PURYNY, PIRYMIDYNY

21. Reakcje Salvage puryn - przebieg i znaczenie

Reakcje te obejmują konwersje puryn, rybonukleozydów puryn i deoksyrybonukleozydów puryn do mononukleotydów. Wymagają znacznie mniej energii niż synteza de novo i mają szczególne znaczenie w tkankach które nie mają zdolności syntezy nukleotydów de novo np. mózg, erytrocyty i tak w tkance mózgowej człowieka stężenie aminotransferazy PRPP (pirofosforanufosforybozylu) jest małe i dlatego zależy ona częściowo od egzogennych puryn. Erytrocyty i leukocyty wielojądrzaste nie mogą syntetyzować 5-fosforybozyloaminy i dlatego zużywają egzogenne puryny do wytworzenia nukleotydów. (Harper)

Puryn i ich nukleozydów, do reakcji rezerwowych są dostarczane przez wątrobę.

Konwersja puryn

Najważniejszym mechanizmem jest fosforybozylacja wolnej puryny (Pu) przez PRPP z wytworzeniem 5’mononukleotydu purynowego (Pu-RP).

Pu + PR-PP -> PRP +Pp_i

Katalizowana przez fosforybozylotransferazę adeninową (adenina-> AMP) oraz fosforybozylotransferazęksantynowo-guaninową

(guanina-> GMP)

Konwersja rybonukleozydów i deoksyrybonukleozydów purynowych

Drugi mechanizm reutylizacji obejmuje bezpośrednią fosforylację rybonukleozydu purynowego przez ATP:

PuR + ATP ->PuR-P + ADP

Kinaza adenozynowa katalizuje fosforylację adenozyny do AMP lub deoksyadenozyny do dAMP.

Kinaza deoksycytydynowa katalizuje fosforylację deoksycytydyny i 2'-deoksyguanozyny do dCMP i dGMP

22. Zespół Rotora

Zespół Rotora podobnie jak zespół Dubin-Johnsona dziedziczy się autosomalnie recesywnie, prowadzi do wzrostu stężenia sprzężonej bilirubiny, przy czym histologiczna struktura wątroby jest prawidłowa, jednak doustna cholecystografia zwykle jest prawidłowa. Cechą odróżniającą oba zespoły jest wydalanie koproporfiryny. W homozygotycznej postaci zespołu Dubin-Johnsona prawie 90% wydala się jako koproporfiryna I, natomiast w homozygotycznej postaci zespołu Rotora koproporfiryna I stanowi 40-60% wydalanych porfiryn.

23. Metabolizm barwników żółciowych

BARWNIKI ŻÓŁCIOWE= BILIRUBINA I BILIWERDYNA powstają w wątrobie jako produkty przemiany hemu (grupy prostetycznejhemoglobiny) wydalane z żółcią do cewy pokarmowej.
Ulegają przemianie w jelicie grubym częściowo na UROBILINOGEN i UROBILINĘ, które wchłonięte do krwi zostają usunięte przez nerkę DO MOCZU, pozostała część barwików żółciowych, częściowo zmieniona, zostaje wydalona Z KAŁEM na zewnątrz jakoSTERKOBILINA.

POWSTAWANIE+PRZEMIANA BILIWERDYNY I BILIRUBINY

• rozpad hemoprotein i katabolizm pierścienia hemowego odbywa się w komórkach UKŁADU SIATECZKOWO-ŚRÓDBŁONKOWEGO, głównie wątroby, śledziony i szpiku kostnego

• w tych narządach odbywa się wychwytywanie i niszczenie starych krwinek czerwonych

hemoglobina
↓
globina+ HEM + Fe
↓	OKSYGENAZA HEMOWA
Biliwerdyna(zielona)
↓	REDUKTAZA BILIWERDYNY
Bilirubina(żółta)

 

• z układu siateczkowo-śródbłonkowego bilirubina przechodzi do KRWIOBIEGU

• wolna bilirubina jest nierozpuszczalna w wodzie i jest transportowana w postaci kompleksu z albuminą (bilirubina pośrednia, wolna)  

• bilirubina jest USUWANA Z KRĄŻENIA PRZEZ WĄTROBĘ; proces ten obejmuje 3 niezależne etapy:

1.     Wychwytywanie bilirubiny z krwiobiegu

2.     Przemianę w komórkach wątrobowych

3.     Wydzielanie sprzężonych pochodnych bilirubiny do kanalików żółciowych

Ad.1 Wychwytywanie bilirubiny z krwiobiegu

Kompleks albuminy z bilirubiną dyfunduje swobodnie przez ścianę naczyń włosowatych wątroby (zatoki) i styka się bezpośrednio z błoną komórkową hepatocytów. Następuje wiązanie bilirubiny przez receptor znajdujący się w błonie komórkowej i wykazujący silniejsze od albumin powinowactwo do bilirubiny.

 

Ad.2 Przemiana w komórkach wątrobowych

W obrębie komórki wątrobowej bilirubina tworzy sprzężone połączenia, głównie z kwasem glukuronowym i siarkowym→ (bilirubina bezpośrednia, związana, sprzężona).

Reakcja katalizowana jest przez GLUKURONYLOTRANSFERAZĘ BILIRUBINOWĄ.

BILIRUBINA + 2x β-GLUKURONIAN DIGLUKURONID BILIRUBINY(bilirubina sprzężona)

 Diglukuronidy stanowią około 75% sprzężonej bilirubiny, około 15% stanowią siarczany,

pozostałe 10% - sprzężone połączenia z glicyną i tauryną oraz pochodne metylowe.

 

Ad.3Wydzielanie sprzężonej bilirubiny do kanalików żółciowych(transport aktywny, przez białko MPR-2, które usuwa aniony organiczne)

Sprzężona bilirubina jest wydalana z żółcią do światła jelita, gdzie jest hydrolizowana przez β-glukuronidazę i bakteryjnie redukowana do urobilinogenu.

DIGLUKURONID BILIRUBINY UROBILINOGEN - bezbarwny (jelito grube)

BAKTERIE REDUKCYJNE (JELITO GRUBE)

UROBILINOGEN 1.STERKOBILINA wydalanie z kałem

2.UROBILINA wydalanie z moczem

1. Większość urobilinogenu nie wchłania się zwrotnie z jelita, lecz jest utleniana przez bakterie jelitowe i wydala się z kałem jako sterkobilinogen (brązowy barwnik), który pod wpływem światła utlenia się do sterkobiliny.

2. Część urobilinogenujest WCHŁANIANA ZWROTNIE w jelicie krętym i grubym, a następnie ponownie wydziela się z wątroby=krążenie jelitowo-wątrobowe barwników żółciowych

3. PATOLOGIA: przy nadmiernym wytwarzaniu barwników żółciowych lub chorobach wątroby

Urobilinogen ulega wchłonięciu w jelicie i dostaje się do krążenia, a następnie jest wydalany przez nerki jako urobilina (żółty barwnik).

24. Katabolizm hemoglobiny - enzymy, produkty, regulacja

Hemoglobina erytrocytu wydostaje się z osocza krwi i jest wychwytywana przez układ siateczkowo-śródbłonkowy. Część białkowa może być wykorzystana w całości lub po hydrolizie na aminokwasy. Uwolnione żelazo hemowe jest włączone w ogólną pulę żelaza w org., może być też wykorzystana do ponownej syntezy hemu.

Produkty:

• Ważniejsze produkty katabolizmu hemu to: biliwerdyna, bilirubina, mezobilirubinogen, urobilina, sterkobilinogen, sterkobilina powstające z werdohemoglobiny powstałej z hemoglobiny.

Enzymy:

• Degradacja hemu dokonuje się we frakcji mikrosomalnej komórek siateczkowo-śródbłonkowych z udziałem oksygenazy hemowej.

• Działanie tego ukł. enzymatycznego poprzedza utlenienie w hemie jonu żelazawego do formy żelazowej, dając heminę.

• Funkcja oksygenazy hemowej jest sprzężona z mikrosomalnym łańcuchem przenoszenia elektronów, którego końcowym ogniwem jest cytochrom-P450.

MIKROSOMALNY UKLAD OKSYGENAZY HEMOWEJ:

25. Metabolizm bilirubiny w hepatocycie

1. Znaczenie

Bilirubina powstaje w wyniku metabolizmu metaloporfiryn (np. Hb)

Hemoliza(wątroba, śledziona i szpiku kostny)= uwolnienie hemoglobiny→biliwerdyna→bilirubina wolna

Krąży ona w połączeniu z albuminami. Jest nieprzesączalna w kłębuszkach nerkowych. Przechodzi natomiast do OUN, gdzie może uszkadzać komórki nerwowe i do łożyska ciężarnych.

Po przejściu do HEPATOCYTÓW, bilirubina ulega sprzęganiu (związaniu) z kwasem glukuronowym oraz siarkowym i jest wydzielana do żółci. W wyniku tych przemian powstaje bilirubina związana, która nie przechodzi przez barierę krew-mózg i do łożyska; dlatego ta postać bilirubiny PRZESTAJE BYĆ NEUROTOKSYCZNA.

2. Transport bilirubiny do hepatocytu

•      z układu siateczkowo-śródbłonkowego (wątroba, śledziona, szpik kostny) bilirubina przechodzi do KRWIOBIEGU

•       wolna bilirubina jest nierozpuszczalna w wodzie i jest transportowana w postaci kompleksu z albuminą (bilirubina pośrednia, wolna)  

•       bilirubina jest USUWANA Z KRĄŻENIA PRZEZ WĄTROBĘ; proces ten obejmuje 3 niezależne etapy:

1.     Wychwytywanie bilirubiny z krwiobiegu

2.     Przemianę w komórkach wątrobowych

3.     Wydzielanie sprzężonych pochodnych bilirubiny do kanalików żółciowych

Wychwytywanie bilirubiny z krwiobiegu

Kompleks albuminy z bilirubiną dyfunduje swobodnie przez ścianę naczyń włosowatych wątroby (zatoki) i styka się bezpośrednio z błoną komórkową hepatocytów. Następuje wiązanie bilirubiny przez receptor znajdujący się w błonie komórkowej i wykazujący silniejsze od albumin powinowactwo do bilirubiny (bilirubina odłącza się od albuminy)

 

3. Przemiana bilirubiny w komórkach wątrobowych

1. Zanim nastąpi etap sprzęgania, bilirubina wiąże się z określonymi białkami cytozolowymi, dzięki czemu jest utrzymywana w formie rozpuszczalnej i zapobiega wypływowi bilirubiny z hepatocytu do krwiobiegu.

BIAŁKA CYTOZOLOWE: ligandyna oraz białko Y

2. ETAP SPRZĘGANIA

W obrębie komórki wątrobowej UDP-glukuronozylotransferaza sprzęga bilirubinę z kwasem glukuronowym w dwóch następujących po sobie reakcjach tworząc odpowiednio mono- i diglukuronid bilirubiny:

 

W reakcji uczestniczą grupy –OH przy C1 dwu cząsteczek glukuronianu. Wytwarzają one wiązanie estrowe z dwiema grupami karboksylowymi propionianu zawartego w bilirubinie.

W tej reakcji estryfikacji – glukronian- rola ALKOHOLU

– bilirubina- rola KWASU

*w sprzęganiu mogą uczestniczyć również inne polarne cząsteczki np. siarczany

BILIRUBINA + 2x β-GLUKURONIAN DIGLUKURONID BILIRUBINY(bilirubina sprzężona)

BILIRUBINA SPRZĘŻONA TRACI ZDOLNOŚĆ PRZECHODZENIA PRZEZ BARIERĘ

KREW-MÓZG I ŁOŻYSKO (staje się rozpuszczalna w środowisku wodnym)

→Bilirubina związana wydzielana jest aktywnie do żółci, skąd dalej trafia do jelita. Jest tam przekształcana w barwniki żółciowe – urobilinogeny (sterkobilinogeny) przy udziale enzymów bakteryjnych

26. ALAS1 - funkcje, regulacja

Funkcje:

• Izoforma syntazy ALA, która występuje w wątrobie

• Enzym kontrolujący biosyntezę porfiryn w wątrobie ssaków. Jest to pierwszy, w kolejności reakcji, enzym tego szlaku metabolicznego.

• Produktami reakcji, która jest katalizowana przez ALAS są:

- bursztynylo-CoA, pochodzący z cyklu kwasu cytrynowego zachodzącego w mitochondriach, oraz glicyna. Niezbędny jest również fosforan pirydoksalu, który „aktywuje” glicynę. Produktem reakcji kondensacji bursztynylo-CoA i glicyny jest kwas α-amino-β-ketoadypinowy i uwolniony zostaje koenzym A. Kwas α-amino-β-ketoadypinowy natychmiast ulega dekarboksylacji, co prowadzi do powstania kwasu δ-aminolewulinowego (ALA) i cząsteczki dwutlenku węgla. Obie reakcje są katalizowane przez syntazę ALA.

• Reakcje te zachodzą w mitochondriach.

Regulacja:

• Hem za pośrednictwem cząsteczki aporepresora działa jako ujemny regulator syntezy ALAS1.

• Szybkość syntezy ALAS1 znacznie się zwiększa przy braku hemu, a maleje jeśli hem występuje.

• ALAS1 wątroby ssaków charakteryzuje szybki obrót metaboliczny (okres półtrwania ok. 1godz.), właściwy dla enzymów katalizujących reakcje ograniczające tempo przemian.

• Ponadto hem wpływa na biosyntezę enzymu na etapie translacji i na przeniesienie enzymu z cytozolu do mitochondrium.

• Poziom ALAS1 znacznie zwiększa się pod wpływem leków. Większość z nich jest metabolizowana w wątrobie przy udziale swoistej hemoproteiny – cytochromu P-450.

Metabolizm ich pociąga za sobą zwiększone wykorzystanie hemu przez cytochromu P-450, powodując zmniejszone wewnątrzkomórkowe stężenie hemu, co z kolei wpływa na podwyższenie poziomu (indukcję) ALAS1 i przyspieszenie syntezy hemu, zgodnie z zapotrzebowaniem komórki.

Indukcja pod wpływem leków zależy m.in. od podania glukozy lub hematyny (utleniona forma hemu) – powodują one represję ALAS1, co zmniejsza tworzenie szkodliwych prekursorów hemu.

27. ALAS2 - funkcje, regulacja

• Izoforma erytroidalna syntazy ALA, kodowana przez gen ALAS1

• Specyficzny dla erytrocytów enzym znajdujący się w mitochondriach.

Funkcje:

• Syntezuje prekursory hemu w komórkach szeregu erytrocytarnego, ale nie w dojrzałych krwinkach czerwonych, które zaprzestały produkcji hemoglobiny.

• Mechanizm reakcji taki sam jak w przypadku ALAS1.

Regulacja różni się od regulacji izoformy ALAS1:

• Nie jest indukowana przez leki wpływające na ALAS1.

• Nie jest regulowana przez hem na zasadzie sprzężenia zwrotnego.

• Regulacja na poziomie genetycznym: gen ALAS2 zawiera "IRE" – element odpowiedzi na żelazo, w swoim regionie 5-UTR do którego IRP się przyłącza jeśli poziom żelaza jest za mały i to hamuje jej translacje.

Wada funkcjonowania enzymu ALAS2 przyczynia się do występowania związanej z chromosomem X niedokrwistości syderoblastycznej (erytopoetycznej). Polega ona na zwiększeniu ilości (najczęściej patologicznych) syderoblastów, wskutek zaburzenia aktywności hemu. Jest to konsekwencją zwiększonego zatrzymywania żelaza w erytoblastach, które powinno być wykorzystywane do tworzenia hemu. Często występuje zmniejszenie zawartości kwasu foliowego we krwi. Czasami występuje leukopenia i małopłytkowość.

28. Porfiria nabyta

Trzy ważne enzymy szlaku syntezy hemu (dehydrogenza ALA, dekarboksylaza uroporfirynogenuIII ferrochelataza) zawierają w swej budowie chemicznej grupy tiulowe w zatruciu jonami ołowi dochodzi do zahamowania aktywności tych enzymowi i powstania porfirii wtórnej(toksycznej)

Porfiria skórna późna-

Choroba metaboliczna spowodowana niedoborem dekarboksylazy uroporfirynogenu III

Najczęstsza postać porfirii w Europie i Ameryce Północnej

Jest wynikiem zaburzeń dziedziczonych autosomalnie dominująco lub nabytych.

Niedobór dekarboksylazy uroporfirynogeny prowadzi do gromadzenia uroporfiryny i porfiryny 7 karboksylowej. W hepatocytach gromadzi się żelazo.

Postać nabyta na skutek nadużywania alkoholu, stosowania estrogenów(antykoncepcja), preparatów żelaza, a także narażenia na toksyny(halogenowe pochodne węglowodorów aromatycznych)

Obraz kliniczny

Nadwrażliwość skóry na światło (pęcherze i pęcherzyki wypełnione płynem) na twarzy, grzbietowej pow. Dłoni i stop i na podudziach

Nadżerki

Zmiany zanikowe

Blizny

Przebarwienia skórne

Nadmierne owłosienie

Powiększenie wątroby

AMINOKWASY

35. Katepsyny

Katepsyny są protezami wewnątrzkomórkowymi, zazwyczaj zlokalizowanymi w lizosomach. Większość katepsyn stanowią proteazy cysteinowe (katepsyna B). Tylko nieliczne są protezami aspartylowymi (katepsyna D i E) i protezami serynowymi (katepsyna A i G). Enzymy lizosomalne dokonują wewnątrzlizosomalnej degradacji zużytych białek komórkowych i białek obcych, które dostały się do komórki drogą endocytozy.

Zwiększone uwalnianie katepsyn z lizosomów ma miejsce w stanach patologicznych takich jak niedotlenienie, martwica komórek, powstawanie stwardnienia rozsianego, w procesach rozrostu i powstawania przerzutów nowotworowych

• katepsyny B i H mogą funkcjonować jako karboksypeptydazy dipeptydylowe lub aminopeptydazy

• katepsyna C to aminodipeptydaza

• katepsyna X to karboksy-mono lub –dipeptydaza

Zaangażowane są w procesy kancerogenezy na wielu poziomach (transformacja nowotworowa, inwazja, powstawanie przerzutów)

inhibitory:

- stefiny (wewnątrzkomórkowe)

- cystatyny (zewnątrzkomórkowe, w płynach ustrojowych)

- kininogeny (w tym kininogen H, który wchodzi w skład wewnątrzpochodnego toru krzepnięcia osoczowego)

Większość wykazuje optimum aktywności biologicznej przy pH 2,5 – 6,0 (katepsyna S działa przy pH obojętnym)

Zgromadzone są głównie w lizosomach i endosomach, występują obficie w wątrobie, śledzionie i nerkach.

W wątrobie znajdują się receptory asialoglikoproteinowe, które biorą udział w degradacji białek krążących we krwi, takich jak hormony peptydowe. Łańcuch oligosacharydowy hormonu zostaje pozbawiony reszty kwasu sialowego z końca nieredukującego, receptor asialoglikoproteinowy rozpoznaje go i internalizuje do hepatocytu

cząsteczka zostaje zdegradowana w lizosomie.

Tworzą szlak lizosomalny degradacji białek - proteoliza lizosomalna nie wymaga ubikwitynacji substratu białkowego

SYNTEZA

• powstają jako preproenzymy

• podczas wędrówki do ER odcinany jest prepeptyd i powstają prokatepsyny

• katepsyny stają się aktywne po odcięciu propeptydu w kwaśnym środowisku późnego endosomu lub lizosomu

• do aktywacji wymagane są pepsyna, elastaza neutrofilowa, proteazy cysteinowe

• propeptyd pełni funkcję stabilizującą, kierunkową, zapobiega niepożądanej aktywności

Są zaangażowane w działanie układu APC (regulują aktywność molekuł MHC II)

- Brzeżek szczoteczkowy osteoklastu wydziela wśród innych enzymów katepsyny cysteinowe B, C, D, L, K umożliwiając pełną degradację macierzy pozakomórkowej w miejscu resorbcji kostnej

- Katepsyny mają zdolność do degradacji włókien kolagenowych

- biorą udział w apoptozie - wolne rodniki mogą powodować wypływ katepsyn do cytoplazmy i inicjację apoptozy

- 7β-OH-cholesterol i oxLDL mogą powodować destabilizację lizosomów i wypływ katepsyn

Uszkodzenie lizosomów i wypływ katepsyn powoduje całkowitą degradację komórki (autoliza)

36. Guanidyny mocznicowe - działanie toksyczne, konsekwencje

GUANIDYNY MOCZNICOWE

Toksyny mocznicowe to substancje gromadzące się w organizmie w związku z ubytkiem filtracji kłębuszkowej, które można usuwać w czasie dializy lub zabiegów alternatywnych. Zgodnie z definicją substancja, która jest toksyną mocznicową spełnia poniższe kryteria:

1. Jej stężenie w tkankach i surowicy jest wyższe u osób z przewlekłą niewydolnością nerek niż u osób zdrowych

2. Stężenie dodatnio koreluje z objawami zatrucia mocznicowego

Do toksyn mocznicowych z grupy pochodnych guanidyny zaliczamy m.in.:

-ADMA (asymetryczna dimetyloarginina) inhibitor syntazy tlenku azotu

- guanidyna

-kreatyna

-kwas guanidynooctowy

-kwas guanidynobursztynowypowoduje zahamowanie czynnika płytkowego 3, odpowiedzialny za wywołanie objawów skazy krwotocznej

-SDMA (symetryczna dimetyloarginina)

DZIAŁANIE TOKSYCZNE:

W rozwiniętej PNN toksyny mocznicowe zaczynają uszkadzać inne narządy i układy:

- Skóra - świąd (skutek gromadzenia się toksyn mocznicowych w skórze) prowadzący do powstania zadrapań i przeczosów

-Układ pokarmowy – występują problemy z apetytem (utrata łaknienia), nudności, wymioty, zaburzenia smaku, bóle brzucha. Charakterystycznym objawem, ale występującym w bardzo zaawansowanej PNN jest mocznicowy zapach z ust (zapach przypominający amoniak)

-Układ krążenia – to przede wszystkim postępująca niewydolność krążenia oraz wspomniane nadciśnienie tętnicze.

- Objawy neurologiczne (spowodowane uszkodzeniem przez toksyny mocznicowe układu nerwowego), najważniejsze z nich to: bóle głowy, zaburzenia snu, drżenia mięśniowe, bolesne kurczemięsni, porażenia (niemożność wykonywania ruchów kończynami po jednej stronie ciała). W ostatniej fazie niewydolności nerek może dojść do znacznego nagromadzenia szkodliwych substancji, które rozwinie stan zwany śpiączką mocznicową; charakteryzuje się on przede wszystkim utratą przytomności i stanowi zagrożenie życia

-Układ ruchu – zaburzenia spowodowane głównie przez niedobór aktywnej witaminy D, powodujący niedobór wapnia to: bóle kostne, bóle mięśniowe, samoistne złamania kości, osłabienie i zanik mięśni.