

-enzymy z grupy proteaz

-aktywatory cytokin(związane ze stanami zapalnymi), inicjatory, efektory fazy wykonawczej

-inicjacja kaspaz może zachodzić przy błonie komórkowej lub mitochondrium

-pełnią największą rolę w zniszczeniu komórki apoptycznej

Endonukleazy

-powodują degradację materiału genetycznego

-doprowadzają do ich rozkładu do oligonukleotydów przez rozerwanie wiązań fosfodiestrowych wewnątrz łańcucha kwasu nukleinowego

Szlaki sygnalizacyjne apoptozy, dwie ,,tarcze docelowe'':

-receptory śmierci – szlak zewnętrzny apoptozy

- mitochondria- szlak wewnętrzny apoptozy

Apoptoza może przebiegać różnymi szlakami. Szczególnie istotny wydaje się ten zapoczątkowany przez mitochondria. Wolne rodniki (stres oksydacyjny), stres metaboliczny, wzrost stężenia wapnia w cytoplazmie lub inne czynniki zwiększają przepuszczalność błon odgradzających mitochondria od reszty komórki. Dochodzi wtedy do uwolnienia białek, które inicjują kaskadę reakcji prowadzących do apoptozy. Najważniejszym z tych białek wydaje się cytochrom c, w normalnie funkcjonującej komórce będący częścią łańcucha oddechowego, a więc uczestniczący w oddychaniu mitochondrialnym. Uwolniony do cytoplazmy łączy się z cząsteczką Apaf-1 i tworzy tzw. apoptosom, niezbędny do uruchomienia kaspazy 9 – enzymu, który inicjuje procesy prowadzące do śmierci komórki. Kaspaza 9 pobudza kolejne enzymy swojej rodziny: kaspazę 3, 6 i 7. Wspólnie prowadzą one do powstania w komórce zmian charakterystycznych dla apoptozy.

Fazy apoptozy :

  1. inicjacja

  2. wykonawcza

  3. zniszczenia

faza inicjacji;

-reakcje rozpoznawania i wiązania ligandów (np. białka TNF)‏

-aktywacja białek TNF, tworzenie kompleksu DISC

-ktywacja kaspaz inicjujących

-pojawienie się fosfatydyloseryny (PS) na powierzchni komórki

Faza wykonawcza i zniszczenia

-ostateczne włączenie programu śmierci

-zaangażowanie niektórych genów i ich białkowych produktów w kontrolę procesu

-aktywacja kaspaz wykonawczych przez kaspazy inicjujące

-proteoliza niektórych białek(cytoszkieletu,otoczki jądrowej) przez kaspazy

-otwarcie megakanałów mitochondrialnych, fragmentacja mitochondrialnego DNA,powstanie apoptosomów

-Jony Ca2+,Mg 2+

-degradacja DNA

Szczególną rolę w apoptozie odgrywa białko p53, często określane jako strażnik genomu komórkowego. Gen p53 uaktywnia się po wykryciu w komórce uszkodzonego DNA i kieruje ją na drogę samobójstwa. W warunkach stresu komórkowego może dojść do przemieszczenia się białka p53 do mitochondriów, co z kolei może zmienić właściwości błon otaczających te organelle. W wyniku tych zmian tworzy się kompleks z białkami rodziny Bcl, co z kolei powoduje uwolnienie cytochromu c do cytoplazmy i aktywację kaspaz. Gen p53 może być jednak nieaktywny, np. w wyniku mutacji. Mutacje genu p53 stwierdza się w komórkach wielu nowotworów.

39 Zmiany na poziomie molekularnym starzenie się komórek.

STARZENIE-to zmniejszenie zdolności do odpowiedzi na stres środowiskowy, które pojawia się w organizmach wraz z upływem czasu;

naturalne i nieodwracalne nagromadzenie się uszkodzeń wewnątrzkomórkowych, przerastajace zdolności organizmu do samonaprawy.

• Proces starzenia można rozpatrywać na poziomie:

- czasteczek białek/lipidów/DNA

- komórek

- organów/całych organizmów

 

Teorie wyjaśniające procesy starzenia

Teoria glikacji białek

• Glikacja białek - proces nieenzymatycznego przyłączania się heksoz, głównie glukozy, do wolnych grup aminowych białek. Jest fizjologicznym procesem determinujacym ich starzenie.

• Spontaniczna reakcja cukru z białkami tkanek, takimi jak: kolagen i mielina, prowadzi do wczesniejszego starzenia się tkanek u cukrzyków. Przypuszcza sie, że ten proces jest odpowiedzialny za powikłania cukrzycowe, takie jak: uszkodzenie nerek, polineuropatia i retinopatia, jak również przedwczesną miażdżycę.

Teoria wolnorodnikowa

Starzenie to wynik działania wolnych rodników tlenowych. Powstają one w mitochondriach organizmów oddychających tlenowo. Działają destrukcyjnie na DNA, białka, lipidy, węglowodany. Uszkodzenia te kumulują się wraz z wiekiem.

Teoria mitochondrialna

Starzenie to wynik spadku efektywności mitochondriów w wyniku działania RFT. Uszkodzenia mtDNA wyzwalają kaskadę procesów biochemicznych pchających komórki ku śmierci, co ogranicza wydolność organizmu.

Teoria ewolucyjna, mutacji genowych

Starzenie i średnia długość życia organizmów poszczególnych gatunków zależy od działania określnych genów i jest wynikiem działania ewolucji.

Telomerowa teoria starzenia

Telomeraza – odwrotna transryptaza przeciwdziała skracaniu telomerów

• Im starsze komórki tym krótsze telomery

• W progeriach obserwuje się szybszą utratę telomerów

• Krótkie telomery sprzyjaja otyłosci i oporności na insuline

• Stres skraca telomery!!!

• Telomery sa bardziej podatne na uszkodzenia oksydacyjne niż pozostałe fragmenty chromosomów

Krótkie telomery aktywują odpowiedź na uszkodzenia DNA i komórka wchodzi w stan senescencji – stałe zatrzymanie w fazie G1;

jeśli nie ma np. p53 nastepuje niestabilnosc genomowa, co może spowodować nowotwór, jesli nie nastąpi apoptoza

Teoria akumulacji odpadów w komórce

• Nagromadzanie żółto-brazowego barwnika lipofuscyny wraz z wiekiem (nierozpuszczalne agregaty białek i lipidów, które nie są degradowane); są efektem obniżenia aktywności lizosomów

 

Molekularny mechanizm działania deacetylazy SIRT1 u ssaków

Deacetylacja p53 i Ku70: hamowanie apoptozy

Reguluje transkrypcję poprzez oddziaływanie z czynnikami transkrypcyjnymi z rodziny FOXO: obniżenie transkrypcji BIM

(hamowanie apoptozy) a zwiekszenie transkrypcji MnSOD (obrona przed stresem oksydacyjnym), p27 (zatrzymanie cyklu komórkowego), GADD45 (naprawa DNA)

Hamowanie białka PPARY (receptor hormonów steroidowych), które stymuluje tworzenie nowych komórek tłuszczowych i promuje magazynowanie tłuszczów

Ochrania komórki nerwowe

40. CZY STAŻENIE SIĘ JEST PROCESEM O PODŁOŻU GENETYCZNYM? („GENY DŁUGOWIECZNOŚCI”, „GENY ŚMIERCI”)

1.  Starzenie się jest procesem wpływającym na nasze ciała i umysły,  dokonującym się  w 3 aspektach:

¨      aspekcie biologicznym  jako naturalne, nieodwracalne, nasilające się zmiany metabolizmu i fizykochemicznych właściwości komórek doprowadzające do:

         upośledzenia samoregulacji, adaptacji i regeneracji organizmu

         zmian morfologicznych i czynnościowych, czyli dotyczących  kształtu i funkcji  komórek, tkanek i narządów organizmu . Przykładem zaburzenie funkcji komórek odpornościowych (skutek -stany zapalne, zatory, nadciśnienie), a w strukturze międzykomórkowej utrata kolagenu (utrata sprężystości tkanek)

¨      aspekcie. psychicznym – komórki nerwowe nie rozmnażające się obumierają lub ulegają uszkodzeniu ( mimo, że nie tracą telomerów)

         utrata neuroprzekaźników, zwyrodnienia włókienkowe – choroba Alzheimera - jest statystycznie czwartą przyczyną zgonów  w USA

    aspekcie społecznym

2. Badania kodu genetycznego

 Nie ma obecnie sposobów na całkowite powstrzymanie destrukcyjnych procesów biochemicznych powodujących starzenie, obserwujemy jednak duży postęp  w badaniach nad jego istotą.

 Najbardziej wiarygodnym sposobem przedstawiającym rolę genów w fakcie długowieczności są badania na bliźniętach (Dania, roczniki 1870-1900). Dane obejmują tylko kilka pokoleń, ale wg jednej z analiz stwierdzono, że na długość życia wpływa ok. 70% ludzkich genów .

Genetyka potwierdziła także, że średnia długość życia wyższa od przeciętnej jest cechą osób mających długowiecznych przodków (pionierskie badania  Pearl 1934).

3.Dlaczego się starzejemy?

 Istnieje kilka teorii wyjaśniających jego przyczyny procesu starzenia się

I.  Biologiczne starzenie się organizmu. traktowane jako

A:  proces pierwotny jest fizjologiczne,  występujące naturalnie. Jego szybkość jest w dużym stopniu uwarunkowana genetycznie. W aspekcie biologicznym geny nie sprzyjają  długowieczności

Geny, które wpływają na poziom wolnych rodników i mechanizmy odpornościowe wpływają na długość życia.

            gen „ wiek

            gen „ zegar” – u nicieni udowodniono ich działanie przedłużające życie

 Teoria zaprogramowanej śmierci  - czas życia komórek wynika z programu zakodowanego w ich genach. W 1961 r. Hayflick odkrył, że prawidłowe komórki ludzkie rosnące w hodowlach tkankowych dzielą się ograniczoną liczbę razy (ok. 50 – przyczyną  śmierci komórki jest skracanie telomerów, czyli zakończeń chromosomów po każdym podziale komórki),–pułap ten nazwany został liczbą Hayflicka. Po tym czasie komórki  nie rosną , ulegają uszkodzeniom i giną, uruchamiając genetyczny detonator, który niszczy je za pomocą przeznaczonych do tego białek.

 B: Starzenie się patologiczne, jako proces wtórny, mogą przyspieszać różne czynniki.

Mające podłoże genetyczne

°         Zaburzenia procesu starzenia się - odnalezienie i modyfikacja genu odpowiedzialnego za te choroby  pozwoli myśleć o próbach wydłużenia życia.

-     zespół Wernera – przedwczesnego starzenia się (opisany w 1904 r.) –- zachowana zostaje kolejność faz życia,  ale dożyć można  najwyżej 45 lat. Za  wystąpienie  zespołu odpowiedzialny jest działanie recesywnego genu - który przyspiesza zegar biologiczny. Gen jest zlokalizowany na krótkim ramieniu chromosomu 8. Jego kod  DNA  wykazał  brak enzymu helikazy -  katalizatora koniecznych reakcji. Podczas podziału komórkowego dochodzi do mutacji i zniszczeń całych chromosomów, przyspieszenia zużycia telomerów

Wprawdzie enzym telomeraza uzupełnia DNA o dodatkowe telomery (znajduje się w jajach i spermie zapewniając młodość komórkom rozrodczym), udało sie go wyizolować  i sklonować jego geny, niestety jego zastosowanie zapewniałoby również niesmiertelnośc komórkom nowotworowym

-     zespół Hutchinsona-Gilforda – można żyć ok. 20 lat –  zaledwie 30 przypadków na świecie

-     progeria dziecięca sześcioletnie dzieci wyglądają jakby miały 40 albo nawet 60 lat -  umierają przed 13 r. życia.

°         Choroby częściej występujące w okresie starości.

-     ch. nowotworowe  - zaburzeniem zdolność komórek do  nieograniczonej liczby podziałów

Terapia genowa może polegać na podaniu pacjentom genów pobudzających aktywność układu odpornościowego albo na wstawieniu do komórek nowotworowych takiego genu, który uczulałby te komórki na stosunkowo słabo toksyczne związki chemiczne. Celem leczenia hamowaniem angiogenezy (powstawania naczyń krwionośnych ) nowotworów.  Bez angiogenezy niemożliwy jest wzrost wszystkich guzów litych (np. raka piersi, jelita grubego i płuca). Dlatego każde leczenie, które ogranicza dopływ krwi do guza, może okazać się skuteczne.

-     ch. zwyrodnieniowe mózgu

 Choroba Alzheimera – w 40% przypadków związana z wystepowaniem mutacji genu na chromosomie 19 kodującego  apolipoproteine E 4 – białko osocza przenoszące tłuszcz, ułatwia skupianie się w mózgu amyloidu, zakłócającego pracę mózgu. Ciało bez kontroli umysłu odmawia posłuszeństwa, chaos organizacyjny skutkuje śmiercią organizmu.

4. Kluczową role w starzeniu się odgrywają GENY. W proces ten jest zaangażowanych ok. 70% genów.

Genotyp człowieka, czyli uwarunkowanie genetyczne biologicznej  egzystencji, jest zdeterminowany

→        średnia długość życia wyższa od przeciętnej jest cechą osób mających długowiecznych przodków,

→        Istnieją cechy uwarunkowane genetycznie, mające wpływ na przeżywalność sędziwych ludzi.

Za  takie biologiczne wskaźniki radzenia sobie z chorobą. można  uznać

°         zdolność adaptacji, przezwyciężania choroby, urazu i stresu,

°         istnienie rezerw czynnościowych (określają, jaka część narządu wystarczy, aby nadal pełnił swoją funkcję)

→        Ciągłym marzeniem jest odkrycie eliksiru młodości. Genowe manipulacje będą mogły opóźnić  jedynie rozpoczęcie procesu starzenia się.

→        Wkrótce lekarze będą mogli stosować terapię genową w przypadku chorób nowotworowych i metabolicznych

W naturze genetycznego wpływu na zachowanie tkwi zasada nieoznaczoności. Wyniki wielu doświadczeń potwierdzają fakt, że geny predysponują temperament, wpływają na inteligencję i osobowość, jednak nie decydują ostatecznie  o jej rozwoju i strukturze . Ważną rolę w rozwoju osobowości pełnią osobiste marzenia i wybory dokonywane przez człowieka. Okres krzepnięcia osobowości przypada 18 –30 r.ż.

Niezmienny przez całe życie  jest temperament ( odpowiada za gniew, depresje, impulsywność, nałogi), potrzeba aprobaty, ekscytacji  oraz cecha tzw. unikania urazów . Słabnie  natomiast potrzeba nowych wrażeń, konfliktowość.

Charakter może się poprawiać w starszym wieku, ( praca – nawyk) wzrasta wrażliwość, altruizm, uduchowienie, poczucie godności, optymizm, ale i egoizm.

 Czynniki środowiska 

Możemy zadbać, aby proces starzenia nie ulegał  przyspieszeniu, sprawić, aby odbywał się w sposób harmonijny, abyśmy  mogli jak najdłużej wieść aktywne życie, zachowując jak najdłużej sprawność i zdrowie.

wpływ środowiska → charakter→osobowość , zdrowie

geny → temperament→osobowość, zdrowie

osobowość, wiedza →  wybór, stan środowiska, geny, zdrowie

           

°         Żyjemy dłużej, nie dlatego, że wolniej się starzejemy ale dlatego, że żyjemy inaczej:

-    lepiej się odżywiamy

-    korzystamy z dobrodziejstw wiedzy, medycyny ( szczepienia, antybiotyki), powszechnej opieki lekarskiej

-         mamy lepsze warunki socjalne, materialne, możemy wybrać zdrowszy styl życia .

Przesunięciu – skróceniu ulega okres, w którym ludzie poważnie chorują, ulegają inwalidztwu, umierają,

 °         Jeżeli dłużej będziemy siebie poznawać, czy dłuższe życie będzie szczęśliwsze ? -  BYĆ MOŻE USTALIĆ SIĘ DA CZEGO NIE MOŻNA ZMIENIĆ. Prawdopodobnie pojawienie się nowych technik molekularnych umożliwi w ciągu najbliższych lat przeprowadzenie dodatkowych badań w tym kierunku.

°         Wyniki nowych prac badawczych mogą w każdej chwili zmienić poglądy obowiązujące w nauce.

Gen SIRT1 powstrzymuje długowieczność

W mysich komórkach został znaleziony gen ograniczający czas w którym komórka może się dzielić, żyć. Gen ten, nazwany SIRT1, aktywny jest w procesie starzenia się i przypuszczalnie gwarantuje, że starzejąca się komórka nie będzie przekazywać szkodliwych mutacji. Znokautowanie genu SIRT1 w hodowlach komórkowych mysich fibroblastów powodowało ich długowieczność, ciągłe podziały bez starzenia się.

Gen SIRT1 znosi długowieczność komórek, może też odgrywać rolę w regulacji starzenia się komórek. Naukowcy jednak przestrzegają przed zbytnim interpretowaniu ich wyników, gdyż dzielące się mysie komórki w hodowli laboratoryjnej są niedoskonałym modelem dla wyjaśnienia, jak procesy starzenia wpływają na ludzki komórki.

Pewna wskazówką z tych badań jest to, że znosząc działanie genu SITR1 można stworzyć ważną technikę produkcji dużej ilość normalnych komórek do wykorzystywanych do dalszych badań. W tym kontekście komórki z nieaktywnym genem SIRT1 mają przewagą nad innymi typami stale dzielących się komórek, takich jak komórki rakowe, które mimo że dzielą się one bez końca nie są normalne.

Badania zostały przeprowadzone przez zespół naukowców pod kierownictwem Frederick'a W. Alt'a z Howard Hughes Medical Institute (USA). Wyniki zostały opublikowanie w lipcowym Cell Metabolism. Pierwszymi autorami artykułu byli Katrin Chua i Raul Mostoslavsky.

Naukowcy rozpoczęli badania nad SIRT1 ponieważ zaintrygowani publikacjami wynikami prac innych naukowców, które wskazywały, że drożdżowy odpowiednik tego genu: Sir2, przedłuża zdolność komórki do powielania się. Dodatkowe badania wskazały, że nadprodukcja Sir2 w komórkach robaków i much zwiększały długość życia tych organizmów. Badania zasugerowały, że poprawienie działania ssaczej wersji genu, tj. SIRT1, pozwalałoby na długowieczność. "Z tego powodu firmy farmaceutyczne opracowują leki wpływające na działalność SIRT1" - powiedział Frederick W. Alt.

Naukowcy badają całą rodzinę siedmiu genów SIRT z uwagi na ich potencjalną regulatorową rolę w układzie odpornościowym, stabilności genomu i naprawy DNA. Enzymy produkowane przez geny SIRT, zwane deacetylazami, aktywują wiele cząsteczek w komórce. Badano skutki znoszenia aktywności genu SIRT1 w hodowlach mysich embrionalnych fibroblastów. Szczególnie zwracano uwagę na działanie SIRT1 a brak zdolności komórek do podziałów w hodowli.

"Badaliśmy myszy ze znokautowanym genem SIRT1, które mają pewną liczbę wad" - powiedział naukowiec. "I kiedy wyhodowaliśmy embrionalne fibroblasty w hodowli komórkowej, zauważyliśmy, że w przeciwieństwie do komórek z aktywnym genem SIRT1 powodującym ograniczenie podziałów komórek zanim się zestarzeją, komórki z nieaktywnym genem SIRT1 dzieliły się bardzo dobrze, pomimo wad. Było to zaskakujące, gdyż odkrycia w drożdżach i innych niższych organizmach (gdzie im więcej Sir2 tym dłuższe życie) sugerowały, iż pozbywając się ssaczych genów SIRT1, komórki powinny się zestarzeć wcześniej. Ale otrzymaliśmy przeciwny efekt, komórki utrzymywały się przy życiu i nie ulegały starzeniu".

Aby potwierdzić, że samo zniesienie działania SIRT1 wpływa na komórki, a nie jakiś wtórny efekt spowodowany znokautowaniem genu na wczesnych etapach rozwoju naukowcy stworzyli mysie komórki, w których mogli dowolnie blokować i odblokowywać z powrotem gen SIRT1. Po zablokowaniu genu także komórki stały się nieśmiertelne, a w momencie odblokowania z powrotem podlegały starzeniu.

"Tak jak pokazaliśmy, w przeciwieństwie do drożdży, mysi gen SIRT1 znosi długowieczność niż ją promuje" - powiedział Frederick W. Alt. "To było dużym zaskoczeniem, nie pasowało z ogólnie przyjętą rolą SIRT1."

W dalszych badaniach odkryto, że SIRT1 może regulować starzenie poprzez zmniejszanie ekspresji genu p19, uznawanego za ważnego mediatora procesu starzenia. Jednak naprawdę, brak genu p19 w komórkach podobnie eliminuje starzenie się komórek w hodowlach komórkowych. Naukowcy odkryli też, że SIRT1 oddziałuje też na szlak odpowiedzi komórki w wyniku uszkodzenia DNA wywołanego utlenianiem. Wskazano, że komórki bez SIRT1, w przeciwieństwie do normalnych komórek, kontynuowały podziały, kiedy traktowano je niskim poziomem utlenienie, indukowanymi przez nadtlenek wodoru. Jednak w przypadku wysokiego poziomu utlenienie DNA komórki z zablokowanym genem SIRT1 odpowiedź komórki była taka sama jak normalnych komórek - tj. starzenie się.

Wg naukowców usunięcie SIRT1 umożliwia tworzenie komórek mnożących się bez procesów starzenia. Byłyby one wartościowe dla naukowców hodujących komórki do badań. "Wiele laboratoriów i przedsiębiorstw stworzyło wiele modulatorów SIRT1" - powiedział naukowiec. "Myślę, że nasze odkrycia oferuję interesującą możliwość ich wykorzystania, blokując SIRT1 umożliwia się produkcję dużej ilości stosunkowo normalnych komórek. Oczywiście my pokazaliśmy dotychczas działanie tylko w mysich embrionalnych fibroblastach. Należy dowieść tego także na innych odróżnicowanych komórkach jak i komórkach macierzystych".

Naukowcy w przyszłości planują zbadać skutki wyłączenie genu SIRT1 w dorosłych myszach. Badania pozwoliłyby określić, czy wyłączenie genu eliminuje starzenie się komórek w szerszym zasięgu. Pozwoliłyby także zbadać potencjalną rolę SIRT1 w znoszeniu guzów nowotworowych i innych funkcji.

41. Wolnorodnikowa i mitochondrialna teoria starzenia.

Teoria mitochondrialna – Mitochondria są strukturami wewnątrzkomórkowymi (organellami) produkującymi energię dla całego naszego organizmu. Ich podstawowym produktem energetycznym jest cząsteczka o nazwie Adenozynotrójfosfataza (ATP). ATP pozwala nam żyć, ponieważ każda chwila naszej aktywności wymaga dostarczenia właśnie energii z tej cząsteczki. Wraz z wiekiem mitochondria stają się mniej efektywne, ich liczba zmniejsza się, a z tym związany jest spadek wytwarzania ATP. Kumulacja mutacji DNA prowadzi do powstania mozaikowatości komórek organizmu, postępująca z wiekiem organizmu liczba komórek somatycznych ze zmutowanych mtDNA jest przyczyną starzenia się organizmów. Ma to związek z procesem oddychania. Zwiększona frakcja katalazy mitochondrium może spowodować wydłużenie życia p 20% (doświadczenia na myszkach).Teoria wolnorodnikowa – mogą spowodować spadek efektywności mitochondriów w wyniku czego organizm starzeje się. Wolny rodnik jest określeniem cząsteczki posiadającej wolny elektron, a ta właściwość umożliwia mu reagowanie z normalnymi cząsteczkami, uszkadzanie ich, niszczenie ich równowagi i w efekcie przekształcenie również w wolne rodniki. Wolne rodniki produkowane są jako wynik naturalnych procesów zachodzących w naszym organizmie, ale wiele czynników może wpływać na przyspieszenie ich powstawania. Są to m.in. nieprawidłowa dieta, papierosy i alkohol. Wolne rodniki uszkadzają wiele struktur komórkowych, prowadząc do dysfunkcji komórki. "Wymiatacze" wolnych rodników, częściej nazywane antyoksydantami, powodują przekształcanie się tych rodników w normalne cząsteczki. Antyoksydantami są znane powszechnie witaminy C, E, beta-karoten, jak również melatonina.

42. MOLEKULARNE PODŁOŻE CHOROBY ALZHEIMERA I 43. BIAŁKO AMYLOIDOWEI SPLĄTKI NEUROFIBRYLARNE JAKO CZYNNIK W PATOGENEZIE CHOROBY ALZHEIMERA

Molekularne podłoże choroby Alzheimera

Obecność tarczek amyloidowych i splotów neurofibrylarnych jest zasadniczą cechą choroby Alzheimera. Hipotaza kaskady amylowej zakładają,że odkładanie białka amyloidowego beta pochodzącego z białka prekursorowego amyloidu jest procesem zapoczątkowującym chorobę i że białko amyloidowe beta lub jego fragmenty mają właściwości neutrotoksyczne prowadzące do powstania splotów neurofilamentów i innych objawów. Nie wykluczono jednak możliwości , że odkładanie białka amyloidu beta jest w większości przypadków wtórne w stosunku do innych przyczyn. Wykazano,że mutacje genów kodujących białko prekursorowe amyloidu oraz preseniliny 1 i 2 są zaangarzowane w pewne rodzinne typy choroby Alzheimera. Wykazano też, że APOE 4 jest ważnym genem określającym podatność na chorobę Alzheimera o późnim początku. Zasadniczy obraz patologiczny wskazuje na proces degeneracujny charakteryzujący się utratą komórek w pewnuch obszarasz mózgu. Przyczyną obumierania jest apoptoza.

Co to jest choroba Alzheimera ?

Choroba Alzheimera należy do kręgu schorzeń otępiennych (50% wszystkich przypadków otępienia), charakteryzujacych się organicznymi zaburzeniami w sferze czynności poznawczych, zwłaszcza zaś postępującym zanikiem pamięci, wytracaniem zdolności do myślenia abstrakcyjnego, do wykonywania w sposób logicznie uporządkowany złożonych, a potem, w miarę postępu choroby, nawet prostych zadań. Schorzenie to charakteryzuje się podstępnym początkiem, trudnym niekiedy do zauważenia przez otoczenie. W miarę upływu czasu pojawiają się różne zaburzenia zachowania i objawy związane z upośledzeniem czynności kory mózgowej.

Fazy rozwoju choroby Alzheimera

Osoba z AD żyje średnio 8-10 lat od momentu wystąpienia pierwszych objawów, jednak znane są przypadki nawet 20 letniego przeżycia. Podczas tego okresu choroba ulega ciągłemu postępowi.

Faza 1 - łagodna postać AD

Łagodna faza AD może trwać od 2 do 4 lat. Osoby chore w tym okresie choroby mogą:

Chorzy z łagodną postacią AD są zwykle czujni, towarzyscy, cieszą się życiem, ale częstsze zapominanie może zaburzać im życie codziennie i wywoływać frustrację. Mogą być także nadmiernie uczuciowi, kapryśni czy apatyczni.

Faza 2 - umiarkowana postać AD

Faza umiarkowanie nasilonego AD jest zwykle najdłuższa i trwa od 2 do 10 lat. W stadium tym chory może:

Pacjenci z umiarkowaną postacią AD często wymagają ścisłego nadzoru. Myślenie, logika i zachowanie ulegają stopniowemu pogorszeniu i w końcu koniecznym może okazać się opieka nad pacjentem w ciągu dnia lub przekazanie go do domu opieki.

Faza 3 - ciężka postać AD

Ciężka postać może trwać od 1 do 3 lat lub dłużej. Osoby z AD w ostatnim stadium zaawansowania nie mogą już sami wykonywać czynności. Mogą nie być w stanie:

Zwykle pacjenci z ciężką postacią AD są bardzo splątani i tracą większość swojej długotrwałej pamięci. Opiekunowie muszą pamiętać, że ukochane osoby z AD mogą mieć halucynacje, urojenia, a nawet mogą wpadać w obłęd. Potrzebna jest ciągła 24 godzinna opieka przez 7 dni w tygodniu.

Blaszki czy splątki ?

Istnieją dwie główne przyczyny neurodegeneracji mózgu spowodowanej chorobą Alzheimera – będące w latach 80- tych tematem toczącej się debaty pomiędzy Baptystami (pierwsze trzy litery pochodzą od βAP – ang. β-amyloid protein ) a Taoistamoi ( zwolennikami białka tau ) dotyczących dwóch odrębnych teorii.

Pierwsza z teorii opiera się o tzw. plaki czyli blaszki amyloidowe (senile plaques) zbudowane ze złogów białka amylidowego - położone pozakomórkowo głównie w hipokampie, płatach skroniowych i ciałach migdałowatych.Choć nie znano funkcji βAP , wiedziano, iż występuje ono w większości tkanek ludzkiego organizmu oraz, że może występować w dwóch różnych formach. Dłuższą formę βAP kojarzono niezmiennie z formowaniem blaszek starczych w AD. Według tej teorii to właśnie odkładnie się βAP jest powodem zmian patologicznych w mózgach pacjentów, a zmiany naczyniowe czyli splątki neurofibrylarne mają charakter wtórny .

Druga teoria opiera się na zwyrodnieniach włókienkowych neuronów – tzw.splątkach neurofibrylarnych białka tauusytuowanych wewnątrzkomórkowo.Rola białka tau w mózgu była jasna - jako składnik cytoszkieletu pełni ono rolę strukturalną i podporową dla aksonów. Jakakolwiek zmiana powoduje upośledzenie tych funkcji, a w konsekwencji smierć neuronów. Pozycja białka tau została jeszcze umocniona w 1998 roku, kiedy formę demencji spowodowaną tylko splątkami neurofibrylarnymi i związaną z mutacjami genu tau.

Ponadto istnieje jeszcze szereg innych przyczyn takich jak zaburzenia uwalniania neurotroficznych czynników wzrostowych ( NGF), stres oksydacyjny, nadmiar wolnych rodników, procesy neuroimmulogiczne. Wszystkie te zmiany indukują uszkodzenia dróg projekcyjnych wielu neurotransmiterów ( poprzez uszkodzenie samych neuronów projekcyjnych lub enzymów uczestniczących w przemianach neurotransmiterów np. acetylotransferazy cholinowej, noradrenaliny, serotoniny). Niedobór i uszkodzenia w AD rozciągają się na wiele rodzajów neurotransmiterów, AD działa niewybiórczo i niezależnie od rodzaju i funkcji neuronu ( w przeciwieństwie do np. choroby Parkinsona, która upośledza tylko neurony dopaminergiczne).

Rysunek 1.Różnic w wyglądzie neuronu normalnego i neuronu wpoczątkowym stadium AD. Rysunek zmodyfikowano na podstawiekliknij tutaj

Białko prekursorowe β-amyloidu (βAPP)

βAPP to glikoproteina błonowa typu I, jest syntetyzowana we wszystkich typach tkanek (gen βAPP należy do genów tzw.podstawowego metabolizmu komórkowego ).Po syntezie na rybosomach, βAPP jest glikozylowane w siateczce endoplazmatycznej ( ER ) i w aparacie Golgiego, skąd część molekuł dociera do błony na drodze endocytozy.

Białko to usytuowane jest w komórce w taki sposób, że jego krótki koniec (ok.47 aa) znajduje się w cytoplaźmie, a dłuższy (ok.700 aa) w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Gen βAPP składający się z 18 egzonów zmapowano na chromosomie 21q21.2 .W wyniku alternatywnedo składania egzonów powstaje 8 izoform βAPP o różnej długości.W mózgu występują 3 izoformy tego białka : βAPP 695 ulegające ekspresji głownie w neuronach oraz βAPP 751 i βAPP 770 syntetyzowane w astrocytach, mikrogleju i niektórych populacjach neuronów. Spekulacje i badania nad rolą fizjologiczną βAPP doprowadziły do kilku hipotez:

  1. βAPP może działać pobudzająco na wzrost komórek w sposób autokrynny (pokazano to w doświadczeniu z fibroblastami, gdzie obserwowano zredukowane tempo proliferacji fibroblastów po zastosowaniu oligonukleotydów antysensownych do βAPP).

  1. Omawiane białko może stanowić składnik macierzy zewnątrzkomórkowej i uczestniczyć w adhezji komórkowej lub służyć jako receptor powierzchniowy komórek.

  2. Obecność domeny inhibitora proteazy serynowej typu Kunitz występująca w niektórych izoformach warunkuje aktywność inhibitora wobec proteaz serynowych.

Endoproteoliza białka prekursorowego β-amyloidu

β-amyloid powstaje z białka prekursorowego (βAPP), które jest cięte przez enzymy: α, β i γ sekretazy. Pierwsza do akcji przystępuje zazwyczaj α-sekretaza, która tnie βAPP ze strony zewnętrznej, tak blisko błony, że cięcie przypada w obrębie sekwencji tworzącej β-amyloid. Powstały w wyniku tego procesu wielki fragment zewnątrzbłonowy, zwany α-APPs, jest rozpuszczalny i nie tworzy żadnych produktów szkodliwych, a wręcz przeciwnie, wydaje się pełnić istotne funkcje fizjologiczne, takie jak promowanie adhezji komórek, zwiększanie plastyczności synaptycznej i ochronę neuronów przed nadmiarem pobudzających aminokwasów.

Pozostały po akcji α-sekretazy zaczepiony w błonie fragment składający się z 83 aminokwasów (C83) ulega dalszemu cięciu przez γ-sekretazę, dziwny enzym, katalizujący hydrolizę w środowisku skrajnie hydrofobowym, jakim jest wnętrze błony. Produkt tego działania nosi nazwę wewnątrzkomórkowej domeny βAPP( białko p3) i jest przenoszony do jądra, w którym pełni funkcję czynnika transkrypcyjnego, regulującego bardzo ważną dla komórki kaskadę sygnalizacji wapniowej.Pozostały fragment CTF ulega degradacji w lizosomach.

W mózgu, a także w niektórych innych organach, jak w trzustce, poza α-sekretazą znajduje się jeszcze β-sekretaza. Działa ona podobnie do α-sekretazy, ale tnie βAPP dalej od błony, tak, że pozostawia nienaruszoną sekwencję β-amyloidu. Teraz, kiedy od wnętrza komórki na pozostały fragment, liczący 99 aminokwasów (C99) rzuci się γ-sekretaza, odcięty zostaje produkt będący β-amyloidem oraz CTF (podlega degradacji). γ-sekretaza nie jest enzymem zbyt precyzyjnym, a może raczej występuje w kilku izoformach, które mogą ciąć C99 w nieco różnych miejscach.

Najczęściej efektem tego cięcia jest pozostawienie w błonie odcinka liczącego 40 aminokwasów (Aβ40), ale czasem, rzadziej, pozostawia odcinek dłuższy (Aβ42). Oba te fragmenty zostają uwolnione na zewnątrz komórki i oba mają tendencję do zmieniania swojej konformacji z rozpuszczalnej α-helisy do nierozpuszczalnej β-kartki i tworzenia nierozpuszczalnych agregatów β-amyloidu. O ile jednak tendencja taka u Aβ40 jest stosunkowo słaba, Aβ42 tworzy złogi względnie szybko i jest znacznie bardziej toksyczny.

Rysunek 2.Schemat endoproteolizy βAPP.

Dlaczego β-amyloid jest niebezpieczny ?

W wyniku neuroinflammacji wywołanej przez Aβ42 dochodzi do tworzenia się wolnych rodników tlenowych, powodujących w końcu fatalne uszkodzenia. β-amyloid zaburza również prawidłowy metabolizm białek tau, może więc nasilać tworzenie splątków neurofibrylarnych. Ponadto, niezależnie od tego, że zabija neurony cholinergiczne, uszkadza transmisję cholinergiczną na różnych jej etapach. Fragmenty peptydowe uwalniane ze złogów β-amyloidu mogą hamować syntezę acetylocholiny i procesy oszczędzania tego neuroprzekaźnika (wychwyt zwrotny choliny), a ponadto płytki (a także splątki) gromadzą butyrylocholinesterazę, enzym niszczący acetylocholinę i powodujący obniżenie poziomu transmisji sygnału cholinergicznego, co pogłębia deficyt wywołany zmniejszeniem liczby neuronów.

Parę słów o sekretazach

α-sekretaza- jest metaloproteinazą dezintegryny zależną od jonów cynku.Jest to najprawdopodobniej białko TACE (ADAM17 lub ADAM10).Aktywność proteolityczna tego enzymu wzrasta w obecności aktywatorów kinazy białkowej C (PKC), takich jak estry forbolu .Aktywacja receptorów PKC może prowadzić do zwiększenia stopnia hydrolizy APP w miejscu α i obniżenie proteolizy w miejscu β. Badania przeprowadzone na myszach pozbawionych genu TACE wykazały całkowity zanik aktywności α – sekretazy w proteplitycznej hydrolizie białka APP.Tak genetycznie zmienione myszy nie dożywały narodzin, co wskazywałoby na istotną role białka TACE w metaboliźmie komórki.

β-sekretaza-sekretaza jest proteazą aspartylową Asp 2, zwazną także białkiem BACE 1 (ang. β –site APP Cleaving Enzyme) lub memapsyną 2. Białko to wykazuje ok.30% homologie z białkami rodziny pepsyn. Zidentyfikowano także białko BACE 2 (memapsyna 1, Asp 1) posiadającą 64% homologii z białkiem BACE ( nazywanym obecnie BACE 1). Oba te białka stanowią nową grupę transbłonowych proteaz aspartylowych. Wiadomo już, że białko BACE 2 w przeciwieństwie do BACE 1 nie odgrywa zasadniczej roli w procesie generowania β- amyloidu.Białko BACE jest przede wszystkim obecne w błonach otaczających takie organelle jak aparat Golgiego czy endosomy, ale może być zlokalizowane także w błonie cytoplazmatycznej.

γ-sekretaza-jest trasbłonowym kompleksem białkowym o aktywności proteazy aspartylowej.

Białko Funkcja
presenilina 1/2 domena 7 i 8 tworzą centrum aktywne enzymu
nikastryna stabilizuje strukturę IV-rzędową
białko APH-1 ułatwia interakcję PEN-2 z presenilinami
białko PEN-1 stabilizuje strukturę IV-rzędową

Tabela 1.Białka wchodzące w skład kompleksu γ-sekretazy oraz ich funkcje.

Białko tau

Białko tau (60 – 70 kDa) należy do rodziny białek związanych z mikrotubulami ( MAPs –microtubule associated proteins)- łączy się z podjednostkami tubulin, formuje cytoszkielet komórek nerwowych i zapewnia jego stabilność. Występuje przede wszystkim w neuronach, odpowiada za prawidłową strukturę i funkcję aksonu ( zwłaszcza transport aksonalny), odgrywa ważną rolę w regulacji podziału komórkowego oraz w procesach apoptozy.

Omawiane białko podlega fosforylacji z udziałem kinaz białkowych, zwłaszcza w obrębie części C – końcowej i bogatego w prolinę tzw.P – regionu.Zaburzenie równowagi pomiędzy dynamicznymi procesami fosforylacji i defosforylacji wpływa na zmiany regulacji aktywności białka i prowadzi do jedo patologii. Gen MAP-tau zlokalizowano na długim ramieniu chromosomu 17 (17q21–22). Proces transkrypcji MAP-tau podlega złożonemu procesowi alternatywnego składania, w wyniku którego powstaje 6 izoform białka (45–70 kDa). Wczęści C-końcowej białka (wiążącej się z mikrotubulami) znajdują się trzy (3R) lub cztery (4R) kolejno ułożone powtórzenia 31 aminokwasów, zaś część N-końcowa, łącząca się z błoną aksonalną, zawiera 29 (1N)- lub 58 (2N)-aminokwasowej wstawki. Obecność odcinka kodowanego przez ekson 10 prowadzi do powstania izoform zawierających cztery powtórzenia aminokwasów (4R); jego brak oznacza utworzenie izoform z trzema powtórzeniami . Podczas rozwoju osobniczego dochodzi do zmian proporcji izoform 3R do 4R(proces ten prawdopodobnie ma wpływ na kształtowanie się aksonów oraz plastyczność neuronalną). W mózgu noworodków i niemowląt przeważają izoformy 3R, natomiast u osób dorosłych – 4R, które silniej wiążą się z mikrotubulami i w większym stopniu stabilizują cytoszkielet neuronalny.

Rola białka tau w patogenezie choroby Alzheimera

Patologicznie zmienione białko tau (np. w wyniku mutacji typu „missense”, zaburzeń proporcji izoform 3R i 4R, nadmiernego ufosforylowania) wykazuje znacznie osłabione wiązanie z mikrotubulami oraz zwiększoną skłonność do agregacji. Zazwyczaj tworzy podwójne, ślimakowato skręcone filamenty (PHF – paired helical filaments). Rzadziej przybierają one inną konformacje. Zasadniczą rolę w formowaniu PHF odgrywają izoformy 4R oraz odcinek C-końcowy białka tau. Ukazały się doniesienia, że PHF-tau może być pierwszym przykładem patologicznej agregacji związanej z drugorzędową strukturą alfa (a nie beta, jak w większości procesów tego typu).

PHF-tau jest bardzo stabilne i odporne na działanie czynników zewnętrznych. Nie wykazano dotąd bezpośrednio neurotoksycznego działania patologicznie zmienionego białka tau. Stwierdzono natomiast, że jego akumulacja w neuronach prowadzi do zmniejszonej stabilności cytoszkieletu, zahamowania aktywności proteosomalnej oraz wypierania postaci nieufosforylowanej białka tau, niezbędnej do transportu aksonalnego mitochondriów pomiędzy jądrem komórkowym a synapsą. W rezultacie dochodzi do zaburzeń funkcji neuronów i ich obumierania. Złogi patologicznego tau (obecne zarówno w neuronach jak i w komórkach glejowych) mogą przybierać morfologicznie postaci zwyrodnienia włókienkowatego (NFT – neurofibrillary tangles), nici neuropilowych, ciał Picka oraz plak neurytycznych (z dystrofi cznymi neurytami) .

Rysunek 3.Zmiany zachodzące w neuronie w wyniku hiperfosforylacji białka tau.

Aoplipoproteina E - jak wpływa na rozwój choroby Alzheimera

Apolipoproteina E jest białkowym składnikiem licznych lipoprotein osocza (chylomichronów, VLDL –i, remnantów chylomikronów, IDEL-i, HDL-i) oraz obecna jest w płynie mózgowo-rdzeniowym . Pełni ważną role w regulacji metabolizmu lipidów osocza. Główna jej funkcja fizjologiczna polega na umożliwianiu wypływu nadmiaru choresteloru z wnętrza komórek obwodowych i warunkowaniu wprowadzania niektórych lipoprotein (szczególnie remnantów chylomikronów i VLDL-i do wnętrza komórek). Funkcje apoE wykraczają jednak znacznie poza jej udział w regulacji metabolizmu lipidów. Liczne prace dowodzą , że apoE jest zaangażowana w modulowanie odpowiedzi zapalnej, regulacje funkcji płytek krwi, zjawisko apoptozy i stresu oksydacyjnego.

ApoE występuje powszechnie w 3 izformach, E2 , E3 , E4, które różnią się resztami aminokwasowymi w pozycjach 112 i 158 łańcucha polipeptydowego. Izoforma E3 charakteryzuje się obecnością reszty cysteiny w pozycji 112 i reszty argininy w pozycji 158, izoforma E4 zawiera reszty argininy zarówno w pozycji 112 jak i 158, natomiast izoforma apoE2 w obu tych pozycjach łańcucha polipeptydowego ma reszty cysteiny. Gen APOE zlokalizowany jest w chromosomie 19q13.2, jego allele wielokrotne ε 2,3,4 koduja poszczególne izoformy, odpowiednio apo E2, apo E3 i apo E4. Obecność trzech alleli geno APOE warunkuje występowanie sześciu genotypów w populacji ludzkiej, w tym trzech homozygotycznych (2/2, 3/3, 4/4) i trzech heterozygotycznych (2/3, 2/4, 3/4). Poszczególne izoformy apoE różnią się powinowactwem do receptorów rodziny LDL(izoforma E2 charakteryzuje się znacznie mniejszym powinowactwem niż izoforma E3, mniej jednoznaczne są dane dotyczące powinowactwa apo E4), ale także powinowactwem do lipidów - związane jest to przede wszystkimz obecnością lub brakiem arginy w pozycji 112.

Obecność allelu ε4 jest uznanym czynnikiem ryzyka choroby Alzheimera. Obecność przynajmniej jednego allelu ε4 stwierdzono w 80% przypadków rodzinnej i 64% sporadycznej choroby Alzheimera, podczas gdy wśród ludzi zdrowych nosicielami ε4 jest ok.31% osób. Szacuje się, że u osób homozygotycznych ε4ε4 objawy choroby pojawiają się średnio o 16 lat wcześniej niż u osób nie bedących nosicielami tego allelu.

Zgodnie z hipotezą Offermana i Medford’a modyfikacja LDL do utlenionych LDL (oksyLDL) przez reaktywne związki tlenowe jest najważniejszym wydarzeniem, które inicjuje i propaguje procesy miażdżycowe. Promiażdżycowe działanie oksyLDL polega nie tylko na idukacji akumulacji cholesteroru w makrofagach, prowadzącej do powstawania komórek piankowatych, ale również wpływa na adhezję i migrację monocytów i limfocytów oraz dysfunkcję śródbłonka.Cytotoksyczny efekt rodników tlenowych odgrywa prawdopodobnie istotna role także w patogenezie choroby Alzheimera.Stres oksydacyjny w AD przynajmniej cześciowo wynika z obecności hipokampalnych i kortykalnych płytek, zbudowanych głównie z peptydów β-amyloidowych (Aβ). Peptydy te odziaływują prawdopodobnie z komórkami śródbłonka naczyń krwionośnych, czemu towarzyszy produkcja wolnych rodników nadtlenowych, wpływających na zmiany w strukturze i funkcji endotelium. Stwierdzono, że uszkodzenia mózgu spowodowane przez wolne rodniki u osób chorych na AD mają związek z genotypem APOE. W tkankach osób z AD homozygotycznych pod względem allelu ε4 stwierdza się wyższy poziom oksydacji lipidów niż u osób chorych o genotypie ε3ε3 i u osobników zdrowych . Fakty te mogą świadczyć o właściwościach antyoksydacyjnych apoE, przy czym najbardziej efektywnym przeciwutleniaczem byłaby izoforma E2, natomiast najsłabszym –izoforma E4.

43. Białko amyloidowe i splątki neurofibrylarne jako czynnik w patogenezie choroby Alzheimera.

Choroba Alzheimera jest postępującym jest postępującym schorzeniem neurozwyrodnieniowym prowadzącym do upośledzenia i stopniowego zaniku pamięci i funkcji poznawczych. Charakteryzuje się ona spadkiem liczby neuronów, gromadzeniem się płytek starczych w przestrzeni pozakomórkowej mózgu i opon oraz splotów neurowłókienkowych w przestrzeni wewnątrzkomórkowej.

W procesie chorobowym prowadzącym do niszczenia neuronów i uszkodzeń mózgu biorą udział peptyd amyloidu β (Aβ) składające się z 39-43 reszt aminokwasowych, hiperfosforylowane białko tau, preseniliny, apoliproteina E.

Mózg jest otoczony półprzepuszczalną barierą krew-mózg, która powstrzymuje obce substancje przed przedostaniem się z krwiobiegu. Z upływem lat ulega osłabieniu jej zdolność funkcjonalna, ciągłość bariery krew-mózg może być również zaburzona na skutek procesów zapalnych. Uszkodzenie struktury bariery krew-mózg może przyspieszać odkładanie się złogów amyloidu β przez napływ cząsteczek Aβ40 i 42 z krwi obwodowej do mózgu.

Zewnątrzkomórkowe złogi białka amyloidu β gromadzą się szczególnie w obszarach odgrywających ważną rolę w kontroli funkcji pamięciowych i poznawczych.

Amyloid β jest produktem degradacji dużej 695-aminokwasowej cząsteczki białkowej, będącej integralnym białkiem membranowym – prekursora białka β amyloidowego(APP) . APP przetwarzany jest przez kompleks enzymatyczny sekretazy α,β,γ. W wyniku działania tych sekretaz powstają peptydy Aβ40 i Aβ42. Bardziej hydrofobowy Aβ42 o większej tendencji do tworzenia fibryli jest głównym peptydem odpowiedzialnym za tworzenie złogów mózgowych.

W wielu neuronach umiejscowionych w regionach mózgu najczęściej uszkadzanych w chorobie Alzheimera obserwuje się duże, niezwiązane z błoną sploty białkowe. Składają się one z helikalnie zwiniętych sparowanych włókien. Głównym ich składnikiem jest hiperfosforylowane białko tau. Nadmierna fosforylacja białka tau powoduje upośledzenie czynności mikrotubul, rozerwanie cytoszkieletu komórki nerwowej, zanik transportu aksonalnego i destrukcji komórki. Obecność złogów amyloidowych, splątków neurofibrylarnych oraz ubytek neuronów poważnie upośledzają funkcje pamięciowe i powodują rozwój otępienia.

44. ROLA I METABOLIZM ŻELAZA W ORGANIZMIE CZŁOWIEKA

Rola i metabolizm żelaza

-Pierwiastek ten jest mikroelementem.

-Znajduje się w wielu ważnych białkach: hemoglobinie, mioglobinie, w tym też w centrach aktywnych licznych enzymów takich jak: katalaza, peroksydazy oraz cytochromy.

-W organizmie człowieka znajduje się od czterech do pięciu gramów żelaza. Około 70% tej ilości jest związane w krwi, głównie w postaci hemoglobiny.

-W mięśniach żelazo wchodzi w skład mioglobiny, czerwonego barwnika mięśni pełniącego funkcję przenoszenia tlenu wewnątrz komórki.

-Wchodzi w skład wielu enzymów oraz związków metaloproteinowych biorących udział w procesach oksydacyjno- redukcyjnych.

-Organizm magazynuje pewną ilość żelaza, w wątrobie, śledzionie i szpiku

-Zapotrzebowanie na żelazo jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu

-Norma dobowego spożycia waha się w dość dużych granicach. U osób dorosłych: od 10mg/dobę u mężczyzn, do 20 mg u kobiet.

-Żelazo jest niezbędne do prawidłowego wytwarzania hemoglobiny (czerwonego barwnika krwi) i dostarczania tlenu wszystkim komórkom organizmu. Pierwszym objawem zbyt niskiego spożycia żelaza jest osłabienie i zmęczenie. W grupie ryzyka utraty zapasów żelaza i wystąpienia objawów niedoboru są kobiety i dziewczęta, jedzące małe ilości mięsa, drobiu i ryb a szczególnie całkowite wegetarianki.

-W pokarmach pochodzenia zwierzęcego około 40% żelaza występuje w łatwo przyswajalnej postaci hemowej (mioglobina, hemoglobina). Jego przyswajalność z pokarmów wynosi około 20%.

-W produktach spożywczych pochodzenia roślinnego żelazo jest w postaci trudno przyswajalnej, niehemowej i jego przyswajanie dochodzi do 5%.

NIEDOBÓR

-Niedobór żelaza powoduje wiele niekorzystnych skutków zdrowotnych jak; spadek sprawności fizycznej, obniżenie możliwości koncentracji i sprawności umysłowej, niesprawność pamięci i zły nastrój, zmniejszenie odporności na przeziębienia i infekcje lub zaburzenia rytmu pracy serca. Charakterystycznym objawem niedoboru żelaza jest, łaknienie spaczone, czyli apetyt na produkty nie zaliczane do pokarmów, jak krochmal, lód, tynk i inne.

NADMIAR

Chociaż organizm ma dość dobrze rozwinięte mechanizmy regulacyjne, w niektórych sytuacjach może dojść do odkładania się żelaza w wątrobie, trzustce i w innych narządach powodując tzw. hemochromatozę. Objawy zatrucia u dorosłych zdrowych osób są rzadkie. U dzieci natomiast śmiertelna może być dawka 3g. Przedawkowanie żelaza powoduje wzrost ryzyka zachorowania na choroby serca oraz choroby nowotworowe w szczególności raka odbytnicy. Duże ilości soli żelaza(II) są toksyczne. Sole żelaza(III-VI) są nieszkodliwe, ponieważ się nie wchłaniają.

WCHŁANIANIE

Żelazo wchłania się w dwunastnicy i jelicie cienkim w postaci Fe2+. Po wchłonięciu wiązane jest przez apoferrytynę w błonie śluzowej przewodu pokarmowego. Powstaje ferrytyna, a żelazo znajduje się wtedy na +3 stopniu utlenienia. We krwi transportowane jest przez transferynę. Magazynowane jest w wątrobie również w postaci ferrytyny.

ŹRÓDŁO

Są dwa źródła żelaza: żelazo hemowe, które jest łatwo przyswajalne przez organizm i żelazo nie hemowe zawarte miedzy innymi w roślinach które jest znacznie trudniej przyswajalne przez organizm. Przyswajalność żelaza zależy od wielu czynników np. witaminy C.

Najbogatszym źródłem żelaza w diecie jest czerwone mięso, duże ilości znajdują się również w tłustych rybach, mięsie kurczaka i indyka, niektórych orzechach, nasionach, suszonych owocach, ciemnozielonych warzywach i  wzbogacanych płatkach śniadaniowych.

Żelazo:

-jest elementem wielu enzymów(w tym cytochromów)

-białek(hemoglobina i mioglobina)

-transport tlenu

-syneza DNA

-podziały komórkowe

-zwiększa odporność na choroby i dodaje życiowej energii

-uczestniczy w tworzeniu osłonek mielinowych i włókien protoplastycznych neuronów

Atom żelaza znajduje się w centrum układu 4 pierścieni pirogowych hemu powiązanych z 4 atomami azotu.

Kobiety tracą żelazo podczas comiesięcznych krwawień menstruacyjnych, podczas ciąży i karmienia piersią.

Z pokarmu przyswajamy ok. 0,5-2mg żelaza (wit C wzmaga wchłanianie)

Rezerwa żelaza na czarną godzinę: żelazo mioglobinowe, ferrytyna i hemosyderyna

Zakłócony metabolizm żelaza(nadmiar) powoduje:

-zmiany miażdżycowe (złogi miażdżycowe w naczyniach)

-stan prooksydacyjny (udział Fe w procesach utleniania)

-przyspiesza utlenianie cząstek LDL cholesterolu, utlenione cząsteczki oxLDL stają się ‘złym cholesterolem’ i w łatwej postaci odkładają się na ściankach naczyń krwionośnych inicjując rozwój blaszki miażdżycowej

-w ciężkich przypadkach gwałtowne obniżenie ciśnienia lub śpiączka

-powstanie wolnych rodników (starzenie się skóry, zmiany nowotworowe, uwalnianie Fe z ferrytyny, a nawet z hemu) jony Fe3+ ulegają redukcji i redukują tlen.

Żelazo może katalizować tzw. Reakcję Fentona

Fe+2 + H2O2 -> Fe+3 + *OH(rodnik hydroksylowy) + OH-

*OH ma potencjał utleniający (reaguje z każdą molekułą w sąsiedztwie), co prowadzi do uszkodzeń DNA, białek czy lipidów.

-przyczynia się do rozwoju cukrzycy, choroby Parkinsona

-u chorych na hemochromatozę (absorpcja Fe z pożywienia jest 3x większa) powoduje nadprodukcję wolnych rodników, zwłóknienie i uszkodzenie wielu narządów, zagrożenie miażdżycą i rozwojem nowotworów)

Niedobór żelaza jest mniej groźny i może prowadzić do anemii.

Fe transportowane jest we krwi w postaci związanej z białkiem osocza- transferyną (wiąże ona 2 jony Fe3+) z nią żelazo pokarmowe jest przenoszone do szpiku kostnego gdzie służy komórkom prekursorowym (erytroblastom) do syntezy hemoglobiny. Może być magazynowane- gł. w wątrobie.

Pokarmowe źródła żelaza: wątroba(wieprzowa i cielęca), żółtka jaj kurzych i suche nasiona roślin strączkowych, zioła, jabłka i maliny.

45.Zaburzenia metabolizmy żelaza w wybrane choroby człowieka (hemochromatoza, miażdzyca…)

Hemochromatoza:

czyli przeciążenie żelazem, jest dziedziczną chorobą metaboliczną, w której dochodzi do nadmiernego wchłaniania żelaza z pożywienia. U zdrowego człowieka żelazo podlega procesowi recyrkulacji – uwolnione z rozpadających się krwinek czerwonych jest wbudowywane do nowo powstających erytrocytów. Gdy poziom żelaza we krwi jest obniżony, organizm wchłania je z pożywienia, kiedy jednak jego zapasy w różnych tkankach i narządach są duże, ujawnia się cukrzyca i może dojść do uszkodzenia serca, wątroby, trzustki, jąder i stawów. W narządach tworzą się złogi hemosyderyny (białko zawierające żelazo w formie koloidalnej. Występuje w wątrobie)

Miażdżyca:

Aktywne żelazo przyspiesza utlenianie LDL co wpływa na powstawanie złogów na ściankach naczyń krwionośnych. (przy miażdżycy wzrasta również poziom uszkodzeń DNA w limfocytach)

Choroba Parkinsona:

Żelazo przyczynia się do występowania stresu oksydacyjnego - sytuacji, w której komórki uwalniają toksyczne wolne rodniki. Stres oksydacyjny może spowodować degeneracje komórek mózgu odpowiedzialnych za wydzielanie dopaminy. W neurodegeneracyjnej chorobie Parkinsona dochodzi do obumierania komórek mózgu produkujących dopaminę - ważny przekaźnik nerwowy. Brak dopaminy zaburza przekazywanie sygnałów w rejonach mózgu odpowiedzialnych za sterowanie ruchem. Stąd charakterystyczne spowolnienie i ograniczenie ruchów, zwiększone napięcie mięśni i drżenie rąk i palców.

46. NATURA KOMÓREK MACIERZYSTYCH

Komórki macierzyste, inaczej komórki pnia (ang. stem cells) – komórki, które mają jednocześnie dwie zdolności:

  1. potencjalnie nieograniczonej liczby podziałów (samoodnawiania swojej puli – proliferacji)

  2. różnicowania się do innych typów komórek

Inaczej mówiąc są nieśmiertelne i samoodnawialne oraz mają zdolność do różnicowania się do innych typów komórek.

Komórki macierzyste mają nieograniczoną zdolność do dzielenia się i stąd uważa sie je za komórki nie-śmiertelne. Ich podział następuje głównie poprzez aktywacje białka p34, czyli kinazy białkowej . fazy S i polega na połączeniu tego enzymu z cykliną fazy S i jej fosforylacji ,wynikiem tej reakcji jest wydłużanie cząsteczek DNA z 2 do ok.4 m. Następnie pod wpływem fazy M, komórka wchodzi w mitoz co inicjuje syntezę DNA (faza S).

Z komórki macierzystej po podziale powstaje jedna komórka macierzysta i jedna komórka różnicująca się (podział asymetryczny), dużo rzadziej, dwie takie same komórki macierzyste (podział symetryczny).

Komórka zróżnicowana ma cechy konkretnej tkanki i nie ma zdolności do samoodnowy. Oznacza to, że może się podzielić określoną ilość razy, a gdy wyczerpie limit swoich podziałów umiera. Komórki potomne nie mają też zdolności do różnicowania się w komórki innej tkanki. Raz powstały limfocyt może dzielić się dając już tylko kolejne limfocyty, a nie np. makrofagi. Aby organizm miał skąd brać komórki na miejsce tych, które umarły potrzebne jest źródło nowych komórek. Takim źródłem są komórki macierzyste. Zapewniają nie tylko stały dopływ nowych komórek, ale też w podziałach kopiują same siebie, zapewniając teoretycznie niewyczerpalne źródło świeżego materiału do budowy tkanek. Teoretycznie – gdyż zdolność do samoodnowy nie jest równoznaczna z nieśmiertelnością. Nawet potencjał rozrodczy komórek macierzystych w końcu ulega wyczerpaniu, chociaż w porównaniu z komórkami zróżnicowanymi jest ogromny.

U roślin naczyniowych własność komórek macierzystych mają komórki merystemów.

Komórki macierzyste hodowane w kulturach in vitro mają zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych. Z ludzkimi komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na postęp medyczny w postaci terapii komórkowej i medycyny regeneracyjnej. Embrionalne komórki macierzyste, mogące potencjalnie zróżnicować się w każdy rodzaj komórek, teoretycznie mogłyby zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu. Niemniej jednak do praktycznego zastosowania embrionalnych komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Embrionalne komórki macierzyste wprowadzone do dorosłego organizmu, zamiast integrować się, tworzą potworniaki. Nie dysponujemy jeszcze protokołami pozwalającymi na ich wydajne różnicowanie do specyficznych tkanek lub narządów in vitro. Dorosłe komórki macierzyste, chociaż posiadają ograniczoną zdolność różnicowania w różne tkanki wykazują cechy dające im przewagę nad komórkami embrionalnymi w zastosowaniu w terapii. Po pierwsze nie tworzą potworniaków, a po drugie mogą być pobrane z własnego organizmu pacjenta, dzięki czemu nie istnieje ryzyko ich odrzucenia (co mogłoby mieć miejsce po podaniu embrionalnych komórek macierzystych). Dodatkowo, pozyskanie dorosłych komórek macierzystych nie wiąże się ze zniszczeniem embrionu, nie wywołuje zatem protestów o naturze etycznej. Dorosłych komórek macierzystych niejednokrotnie użyto już do skutecznej terapii wielu różnych chorób, a związane z nimi badania kliniczne sięgają już III fazy eksperymentów klinicznych

47.Podział komórek macierzystych ze względu na zdolnośc do różnicowania:

  1. totipotentne – takie, które mogą ulec zróżnicowaniu do każdego typu komórek, w tym komórek tworzących łożysko.

  2. pluripotentne – takie, które mogą dać początek każdemu typowi komórek dorosłego organizmu z wyjątkiem komórek totipotentnych (komórek łożyska)

  3. multipotentne – takie, które mogą dać początek kilku różnym typom komórek, z reguły o podobnych właściwościach i pochodzeniu embrionalnym

  4. unipotentne, inaczej komórki prekursorowe, mogą różnicować tylko do jednego typu komórek, lecz od komórek terminalnie zróżnicowanych, komórek somatycznych odróżnia je zdolność do podziałów

Podział komórek macierzystych ze względu na ich pochodzenie:

  1. Embrionalne komórki macierzyste – wyprowadzone z źródeł embrionalnych, komórki te są z reguły toti- lub pluripotentne

  2. Somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste - znajdowane w tkankach dorosłych organizmów; komórki te są multipotentne (jak np. komórki hematopoetyczne) lub unipotentne (np. mięśniowe komórki satelitarne)

  3. Komórki progenitorowe – występują w narządach dorosłych organizmów, służą regeneracji tkanek, są to komórki unipotente

PYTANIE 48

Czynniki kancerogenne, np. czynniki

fizyczne mogą uszkadzać komórki macierzyste cyklu

komórkowego, które w fazie bardzo wrażliwej

na ich działanie, tj. w fazie syntezy DNA i mitozy .

Z komórki macierzystej po podziale powstaje jedna

komórka macierzysta i jedna komórka różnicująca się

(podział asymetryczny) lub, dużo rzadziej, dwie takie

same komórki macierzyste (podział symetryczny) . Niezróżnicowanie niektórych form komórek macierzystych

i ich zdolność do proliferacji powoduje, że

wiele nieprawidłowości w ich funkcjonowaniu prowadzi

do nowotworzenia. Czasem komórki macierzyste,, dzielą się asymetrycznie

i wówczas zmienione patologicznie składniki komórki

są przekazywane komórkom potomnym, które później ulegają różnicowaniu, natomiast komórki macierzyste

potomne maja cytoplazme wolna od zwiazków

nieprawidlowych .

49. Tempo metabolizmu a wolne rodniki i starzenie komórkowe.

Metabolizm – całokształt reakcji chemicznych i związanych z nimi przemian energii zachodzących w żywych komórkach, stanowiący podstawę wszelkich zjawisk biologicznych. Procesy te pozwalają komórce na wzrost i rozmnażanie, zarządzanie swoją strukturą wewnętrzną oraz odpowiadanie na bodźce zewnętrzne. Niewydolność procesów metabolicznych, powoduje iż z reakcji otrzymujemy RTF jako produkt uboczny.

Starzenie Komorkowe - postępująca niewydolność molekularnych mechanizmów chroniących przed wolnymi rodnikami powstającymi stale w komórkach organizmu, mogą być kolejnym czynnikiem przyspieszającym starzenie. Ich negatywne działanie na błony komórkowe może powodować pogarszanie się kondycji komórek.

Wolne rodniki - to atomy lub cząsteczki zdolne do samodzielnego istnienia, mające jeden lub więcej niesparowanych elektronów. Dzięki temu rodniki są nietrwałe i bardzo aktywne chemicznie. W organizmach żywych mogą one powstawać w reakcji enzymatycznych lub spontanicznie. Najczęściej występującymi wolnymi rodnikami w organizmach żywych są reaktywne formy tlenu (RFT), czyli:

Równie ważny jest nadtlenek wodoru, reaktywna forma tlenu która nie jest wolnym rodnikiem, ale odgrywa ważną rolę w procesach oksydacyjnych powstawania wolnych rodników.
Nadtlenek wodoru powstaje w wyniku redukcji tlenu cząsteczkowego lub w wyniku dysmutacji rodnika ponadtlenkowego przez SOD. Redukowany jest przez katalazę do wody i zwykłego tlenu cząsteczkowego. Czas połowicznego rozpadu jest uzależniony od aktywności katalazy i peroksydazy glutationowej, dlatego jego czas trwania jest na tyle długi, że może przenikać przez błony komórkowe i „wędrować” po całym organizmie.

Prekursorem kaskady reakcji wolnorodnikowych jest anionorodnik ponadtlenkowy: O2•- Powstaje on w wyniku jednoelektronowej redukcji tlenu cząsteczkowego. Jest produktem końcowym lub pośrednim wielu reakcji enzymatycznych. Rodnik hydroksylowy jest najbardziej niebezpieczny dla ludzkiego organizmu. Głównym źródłem rodników hydroksylowych w organizmie jest reakcja Fentona, w której katalizatorami są kationy żelaza i miedzi:

H2O2 + Fe2 + = OH0 + OH − + Fe3 +

Drugim źródłem rodników hydroksylowych jest reakcja Habera-Weissa:

Wolnorodnikowa teoria starzenia - się opiera się na sprawności reakcji łańcucha oddechowego. Z wiekiem jego sprawność jest coraz niższa, czego skutkiem jest wzmożona produkcja anionorodników ponadtlenkowych •O2-, które same inicjują łańcuch reakcji wolnorodnikowych lub z których to powstają rodniki hydroksylowe. W wyniku reakcji wolnorodnikowych RFT ze związkami organicznymi powstają związki chemiczne o nieznanej strukturze i własnościach biochemicznych, które mogą być przyczyną powstania wielu patologii.

Stany chorobowe, w których etiologii lub przebiegu udokumentowano uczestnictwo RFT:

Pytanie 50 składniki dymu tytoniowego jako czynniki kancerogenne.

Główne składniki Głównymi składnikami dymu tytoniowego (w 85% masy dymu) są: azot, tlen i dwutlenek węgla.

Pozostałe składniki Inne składniki to:

Oddziaływanie czynnego palenia na zdrowie

Wyraźnie widoczny związek między liczbą wypalanych papierosów w przeliczeniu na osobę (na przykładzie mężczyzn) a liczbą zachorowań na raka płuc ok. 20 lat później

Wpływ na długość życia

Palący żyją średnio o ok. 14 lat krócej niż niepalący

Wpływ na rozwój nowotworów

Wdychanie dymu tytoniowego ma udowodnione znaczenie w powstawaniu następujących nowotworów (zwiększa ryzyko wystąpienia):

Rodzaje diet w chorobach:
Nadciśnienie tętnicze

Zalecenia żywieniowe:
- ograniczenie energii do 1700-1800 kcal,
- ograniczenie tłuszczy do 25% w tym przede wszystkim tłuszczy nasyconych,
- znaczne ograniczenie sodu (zamiana tradycyjnej soli na ziołową, magnezową lub  potasową),
- zwiększenie spożycia surowych warzyw i owoców (przede wszystkim bogatych w potas),
- zwiększenie podaży witaminy C,
- spożywanie zwiększonej ilości błonnika rozpuszczalnego,
- stosowanie gotowania, duszenia bez tłuszczu i pieczenia w folii jako głównych technik kulinarnych.

Refluks żołądkowo - przełykowy

Fenyloketonuria

Podstawą diety w fenyloketonurii są preparaty oparte na białkach ubogich w fenyloalaninę. Dzięki nim możliwe jest pokrycie zapotrzebowania organizmu na białko.

Cukrzyca typu I

Zaleca się:

Cukrzyca typu II

Kamica nerkowa

Założenia diety przy wszystkich kamicach

Dieta antyrakowa

Zasady diety:

51.Cukrzyca typu I (cukrzyca insulinozależna)

- Cukrzyca typu 1 dawniej nazywana była cukrzycą młodzieńczą, gdyż najczęściej początek choroby następuje w młodym wieku.

- brak uwalniania insuliny potwierdzony brakiem peptydu C ((fragmentu białkowego powstającego podczas produkcji insuliny)

- niekontrolowana odpowiedź autoimmunologiczna, która atakuje insulinę produkowaną przez komórki beta

- hiperglikemia i glukozuria

- skłonność do kwasicy ketonowej i ketonuria

- rzadko pojawia się otyłość

Genetyczne podłoże:

- odczynowi zapaleni a wysp trzustkowych towarzyszą nacieki limfo/ monocytarne

- polimorfizm genu insuliny

- autoimmunologiczna destrukcja komórek beta jest związana z obecnością we krwi i tk. trzustki wielu przeciwciał skierowanych przeciw szeregowi antygenów kom.

czynniki zidentyfikowane jako zwiększające ryzyko zachorowania na cukrzycę typu I :

Objawy choroby:

Cukrzycą typu I można leczyć insuliną różnego pochodzenia- najczęściej wieprzową.

Cukrzyca typu II (cukrzyca insulinoniezależna)

Cukrzyca może się rozwinąć gdy:

Przyczyny cukrzycy:

1. Otyłość
W przypadku otyłości komórki organizmu stają się mniej wrażliwe na insulinę, uwalnianą z trzustki. Przypuszcza się, że komórki tkanki tłuszczowej są bardziej oporne na insulinę niż np. komórki mięśni. Im większy odsetek komórek ciała stanowią komórki tłuszczowe, tym większa jest zatem insulinooporność.
2. Alkohol
Istnieją doniesienia, że spożywanie umiarkowanych ilości alkoholu obniża ryzyko zachorowania na cukrzycę typu 2, nadmierne picie procentowych napojów wywołuje przeciwstawny efekt. Nadużywanie alkoholu może wywołać przewlekłe zapalenie trzustki, które zaburza zdolność trzustki do produkcji insuliny i prowadzi do cukrzycy.

3. Palenie papierosów.

Palenie papierosów podnosi poziom cukru we krwi i sprzyja rozwojowi insulinooporności. Im więcej wypalonych papierosów w ciągu dnia, tym większe ryzyko rozwoju cukrzycy.

4. Siedzący tryb życia.
Siedzący tryb życia prowadzi do otyłości i zwiększa ryzyko rozwoju insulinooporności. Komórki mięśniowe mają więcej receptorów dla insuliny. Regularne ćwiczenia sprzyjają więc regulacji poziomu cukru we krwi poprzez poprawienie tolerancji glukozy przez organizm.

5. Czynniki genetyczne
Mutacje genetyczne dotyczące obszarów genu produkcji insuliny mogą wpływać na regulację poziomu cukru we krwi. Niektóre choroby genetyczne i hormonalne również zwiększają ryzyko zachorowania na cukrzyce.

Cukrzyca typu 2 jest o tyle niebezpieczna, że w początkowym okresie, poza nieznacznie podwyższonym poziomem cukru, może nie dawać żadnych objawów.

Ostre powikłania cukrzycy:

- Kwasica ketonowa (Brak insuliny powoduje rozkładanie tłuszczów i związanego z nim powstawania ciał ketonowych, które przechodzą do krwi i moczu chorego)

- Nieketonowy stan hiperosmolarny lub kwasica hiperosmotyczna ( Wysokie stężenie glukozy we krwi powoduje osmotyczną utratę wody z komórek i dalej utratę wody wydalanej z glukozą w moczu. Jeśli braki płynów nie są uzupełniane, prowadzi to do skrajnego odwodnienia i braku równowagi elektrolitowej. We krwi chorych stwierdza się bardzo wysokie stężenie glukozy bez rozwoju kwasicy ketonowej)

- Hipoglikemia grozi chorym leczącym się insuliną lub doustnymi środkami zwiększającymi wydzielanie insuliny.(Zwykle pojawia się po przyjęciu niewłaściwej dawki leku, nieprzyjmowaniu pokarmów lub niestrawieniu posiłku, wraz z którym lek był przyjmowany, a także po wysiłku fizycznym, którego nie zrekompensowano odpowiednią dawką glukozy w jedzeniu lub zmniejszeniem dawki leku)

Przewlekłe powikłania cukrzycy:

Wieloletnia cukrzyca prowadzi do wielu groźnych powikłań, które dotyczą wielu narządów. Ryzyko wystąpienia i postęp przewlekłych powikłań zależą głównie od kontroli metabolicznej cukrzycy. Osoby o dobrze wyrównanej cukrzycy są w znacznie mniejszym stopniu zagrożone przewlekłymi powikłaniami.

- mikroangiopatia (uszkodzenia drobnych naczyń włosowatych, np. uszkodzenie narządu wzroku, nerek)

- makroangiopatia (prowadząca do zmian miażdżycowych naczyń o średniej i dużej średnicy, np. zawał mięśnia sercowego, udar mózgu)

Leczenie cukrzycy:

- Insulinoterapia

- Doustne leki przeciwcukrzycowe

- Wysiłek fizyczny, dieta i tryb życia

- zaprzestanie lub znacznie ograniczenie spożycie alkoholu

- Samokontrola

- Oznaczanie innych wskaźników w celu monitorowania przebiegu cukrzycy

- Przyszłościowe terapie

(Dla cukrzycy typu 1: przeszczepy wysepek trzustkowych, wykorzystanie komórek macierzystych do powstania komórek wytwarzających insulinę, pompa z mechanizmem sprzężenia zwrotnego, dostosowująca ilość podawanej insuliny do glikemii)


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
biochemia odpowiedzi na egzamin
odpowiedzi na egzamin hodowla owiec
Odpowiedzi na egzamin cz 2
kartografia odpowiedzi na egzamin
ODPOWIEDZI NA EGZAMIN Z PRAWA 1
Odpowiedzi na egzamin
Pytania i odpowiedzi na egzamin, Budownictwo - studia, I stopień, I rok, Chemia
pytania i odpowiedzi na egzamin, SGGW Technika Rolnicza i Leśna, NOM
odpowiedzi na egzamin wiedzy ogólnej z policji, Pomoce dydaktyczne
EIE- pytania i odpowiedzi na egzamin
odpowiedz NA EGZAMIN, PYTANIA NA EGZAMIN
Pedagogika społeczna, Egzamin - zagadnienia, Pedagogika społeczna-pytania i odpowiedzi na egzamin
odpowiedzi na egzamin twf
odpowiedzi na egzamin
Biochemia pytania na egzamin, Biologia SGGW lic, Biochemia
Biochemia najwarzniejsze na egzamin
Prawo administracyjne materialne pytania i odpowiedzi na egzamin (1)

więcej podobnych podstron