PRZEMIANA AZOTOWA

Przed przerabianiem powtórzyć aminokwasy – s.18 (Harper)

1. Trawienie białek w przewodzie pokarmowym

• enzymy i ich specyficzność;

• wchłanianie i transport aminokwasów do komórki, rodzaje przenośników

Rodzaje proteaz:

A) Endopeptydazy - hydrolizują wiązania w głębi łańcucha białkowego, prowadząc do fragmentacji na mniejsze peptydy o różnej długości

- PEPSYNA
- TRYPSYNA
- CHYMOTRYPSYNA
- ELASTAZA

B) Egzopeptydazy – odłączają aminokwasy ze skrajnych końców łańcucha

- KARBOKSYPEPTYDAZA ( C-koniec )
- AMINOPEPTYDAZA ( N-koniec )

Można powiedzieć, że endopeptydazy dostarczają substratów egzopeptydazom.

Po działaniu endo- i egzopeptydaz powstają di- i tripeptydy oraz oligopeptydy.

- DIPEPTYDAZY rąbka szczoteczkowego jelit, katalizują hydrolizę dipeptydów które nie są substratami dla aminopeptydaz i karboksypeptydaz.

Położenie enzymów:

sok żołądkowy	- pepsyna
sok trzustkowy	- trypsyna - chymotrypsyna - elastaza - karboksypeptydaza
sok jelitowy	- aminopeptydaza

Proteazy są wydzielane jako nieaktywne zymogeny. Mają zasłonięte centrum katalityczne, małym odcinkiem łańcucha polipeptydowego. Można je odsłonić przez hydrolizę swoistego wiązania peptydowego:

pepsynogen ---( HCl )---> pepsyna
pepsynogen ---( pepsyna )---> pepsyna [autokataliza]

trypsynogen ---( enteropeptydaza )---> trypsyna
chymotrypsynogen ---( trypsyna )---> chymotrypsyna
proelastaza ---( trypsyna )---> elastaza
prokarboksypeptydaza ---( trypsyna )---> karboksypeptydaza
proaminopeptydaza ---( trypsyna )---> aminopeptydaza

Specyficzność proteaz:

Wymienione enzymy, katalizują specyficznie hydrolizę wiązania peptydowego tylko w sąsiedztwie określonych aminokwasów:

proteaza	specyficzność
pepsyna	Fen, Tyr, Glu, Asp
chymotrypsyna	aa. hydrofobowe
trypsyna	Liz-X, Arg-X
elastaza	Gly, Ala, Ser
karboksypeptydaza A	aa. obojętne, hydrofobowe
karboksypeptydaza B	Arg, Liz

Wchłanianie aminokwasów do krwi ma miejsce głównie w jelicie cienkim.

Jednym ze sposobów przechodzenia aa. do komórek jest symport z jonami sodu:
- z jelita – Na⁺, Cl^-
- do jeita – Ca²⁺ [antyport]

Istnieje co najmniej 5 rodzajów przenośników, przenoszących:
1) duże aa. obojętne
2) małe aa. objętne
3) aa. kwaśne
4) aa. zasadowe
5) prolinę

W obrębie przenośnika panuje konkurencja. Większa ilość jednego z aa. obiża transport innego z danej grupy. Np. duże ilości Leu, hamują transport Ile i Val.

2. Degradacja białek endogennych.

A) Rozpad białek wewnątrzkomórkowych
a)Szlak lizosomalny
b)Szlak pozalizosomalny, rola proteasomu

B) Rozpad białek pozakomórkowych
c)Metaloproteinazy
d)Trawienie kolagenu

Białko przeznaczone do rozkładu jest znakowane ubikwityną

Aminokwasem C-końcowym ubikwityny jest glicyna. Jej grupa karboksylowa wytwarza wiązanie izopeptydowe z grupą ε-aminową (epsilon) reszty lizylowej białka przeznaczonego do degradacji.

W wytworzeniu wiązania pośredniczą trzy białka enzymatyczne E1,E2 i E3 oraz zużywana jest jedna cząsteczka ATP.

-E1 katalizuje powstanie kompleksu pośredniego składającego się z ubikwityny połączonej wiązaniem tioestrowym z grupą sulfhydrylową E1.
- E2 przejmuje cząsteczkę ubikwityny z kompleksu ubikwityna-E1 i przenosi ją na białko E3.
- E3 sprzęga cząsteczkę ubikwityny z białkiem, które ma ulec degradacji. Zwykle białko które ma być degradowane jest sprzęgane z wieloma cząsteczkami ubikwityny.

A) Rozpad białek wewnątrzkomórkowych
a) SZLAK LIZOSOMALNY

- Proteazy lizosomalne noszą nazwę katepsyn.

- Opisano kilkanaście enzymów: Katepsyny A, B, C, D ……S.

- Większość działa w niskim pH.

- W miejscach aktywnych zawierają cysteinę, asparaginian i serynę:
* Katepsyny cysteinowe (B, H, L)
* Katepsyny aspartylowe (D, E)
* Katepsyny serynowe (A)

b) SZLAK POZALIZOSOMALNY

- Funkcjonuje w cytosolu, mitochondriach, siateczce endoplazmatycznej, aparacie Golgiego, w jądrze komórkowym, a nawet w błonach plazmatycznych.

- Główną rolę odgrywa kompleks enzymatyczny proteasom 20S.

- Występuje w cytosolu i jadrze.

- Składa się z 28 podjednostek, ułożonych w cztery pierścienie.

- Dwa zewnętrzne zbudowane z podjednostek α i dwa wewnętrzne z podjednostek β.

- Podjednostki tworzą kanał, w którym znajdują się centra aktywne proteaz.

- Pierścienie α pełnia funkcje filtra, który rozpoznaje białka oznaczone ubikwityną.

- Podjednostki β rozkładają wiązania peptydowe.

- Proteasom 20S wiąże na swoich końcach dwa kompleksy regulatorowe o stałej sedymentacji 19S. Tak powstaje proteasom 26S.

Kompleksy regulatorowe składają się z podjednostek, które najprawdopodobniej rozfałdowują substraty białkowe oraz rozpoznają białka oznakowane ubikwityną.

Cząsteczka substratu białkowego, pozbawiona struktury przestrzennej w wyniku rozfałdowania, wnika do wnętrza kanału wytworzonego przez podjednostki proteasomu, gdzie następuje proteoliza.

B) Rozpad białek pozakomórkowych
c) METALOPROTEINAZY

- Enzymy te w swoich centrach aktywnych zawierają atom cynku.
- Wszystkie metaloproteinazy są endopeptydazami.
- Jest ponad 20 metaloproteinaz
- Najlepiej poznane mm. to kolagenazy i żelatynazy

Kolagenazy:

- Kolagenaza-1, zwana śródmiąższową trawi kolageny typu I, II, III, VII, VIII , zdenaturowany kolagen (żelatynę) i rdzenie białkowe proteoglikanów.
- Kolegenaza-2, zwana neutrofilową, występuje w granulocytach obojętnochłonnych, trawi kolageny typu I, II, III.
- Kolagenaza-3, trawi kolagen typu: II, III, VII, X i żelatynę.
- Kolagenaza-4, trawi kolagen typu I.

Żelatynazy:

- Żelatynaza A, trawi żelatynę, kolageny IV, V, VII i XI, elastynę i rdzenie białkowe proteoglikanów.
- Żelatynaza B, trawi żelatynę, kolageny I, II, III, IV, V, elastynę i rdzeinie białkowe proteoglikanów.

d) Trawienie kolagenu

- Kolagen dzięki strukturze potrójnej helisy (tropokolagen) jest odporny na większość enzymów proteolitycznych, natomiast zdenaturowany jest już łatwo rozkładany przez różne proteazy.
- Pod działaniem kolagenaz tkankowych cząsteczka tropokolagenu rozpada się na tropokolagen A i tropokolagen B.
- Obydwie cząsteczki charakteryzują się niską temperaturą denaturacji.
- Już w fizjologicznych temperaturach tracą strukturę trihelikalną, wnikają do komórki i są dalej trawione przez proteazy wewnątrzkomórkowe.
- Oprócz wymienionych metaloproteinaz w macierzy pozakomórkowej funkcjonuje wiele innych, na ogół mało swoistych enzymów. Trawią przede wszystkim rdzenie białkowe proteoglikanów, lamininę, fibronektynę i elastynę oraz uczestniczą w konwersji białek prekursorowych.

3.  Ogólna przemiana aminokwasów

• transaminacja i  deaminacja;

• dekarboksylacja i znaczenie jej produktów;

Wykorzystanie aminokwasów w zależności od aktualnego zapotrzebowanie organizmu:

1) Do syntezy białek ustrojowych
(białka strukturalne, transportowe, enzymy)
2) Jako prekursory hormonów, zasad purynowych i pirymidynowych, hemu
3) Do syntezy glukozy – glukogenne
4) Jako materiał energetyczny ( spalane w cyklu Krebsa)

Przemiany, które zapoczątkowują proces kataboliczny aminokwasów to:

*Odłączenie grupy aminowej (transaminacja lub deaminicja)

*Odłączenie grupy karboksylowej (dekarboksylacja)

Po odłączeniu grupy aminowej od aminokwasów, pozostaje tzw. szkielet węglowy, który może być przekształcony w ciała ketonowe (aminokwasy ketogenne) lub w glukozę (aminokwasy glukogenne)

TRANSAMINACJA - polega na przeniesieniu grupy aminowej jednego aminokwasu na ketokwas z utworzeniem innego aminokwasu i ketokwasu przy udziale enzymu aminotransferazy

ISTOTA PROCESU!!!

Istotą procesu jest przeniesienie grup aminowych z różnych aminokwasów na akceptory, z których łatwo uwalniają się w postaci amoniaku (glutaminian) albo bezpośrednio włączają się do cyklu mocznikowego (asparaginian) a ich szkielety węglowodorowe mogą być łatwo przetworzone w glukozę.

Ketokwasy, które wchodzą w tę reakcję to:
* α-ketoglutaran ---> glutaminian
* pirogronian ---> alanina
* szczawiooctan ---> asparaginian

Grupą prostetyczną aminotransferaz jest fosforan pirydoksalu.

Podczas transaminacji grupa aminowa substratu łączy się z grupą prostetyczną – pirydoksal przechodzi w pirydoksaminę, odłącza się ketokwas (pierwszy produkt).

W drugim etapie grupa aminowa pirydoksaminy zostaje przekazana na inny ketokwas, a enzym wraca do pierwotnej postaci.

Transaminacja może zachodzić prawie we wszystkich tkankach i narządach

Najwięcej aminotranferaz znajduję się w sercu, wątrobie, mięśniach szkieletowych i nerkach; głównie w cytoplazmie. Przy urazach łatwo wydostają się do przestrzeni międzykomórkowej
i dalej do krwi. W związku z tym znalazły zastosowanie w diagnostyce (głównie AspAT, AlAT).

AST – zawał serca
ALT – wirusowe zapalenie wątroby

Wzrost poziomu aminotransferaz stwierdzono w chorobach nowotworowych, stanach zapalnych, chorobach autoagresyjnych

Wskaźnik de Ritisa – stosunek AspAT do AlAT. W warunkach prawidłowych wskaźnik ten jest większy od jedności (a więc wartości AspAT są nieco wyższe od AlAT), natomiast spadek poniżej 0,9 silnie wskazuje na chorobę miąższu wątroby.

Transaminacji nie podlegają: lizyna, treonina, prolina, hydroksyprolina

DEAMINACJA - to usunięcie grupy aminowej z aminokwasu

• Deaminacja oksydacyjna – katalizowana przez enzymy współdziałające z kofaktorami pirydynowymi lub flawinowymi

• Deaminacja nieoksydacyjna – katalizowana przez enzymy z klasy liaz, bez udziału kofaktorów

Oksydacyjna deaminacja polega na odłączeniu grupy aminowej i utlenieniu węgla α do grupy ketonowej. Powstaje α-ketoglutaran i NH₃.

Najważniejszym enzymem deaminacji oksydacyjnej jest dehydrogenaza glutaminianowa współdziałająca z NAD+ i NADP+.

Przy jej udziale ulega rozkładowi lub jest syntetyzowany glutaminian, zajmujący kluczową pozycję w przemianie aminokwasów. Jego funkcja polega na magazynowaniu i dystrybucji grup aminowych w ustroju.

- Dehydrogenaza glutaminianowa składa się z 6 jednakowych podjednostek
- Jest regulowana allosterycznie
- Inhibitory: GTP, ATP
- Aktywatory: GDP, ADP
- Zmniejszenie stężenia związków wysokoenergetycznych przyśpiesza utlenianie aminokwasów

Oksydazy L-aminokwasów wątroby i nerek przekształcają aminokwasy do α-iminokwasu, który dalej przechodzi w α-ketokwas, czemu towarzyszy uwolnienie jonu amonowego.

Zredukowana flawina enzymu jest ponownie utleniana przez tlen cząsteczkowy i tworzy nadtlenek wodoru (H2O2), który jest rozkładany przez katalazę

DEKARBOKSYLACJA – to proces odłączenia grupy karboksylowej od aminokwasu, katalizowany przez dekarboksylazy

Powstałe aminy stanowią produkty pośrednie substancji biologicznie czynnych lub wykazują aktywność biologiczną od razu po dekarboksylacji

• Glutaminian ---> kwas γ-aminomasłowy (transmiter działający w mózgu i rdzeniu kręgowym)

• Histydyna ---> histamina
  
  - pobudza sekrecję HCl przez nabłonek śluzówki żołądka
  - rozszerza naczynia włosowate i zwiększa ich przepuszczalność
  - uwalniana w dużych ilościach w tkankach objętych urazem lub stanem zapalnym

• Ornityna ---> putrescyna (uczestniczy w syntezie poliamin: sperminy i spermidyny)

• Tryptofan ---> (5-hydroksytryptofan) ---> serotonina

-Hydroksylacja tryptofanu przez 5 – hydroksylazę tryptofanową zachodzi przy udziale O₂ i tetrahydrofolianu. Powstaje 5-hydroksytryptofan, który ulega dekarboksylacji pod wpływem dekarboksylazy aminokwasów aromatycznych.

-Serotonina w wysokim stężeniu występuje w płytkach krwi; kurczy mięśnie gładkie małych naczyń tętniczych i drobnych oskrzeli oraz pełni funkcję neuromediatora.

Aminokwasy jako prekursory amin biologicznie aktywnych

Aminokwas	Amina
Fenyloalanina Tyrozyna	Noradrenalina Adrenalina Melaniny Tyroksyna Morfina
Glutaminian Cysteina Glicyna	Glutation
Tryptofan	Serotonina Kwas nikotynowy
Walina	Kwas pantotenowy

aminokwas	amina
asparaginian	beta-alanina
cysteina	cysteamina
glutaminian	gamma-aminomaślan
histydyna	histamina
tryptofan	serotonina
treonina	propanolamina
tyrozyna	tyramina

4. Metabolizm grupy aminowej

• synteza glutaminianu, glutaminy, asparaginy i alaniny, znaczenie tych procesów;

• cykl mocznikowy: lokalizacja, reakcje, regulacja i znaczenie;

• metaboliczne zaburzenia biosyntezy mocznika;

Aminokwasy egzogenne mają długie szlaki biosyntetyczne

Aminokwasy endogenne mają krótkie szlaki biosyntetyczne

Powstawanie glutaminianu

α-ketoglutaran + NH₄⁺ ---(dehydrogenaza glutaminianowa)---> glutaminian + H₂O
NAD(P)H + H⁺ ---> NAD(P)⁺

Powstawanie glutaminy *

glutaminian + NH₄⁺ ---(syntetaza glutaminowa)---> glutamina
Mg-ATP---> Mg-ADP + P_i

* reakcja jest katalizowana przez syntetazę glutaminy, wymagającą jonów Mg²⁺ lub Mn²⁺ oraz ATP

Powstawanie alaniny

- Powstaje w wyniku transaminacji pirogronianu

pirogronian + α-aminokwas ---(aminotransferaza alaninowa)---> alanina + α-ketokwas

Powstawanie asparaginy

- powstaje z asparaginianu (powstałego w transaminacji szczawiooctanu)

asparaginian + glutamina(dawca NH₂) ---(syntetaza asparaginowa)---> asparagina + glutaminian
Mg-ATP--->Mg-AMP + PP_i

W powyższych reakcjach przekształca się toksyczny jon amonowy w azot α-aminowy różnych aminokwasów

CYKL MOCZNIKOWY = ornitynowy = mały cykl Krebsa = cykl Krebsa-Henseleita

Lokalizacja: matriks mitochondriów wątroby i cytozol wątroby

Mocznik jest obojętną, nietoksyczną substancją, syntetyzowaną głównie w wątrobie, skąd transportowany jest przez krew do nerek i wydalany z moczem jako końcowy produkt metabolizmu azotu u ssaków.

Poza wiązaniem mocznika funkcją c.m. uzyskanie argininy wchodzącej w skład specyficznych białek tkankowych a także wykorzystywanej do syntezy fosfokreatyny i innych fosfagenów w mięśniach.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!wzory na osobnej kartce albo jeśli starczy czasu to pyknąć tu zdjęcia

Uwalnianie amoniaku z glutaminianu, tworzenie karbamoilofosforanu i jego wiązanie z ornityną, zachodzi w macierzy mitochondrialnej, a pozostałe reakcje w cytosolu.

Regulacja cyklu

Biosynteza mocznika jest procesem ciągłym. Nie ustaje nawet w przypadku niedoboru białka w pożywieniu. Jest to możliwe dzięki systemowi regulacji cyklu mocznikowego, obejmującemu:

aktywacja allosteryczna
* Syntetaza karbamoilofosforanowa I aktywowana przez N-acetyloglutaminian
* Stężenie N-acetyloglutaminianu jest zależne od stężenia jego substratów, czyli acetylo-CoA i glutaminianu oraz enzymu syntetazy N-acetyloglutaminianowej

indukcja substratowa
* Pobudzanie aktywności enzymów cyklu mocznikowego przez zwiększoną podaż substratów (aminokwasów) w diecie lub ich zwiększone uwalnianie w wyniku rozpadu białek

odtwarzanie ornityny
*Ornityny ubywa, ponieważ metabolity cyklu mocznikowego włączają się do innych przemian.
* Ornityna powstaje z argininy, ale może również powstawać z glutaminianu

Znaczenie cyklu mocznikowego

Przekształcanie toksycznego amoniaku w nietoksyczny mocznik

Zaburzenia metaboliczne cyklu mocznikowego

- wszystkie zaburzenia syntezy powodują zatrucie amoniakiem
- kliniczne objawy:
* wymioty
* taksja przerywana
* nerwowość
* letarg
* opóźniony rozwój umysłowy
- leczenie: spożywanie pokarmów o małej zawartości białka

Choroby:

hiperamonemia typu I:

Niedobór syntetazy karbamoilofosforanowej I, spowodowany defektem genu NAGS, kodującego syntazę N-acetyloglutaminianową (katalizującą z kolei kondensację acetylo-CoA z glutaminianem).
Można niwelować podawaniem N-acetyloglutaminianu

hiperamonemia typu II:

Spowodowana niedoborem karbamoilotransferazy ornitynowej.

Objawy: zwiększone stężenie glutaminy we krwi, płynie mózgowo-rdzeniowym i moczu, spowodowane prawdopodobnie na skutek wzmożonej biosyntezy glutaminy pod wpływem podwyższonego stężenia amoniaku w tkankach.

cytrulinemia:

Brak aktywności syntetazy argininobursztynianowej

Objawy: zwiększone stężenie cytruliny w osoczu, moczu i płynie mózgowo-rdzeniowym

acyduria argininobursztynianowa:

Brak aktywności argininobursztynazy

Objawia się zwiększonym stężeniem argininoburszynianu we krwi, płynie mózgowo-rdzeniowym i moczu oraz występowaniem łamliwych, rosnących kępkami włosów

hiperarginemia:

Niedobór arginazy. Następstwem jest upośledzenie rozpadu argininy do mocznika i ornityny.

Objawy: zaburzenia trawienia, zwiększona pobudliwość nerwowa, drgawki, zaburzenia koordynacji ruchowej, śpiączka

Leczenie: ograniczanie białka do minimum

5. Metabolizm aminokwasów

• losy szkieletów węglowych – aminokwasy glukogenne i

       ketogenne

• przemiana fenyloalaniny i tyrozyny, reakcje;

• przemiana argininy – synteza kreatyny i synteza tlenku azotu;

• defekty genetyczne przemiany aminokwasów;

Aminokwasy glukogenne

Ich szkielety węglowodorowe przekształcają się bezpośrednio lub pośrednio w szczawiooctan, główny metabolit w procesie glukoneogenezy.

przedstawiciele:
- alanina
- seryna ---(dehydrataza serynowa)---> pirogronian
- cysteina
- asparaginian
- glutaminian

- hydroksyprolina
- tryptofan
- prolina->semialdehyd glutaminowy->glutaminian
- arginina—(arginaza)--> ornityna—( δ-aminotransferaza ornitynowa)->semialdehyd glutaminowy->glutaminian
- ornityna
- histydyna—(histydynaza)-->urokanian—(urokanaza)-->4-imidazolono-5-propionian—(imidazolonopropianaza)-->N⁵-formiminoglutaminian->odlaczenie grupy formiminowej i przeniesienie jej na tetrahydrofolian uwalnia glutaminian
- glicyna + seryna ---(hydroksymetylenotransferaza)---> seryna
- walina ---------(...)--------->bursztynylo~S-CoA

Pirogronian powstały w wyniku przemiany alaniny, seryny, cysteiny i glicyny oraz hydroksyproliny może włączyć się do glukoneogenezy przez reakcję karboksylacji, prowadzącą do jego przemiany w szczawiooctan

Glutaminian ---(transaminacja lub oksydacyjna deaminacja)---> α-ketoglutaran ->bursztynylo~S-CoA->bursztynian->fumaran->jabłczan->szczawiooctan

Asparaginian w wyniku reakcji transaminacji przekazuje grupę aminową na ketokwas, stając się szczawiooctanem, który włącza się do glukoneogenezy

Wiele aminokwasów włącza się do glukoneogenezy przez pirogronian. Typowym przedstawicielem tej grupy jest alanina. Transaminacja tego aminokwasu prowadzi do powstania pirogronianu, a ten po karboksylacji staje się szczawiooctanem – bezpośrednim substratem glukoneogenezy.

Aminokwasy ketogenne

Ich szkielety węglowodorowe przekształcają się do acetooctanu, a ten ulega redukcji do β-hydroksymaślanu lub dekarboksylacji do acetonu

leucyna----(...)----> acetylo~S-CoA
lizyna ----(...)---> acetoacetylo~S-CoA

Aminokwasy glukoketogenne

- fenyloalanina
-tyrozyna
- izoleucyna
- treonina
- tryptofan

Przekształcają się wspólnym szlakiem do acetooctanu (ciało ketonowe) lub fumaranu, który po przekształceniu w szczawiooctan staje się substratem w glukoneogenezie.

Fenyloalanina –( hydrokylacja)--> Tyrozyna POTEM przemiana obu aminokwasów przebiega wspólnym szlakiem.

fenyloalanina –(hydroksylaza fenyloalaninowa, THF>DHF)--> tyrozyna –(aminotransferaza tyrozynowa)--> p-hydroksyfenylopirogronian –(dioksygenaza p-hydroksyfenylopirogronianowa)--> homogentyzynian –(dioksygenaza homogentyzynianowa)-->maleiloacetooctan—(izomeraza maleiloacetooctanowa)--> fumaryloacetooctan –(hydrolaza fumaryloacetooctanowa)--> acetooctan + fumaran /////////////// nastepnie przeksztalca sie w szczawiooctan i wchodzi do trikarboksylowych

fenyloketonuria – nedobór hydroksylazy fenyloalaninowej. akumulacja fenyloalaniny w tkankach sprawia, ze zostaje uruchomiony osobny szlak metabolizmu.
-transaminacja do fenylopirogronianu
- redukcja fenylopirogronianu do fenylomleczanu
- fenylopirogronian—(oksydacyjna dekarboksylacja)--> fenylooctan

skutki:
- obecnosc trzech powyzszych w moczu
- uposledzenie transportu innych aminokwasow do komorki
- obnizenie biosyntezy neuromediatorow (dopaminy, noradrenaliny, serotoniny) – uposledzenia UN
- obnizenie biosyntezt melanin )barwnikow skory, wlosow, teczowki oka) – bladosc skory

tyrozynemie – wrodzony niedobór enzymow uczestniczacych w degradacji tyrozyny

typu I niedobór wrodzony hydrolazy fumaryloacetooctanowej
marskosc watroby , krzywica, zaburzenia wzrostu,

typu II - brak cytosolowej aminotransferazy tyrozynowej

alkaptonuria – wrodzony niedobór dioksygenazy homogentyzynianowej – czarny mocz

przemiana tyrozyny

tyrozyna –(3-hydroksylaza tyrozynowa THF/DHF O₂/H₂O)--> DOPA (3,4-dihydroksyfenyloalanina)
–(DOPA dekarboksylaza ^CO₂)--> dopamina –(hydroksylaza dopaminy O₂/H₂O)--> noradrenalina
–(n-metylotransferaza)-->adrenalina

3-hydroksylaza tyrozynowa= tyrozynaza

tyrozyna –(tyrozynaza)-->DOPA-> dopachinon

dopachinon->indolochinon->eumelaniny
dopachinon->feomelaniny

albinizm – upośledzona synteza melanin

Ostatecznym miejscem degradacji wszystkich aminokwasów jest cykl kwasów trikarboksylowych.
PRZEMIANA ARGININY

W tlenek azotu (NO) – obniża ciśnienie krwi, hamuje agregacje plytek krwi, pobudza fibrynolizę, uczestniczy w przekazywaniu sygnałów przez komórkę

reakcja katalizowana przez syntazę tlenku azotu(której aktywność zależy od jonów Ca²⁺ związanej z kalmoduliną)
arginina—(NADPH+H⁺/NADP⁺, O₂/H₂O)-->hydroksyarginina –( NADPH+H⁺/NADP⁺, O₂/H₂O)--> cytrulina

Kreatyna – syntetyzowana z glicyny, argininy i metioniny.

arginina+glicyna—(transamidynaza argininoglicynowa)-->ornityna + guanidynooctan
guanidynooctan—(N-metylacja)--> kreatyna
kreatyna—(ATP/ADP kinaza kreatynowa)--> fosfokreatyna-->

kinaza kreatynowa przenosi reszte fosforanowa z ATP na kreatyne w spoczynku, a przy wysilku spowrotem z fosfokreatyny na ADP

Fosfokreatyna niewykorzystana do celów energetycznych ulega nieenzymatycznej cyklizacji z odlaczeniem fosoranu nieorganicznego. Powstaje kreatynina

Kreatynina jest wskaźnikiem diagnostycznym czynności nerek. Pomiar zawartości kreatyniny w dobowej objętości moczu pozwala na ocenę ilości krwi, która przepłyneła przez nerki. Wskaźnik ten nosi nazwe klirensu nerkowego kreatyniny.

Amoniak to b. toksyczny dla UN związek, dlatego zostaje związany głównie przez kw. glutaminowy, z wytworzeniem glutaminy.

Kwas moczowy to końcowy produkt przemiany azotowej u ptaków i gadów. U ludzi jest produktem końcowym degradacji puryn. Oznaczany metodą miareczkowania produktów reakcji Folina. Z moczem wydala się 500-800mg. Stężenie we krwi 2,5-5 mg%

Mocznik – st. w surowicy 15-50mg%, na dobę wydalane z moczem 25-35g, oznacza się enzymetycznnie przez ureazę

Kreatynina – końcowy produkt przemiany fosfokreatyny – wysokoenergetycznego związku stanowiącego w mięśniach rezerwę energetyczną, jej stężenie oznaczane kolorymetrycznie w nieswoistej reakcji Jaffego, w osoczu 0,7-1,2, z moczem 70-250 mg

6. Przemiana nukleotydów

• przemiana nukleotydów purynowych: lokalizacja procesów, degradacja puryn w wątrobie, synteza nukleotydów purynowych, odzysk puryn;

• przemiana nukleotydów pirymidynowych: lokalizacja procesów, degradacja pirymidyn, synteza nukleotydów pirymidynowych;

• synteza 2-deoksyrybonukleotydów;

• zaburzenia przemiany nukleotydów;

Nukleotyd składa się z trzech składników:
- zasady organicznej (purynowej/pirymidynowej)
- cukru pięciowęglowego (rybozy lub deoksyrybozy)
- reszt kwasu ortofosforowego (1-3)

Najczęściej występującymi zasadami purynowymi są: adenina i guanina oraz ich metabolity hipoksantyna i ksantyna

A pirymidynowymi: cytozyna, uracyl i tymina

• Nukleotydy składają się z trzech składników: zasady organicznej, cukru pięciowęglowego (rybozy lub deoksyrybozy) oraz reszt kwasu ortofosforowego.

• Ze względu na ilość reszt kwasu ortofosforowego mamy nukleotydy monofosforanowe, difosforanowe i trifosforanowe (monofosforanowe występują w kwasach nukleinowych; wśród wolnych dominują nukleotydów dominują dwie pozostałe postacie).

• Zasady purynowe i pirymidynowe wytwarzają wiązania N-β-glikozydowe z rybozą albo deoksyrybozą.

7. Przemiana porfiryn

• synteza hemu:lokalizacja, enzymy, regulacja procesu, zaburzenia;

• rozkład hemu: lokalizacja, enzymy, powstawanie barwników żółciowych, hiperbilirubinemie, żółtaczki.

Ogólna charakterystyka porfiryn

• Cykliczne związki łatwo wiążące jony metali, głównie: Fe²⁺/ Fe³⁺ i Mg²⁺, Co²⁺

• Hem- grupa prostetyczna hemoprotein m.in. Hemoglobiny, mioglobiny, cytochromów, katalazy, peroksydazy

• Chlorofil, witamina B₁₂ to także porfiryny

-Cykliczne cząstki utworzone z 4 pierścieni pirolowych- A, B, C, D.
-Pierścienie są ze sobą połączone mostkami metinowymi (=CH-).
- Posiadają różnej natury łańcuchy boczne, które mogą być ułożone w czterech różnych kombinacjach: I, II, III lub IV (w organizmie ludzkim najważniejsze są typu III, czyli z niesymetrycznie rozmieszczonymi podstawnikami)
- Porfiryny z symetrycznie rozłożonymi podstawnikami to porfiryny typu I
- Prekursorami są porfirynogeny (bezbarwne)

- Pochodna protoporfiryny IX
- Zawiera jon Fe²⁺ połączony kowalencyjnie z dwoma atomami N, będących częścią pierścieni pirolowych.
- Posiada 4 wiązania koordynacyjne: 2 z pozostałymi atomami azotu, jedno z globiną, jedno z O₂ lub H₂O
- W cytochromie a+a₃ i cytochromie c- hem A i C

Powstawanie hemu

Lokalizacja:

Tkankowa
- Wewnątrzszpikowe, prekursorowe postacie krwinek czerwonych
- Wątroba – synteza enzymów zawierających hem – cytochromy, katalaza, peroksydaza

Komórkowa
- Mitochondrium
- Cytozol (etapy pośrednie)

Główne substraty:

- Bursztynylo-CoA (metabolit cyklu Krebsa)
- Glicyna (endogenny aminokwas)
- Pirofosforan pirydoksalu

mitochondrium

bursztynylo~S-CoA + glicyna ---(syntaza δ-aminolewulinianowa)---> α-amino-β-ketoadypinian ---(CO₂ ^)---> δ-aminolewulinian

koenzymem syntazy δ-aminolewulinianowej jest fosforani pirydoksalu!

hem jest represorem syntazy δ-aminolewulinianowej (ALA). Aktywność tego enzymu jest hamowana przez podwyższone stężenie heminy, która powstaje w wyniku utleniania Fe²⁺ zawartego w hemie do Fe³⁺. Jeżeli wytwarzanie hemu przekracza możliwość jego wykorzystania przez globinę lub odpowiednie apoenzymy, nadmiar hemu jest utleniany do heminy, która hamuje dalszą biosyntezę hemu.

Poziom enzymu ALA znacznie zwiększa się pod wpływem wielu leków. Większość z nich jest metabolizowana w wątrobie przy udziale swoistej hemoproteiny – cytochromu P450. Metabolizm ich pociąga za soba zwiększone wykorzystanie hemu przez cytochrom P-450, powodując zmniejszenie wewnątrzkomórkowego stężenia hemu, co z kolei wpływa na podwyższenie poziomu ALA i przyspieszenie syntezy hemu zgodnie z zapotrzebowaniem komórki.

cytosol

2x δ-aminolewulinian ---(dehydrataza δ –aminolewulinianowa, H₂O^)---> porfobilinogen

Metale ciężkie inaktywują działanie dehydratazy δ –aminolewulinianowej, wiążąc się z jej grupami – SH. Zatrucie ołowiem powoduje podwyższenie zawartości niezużytego δ-aminolewulinianu i niedobór porfobilinogenu. Upośledzone wytwarzanie hemu jest przyczyną zmniejszonej hemoglobiny, a w następstwie prowadzi do zmniejszonego wytwarzania czerwonych krwinek – anemia.

cytosol

4 porfobilinogen ---(syntaza uroporfirynogenowa I, 4NH₃^)---> hydroksymetylenobilan (łańcuchowy tetrapirol)

następnie są 2 drogi:

łańcuchowy tetrapirol ---(samorzutna cyklizacja)---> uroporfirynogen I

łańcuchowy tetrapirol ---(syntaza uroporfirygenowa III)---> uroporfirynogen III
W WARUNKACH FIZJOLOGICZNYCH TYLKO TA FORMA!!!

uroporfirynogen III ---(dekarboksylaza uroporfirygenowa)---> koproporfirynogen III

zachodzi tu dekarboksylacja łańcuchów kw.octowego do grup metylowych

wnikanie do mitochondrium

koproporfirynogen III ---(oksydaza koproporfirynogenowa)---> protoporfirynogen III

protoporfirynogen III ---(oksydaza protoporfirynogeowa)---> protoporfiryna III

protoporfiryna III ---(Ferrochelataza + Fe²⁺)---> Hem


PORFIRYNOGENY – BEZBARWNE
PORFIRYNY - BARWNE

Porfirie

- choroby wrodzone lub nabyte, związane z zaburzeniami biosyntezy hemu
- jest 6 głównych typów – zależnych od zmniejszenia aktywności enzymów 6 ostatnich reakcji biosyntezy hemu (od syntazy uroporirynogenowej I do ferrochelatazy)
- oznaczanie jednego lub kilku z tych enzymów w odpowiednim materiale (np. erytrocytach) jest podstawą diagnostyki porfirii.

Rozpad hemu

-Produktem katabolizmu hemu jest bilirubina.

-85% degradowanego hemu pochodzi z hemoglobiny (erytrocyty żyją ok. 120 dni), pozostała cześć z mioglobiny, białek eznymatycznych.

- Pozbawiona żelaza cześć porfirynowa hemu jest rozkładana głównie w komórkach siateczkowo-śródbłonkowych wątroby, śledziony i szpiku kostnego.

Pierwszy etap rozpadu hemu jest katalizowany przez oksygenazę hemową – kompleks enzymatyczny zawarty w komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego

W obecności NADPH i O₂ enzym ten wprowadza grupę hydroksylową do mostka metinowego pomiędzy dwoma pierścieniami pirolowymi z jednoczesnym utlenieniem Fe²⁺ do Fe³⁺.

W drugim etapie katalizowanym przez ten sam enzym, następuje rozerwanie pierścienia porfirynowego. Uwalnia się Fe³⁺ , CO oraz zielona biliwerdyna. Biliwerdyna jest redukowana tworząc czerwono-pomarańczową bilirubinę.

Słabo rozposzczalna w środowisku wodnym bilirubina wiąże się z albuminą osoczową, a następnie jest transportowana do wątroby.

*Bilirubina może być wypierana z albuminy przez salicylany, sulfonamidy.

Bilirubina przenika do wnętrza hepatocytów, gdzie wiąże się z białkami wewnątrzkomórkowymi – głównie z ligandyną.

W hepatocytach bilirubina łączy się z 2 cząsteczkami β-glukuronianu, pochodzącymi z UDP-glukuronianu. Powstaje diglukuronid bilirubiny. Reakcję katalizuje glukuronylotransferaza bilirubinowa. Proces ten nadaje bilirubinie rozpuszczalność w środowisku wodnym.

Diglukuronid jest aktywnie (wbrew gradientowi stężeń) przenoszony z hepatocytów do żółci.

Diglukuronid jest hydrolizowany przez β-glukuronidazę, a uwolniona bilirubina jest redukowana przez bakterie do bezbarwnego urobilinogenu.

Część urobilinogenu przenika z jelita do krwi i jest wydalana przez nerki, przekształcając się w kontakcie z powietrzem w żółtą urobilinę (barwnik moczu).

Większość urobilinogenu jest utleniana przez bakterie jelitowe do brązowej sterkobiliny (barwnik kału).

fosforan pirydoksalu:
- koenzym syntazy ALA
- grupa prostetyczna aminotransferaz

N-acetyloglutaminian:
- aktywator allosteryczny syntetazy karbomoilofosforanowej I