Fenyloketonuria: defekt, konsekwencje, diagnostyka. (na podstawie pionów i Harpera)

Fenuloketonuria powodowana jest brakiem (fenyloketonuria klasyczna) lub obniżoną aktywnością (fenyloketonuria typu II – łagodniejsza) hydroksylazy fenyloalaninowej, która przeskształca fenyloalaninę do tyrozyny przy udziale tlenu.

Konsekwencje:

Jak wynika ze schematu w tkankach i płynach ustrojowych będzie gromadzić się niemetabolizowana fenyloalanina, która będzie wchodzić na alternatywny szlak metabolizmu.

fenyloalanina

fenylopirogronian

(fenyloketokwas)

fenylomleczan fenylooctan

Nadmiar fenyloalaniny upośledza transport innych aminokwasów, glukozy, cholesterolu do wnętrza, gdyż konkuruje ona skutecznie o białka przenośnikowe. W związku z tym hamowana jest synteza:

• Mieliny

• Noradrenaliny

• Serotoniny

• Melaniny

Diagnostyka:

Wykonuje się test przesiewowy -> test Guthriego

1) 72h po pierwszym posiłku białkowym pobiera się próbkę krwi włośniczkowej z pięty noworodka.

2) Próbkę umieszczamy na specjalnie przygotowanej bibułce i pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu.

3) Na bibłce znajduje się β-tioenyloalanina, która hamuje kompetycyjnie wzrost bakterii Bacillus subtillis, duże stężenie fenyloalaniny (powyżej 4mg%) znosi to hamowanie i umożliwia wzrost bakterii.

Przy teście dodatnim przeprowadza się dalszą diagnostykę poprzez oznaczanie fenyloalaniny

Należy jednak uważać, gdyż wynik fałszywie dodatni można uzyskać u wcześniaków, a fałszywie ujemny przy antybiotykoterapii.

Hiperamonemia typu I i II - defekty i znaczenie (na podstawie Harpera)

Hiperamonemie powodowane są przez akumulację amoniaku w tkankach i płynach ustrojowych na skutek niesprawnego funkcjonowania cyklu mocznikowego.

Cykl glukoza-alanina – przebieg, miejsce, znaczenie (na podstawie wykładów Gumy)

Cykl alaninowy bierze udział w usuwaniu amoniaku, który powstaje w mięśniach. Jest to jednak droga pośrednia przez transaminację aminokwasów, alternatywna do cyklu purynowego. Droga pośrednia dlatego, że amoniak nigdzie się nie wydziela, a uwalnia się dopiero w wątrobie.

Cykl pełni podwójną rolę, dlatego, że:

• Zachodzi transport amoniaku do wątroby przy udziale alaniny

• Jednocześnie zachodzi transport glukozy do mięśni

  Hormony powstające z aminokwasów – podać substraty i produkty

Do hormonów aminokwasowych, powstających z aminokwasów, lub będącymi ich pochodnymi należą:

• Dopamina

• Noradrenalina

• Adrenalina

• Tyroksyna

• Trójjodotyronina

• Melatonina

Jak widać ze schematu dopamina, noradrenalina i adrenalina powstają z tyrozyny i produkty jednych przemian są substratami do syntez kolejnych hormonów.

Trójjodotyronina i tyroksyna są jodowanymi pochodnymi tyrozyny i powstają w wyniku modyfikacji reszt tyrozylowych wolnej tyrozyny w tarczycy. Substratami są więc tyrozyna oraz jod cząsteczkowy, a produktem jodowana tyrozyna, która dalej ulega sprzęganiu do trójjodotyroniny i tyroksyny.

Melatonina, hormon wydzielany przez szyszynkę powstaje z serotoniny pośrednio przez N-acetyloserotoninę.

Biosynteza cytruliny. Przebieg, miejsce, znaczenie. (na podstawie pionów, poziomów i skryptu)

Hepatocyt - mitochondrium

Proteoliza ATP-niezależna – znaczenie, istota procesu. (zrobione na podstawie prezentacji)

Degradacja białek niezależna od ATP zachodzi w lizosomach. Lizosomy zawierają kwaśne hydrolazy, a niskie pH utrzymywane jest przez pompę H⁺/ATP.

W ten sposób degradowane są:

1) białka pozakomórkowe związane z błoną

2) długo żyjące białka wewnątrzkomórkowe

Metabolizm amoniaku w nerce (na podstawie pionów)

Amoniogeneza to powstawanie amoniaku z glutaminy w nerce, pod wpływem działania glutaminazy. Dzięki temu powstaje nam amoniak.

Amoniogeneza w nerce potrzebna nam jest do utrzymania równowagi kwasowo-zasadowej ustroju, poprzez regenerację buforu wodorowęglowego we krwi (metabolizm ludzki jest metabolizmem kwaśnym, dlatego bufory są cały czas zużywane – potrzebna jest ich regeneracja). W nerkach oprócz glutaminazy działa anhydraza węglanowa, która syntezuje kwas węglowy z dwutlenku węgla i wody, który dysocjuje do kationu wodorowego i anionu wodorowęglowego.

Kation wodoru i amoniak są wydzielane do światła kanalika. Jednocześnie za amoniak zwrotnie resorbowany jest kation sodu, który z anionem wodorowęglanowym powstałym w wyniku działania anhydrazy pozwala na regenerację buforu, czyli powstanie wodorowęglanu sodu. Jednocześnie z amoniaku, kationu wodoru oraz anionu chlorkowego powstaje sól amonowa wydalana z moczem.

Alkaptonuria – defekt, konsekwencje, diagnostyka (na podsatwie pionów, Harpera, wykładów Gumy)

Alkaptonuria jest spowodowana brakiem oksydazy homogentyzynianwej, na szlaku przemian tyrozyny i fenyloalaniny. W związku z tym zahamowana zostaje następująca reakcja:

Diagnostyka:

Pierwszym zastanawiającym objawem tej choroby jest ciemnienie moczu pozostawionego na powietrzu. Przy alkaptonurii w ciągu godziny w badanej próbce moczu pojawia się ciemnobrązowe lub czarne zabarwienie próbki. Obecność kwasu homogentyzynowego w moczu oznacza się przy pomocy chromatografii gazowej ze spektrografią mas.Ponadto u chorych pojawiają się bóle stawów i ich zesztywnienia (dotyczy głównie kręgosłupa) oraz ciemne przebarwienie twardówek oczu.

Biosynteza argininy – miejsce, przebieg, znaczenie. (na podstawie, skryptu, pionów i wykładów Gumy)

Jak widać ze schematu, są 3 miejsca, w których zachodzi synteza argininy. Wątroba, nerka i OUN. W wątrobie zachodzi klasyczny cykl mocznikowy, gdzie ostatecznie zachodzi rozkład argininy do ornityny i mocznika. Wszystkie enzymy, włącznie z arginazą występują i mają odpowiednią aktywność, w związku z tym mimo, że arginina powstaje to jest szybko rozkładana. W nerce arginaza ma niską aktywność dlatego nerka, jest głównym miejscem gdzie zachodzi biosynteza argininy wykorzystywanej do dalszej syntezy białek. W OUNie natomiast występuje całkowity brak arginazy a powstająca arginina wykorzystywana jest do syntezy tlenku azotu poprzez odpowiednie syntazy.

Katabolizm aminokwasów o rozgałęzionym łańcuchu – waliny, leucyny i izoleucyny

Proteoliza ATP-zależna (Na podstawie Harpera i prezentacji)

Proteoliza ATP-zależna jest to wewnątrzkomórkowy proces rozkładu białek wymagający nakładu energii w postacii ATP. Energia potrzebna jest do przyłączenia cząsteczki ubikwityny do białka, które przeznaczone jest do degradacji w swoistych strukturach specjalnie do tego przeznaczonych zwanych proteasomami.

Degradacja nieprawidłowych i innych krótko żyjących białek przebiega w:

• cytozolu,

• mitochondriach,

• siateczce endoplazmatycznej,

• aparacie Golgiego

• w błonach plazmatycznych.

Dotyczy białek:

-> których fizyczna integralność lub funkcjonalna lub kompetencja zostały zakłócone

-> które cechują się brakiem lub uszkodzeniem grupy prostetycznej

-> które charakteryzują się utlenieniem cysteiny lub histydyny i deaminacją asparaginy lub glutaminy

Proteasom:

• białkowy wielkocząsteczkowy agregat enzymatyczny z białek kilku rodzajów proteaz

• występuje u Eukaryota ( w jądrze i w cytoplazmie), ale analogiczne struktury są także obecne u Prokaryota, skupiają się wokół centrioli tworząc centrum proteolityczne komórki.

• przez proteasomy zużywana jest energia w postaci ATP.

• cząsteczka substratu białkowego pozbawiona struktury przestrzennej wnika do kanału gdzie następuje proteoliza. Szybkość degradacji białka zależy od stanu fizjologicznego narządu i może trwać od kilku minut do tygodni.

• Co ważne, proteasom odgrywa znaczącą rolę w dostarczaniu małych peptydów, będacych produktami degradacji różnych wirusów i innych molekuł – cząsteczkom głównego układu zgodności tkankowej kl. I co stanowi kluczowy etap w oferowaniu antygenów limfocytom T.

Toksyczność jonów amonowych

1. wzrost pH płynow komórkowych -> alkalizacja krwi -> zahamowanie funkcji ośrodka oddechowego -> kwasica oddechowa w następstwie alkalozy metabolicznej

2. glutaminian wiąże się z amoniakiem w wyniku czego powstaje glutamina, ubywa glutaminianu niezbędnego do syntezy neuromediatora GABA

3. amoniak w aminacji redukcyjnej wiąże się z alfaketoglutaranem jako intermediatem cyklu Krebsa, jest to szczególnie niebezpieczne w OUN, ponieważ upośledza pozyskiwanie energii w tej tkance

4.  wpływ na wychwyt aminokwasów przez OUN
-nasilenie wychwytu aminokwasów neutralnych (Tyr, Phe, Trypt) a przez to wpływ na syntezę dopaminy, noradrenaliny, serotoniny (poprzez zwiększenie transportu L-aminokwasów przez barierę krew/mózg

5. wzrost osmolalności wnętrza astrocytów
6. obrzęki mózgu
7. nagromadzenie wewnątrzkomórkowe glutaminy
8. stres oksydacyjny
-oksydacja mRNA m.in kodującego transporter glutaminian/asparagina
9. wzrost białek nitrozylowanych w osoczu

Cykl purynowy – przebieg, miejsce, znaczenie, enzymy. (na podstawie poziomów, wykładów Gumy)

W wyniku pracy mięśni i zużywania energii z ATP powstaje AMP. AMP podlega cyklicznym przemianom, które noszą nazwę cyklu purynowego. Cykl purynowy jest głównym źródłem amoniaku w naszym organizmie.

Znaczenie:

AMP powstający w trakcie pracy mięśni w czasie zużywania ATP jest deaminowany i powstaje amoniak, który mięśnie opuszcza po związaniu z glutaminianem jako nietoksyczna glutamina. Ważne jest, że cykl purynowy jest ściśle związany z cyklem Crebsa. Wykorzystuje powstający tam szczawiooctan, który przy udziale AspAT przekształcany jest do asparaginianu, w toku kolejnych przemian cyklu purynowego powstaje fumaran, który włącza się spowrotem do cyklu Crebsa. Tym samym zamyka się cykl purynowy, przy jednoczesnym dostarczaniu jednego z substratów przemian cyklu Crebsa.

Metabolizm amoniaku w ścianie jelita (enterocycie) (na podstawie poziomów, pionów, wykładów Gumy)

W ścianie jelita, a stricte w enterocytach znajduje się glutaminaza, która glutaminę rozkłada do glutaminianu i amoniaku. Glutamina do enterocytów dociera drogą krwi tętniczej.

Cykl mocznikowy- enzymy, zaburzenia i ich biochemiczne konsekwencje, regulacja cyklu

Hiperfenyloalaninemia – definicja, miejsce defektu

Hiperfenyloalaninemia - stan zwiększonego stężenia fenyloalaniny we krwi ponad dopuszczalny poziom normy (4mg%)

Typy:

1. Fenyloketonuria- brak hydroksylazy fenyloalaninowej

2. Uporczywa hiperfenyloalaninemia- niedobór hydroksylazy fenyloalaninowej

3. Przejściowa hiperfenyloalaninemia- opóźnienie w dojrzewaniu 4-monooksygenazy

4. Niedobór lub brak reduktazy dihydrobiopteryny

5. Anormalna funkcja dihydrobiopteryny- wada w syntezie dihydrobiopteryny

Mechanizm powstawania i usuwanie jonów amonowych w mięśniach

Amoniak w mięśniach powstaje w cyklu purynowym.

Duże ilości ATP „wypalane” z energii aż do AMP.

Bezpośrednio powstaje w reakcji deaminacji AMP katalizowanej przez deaminazę AMP.

AMP-> NH3 + IMP
(IMP zamyka cykl po dołączeniu asparaginianu i odłączeniu fumaranu z wytworzeniem AMP)

NH3 trafia do tzw. Cyklu glutaminowego
(patrz strona 8. 1 zeszycik materiałów) (ewentualnie dopisać)

Cykl bursztynianowo-glicynowy to cykl rozkładu glicyny do amoniaku i finalnie do dwutlenku węgla

Glicyna+ bursztynian -> alfa amino-beta-ketoadypinian (syntaza ALA)

alfa amino-beta-ketoadypinian-> CO2 + delta-aminolewulinian (synteza hemu)

delta-aminolewulinian-> semialdehyd alfa-ketoglutaranu + NH3

semialdehyd alfa-ketoglutaranu-> alfa ketoglutaran (do cyklu krebsa gdzie następuje odtworzenie bursztynianu)

Katepsyny

Katepsyny- są to wewnątrzkomórkowe proteazy, możemy je dzielić ze względu na budowę miejsca aktywnego.

Biorą udział w enzymatycznym rozkładzie białek, depolimeryzacji włókien kolagenowych i degradacji proteoglikanów. Są „znane” ze swej patologicznej funkcji w:

• Zwłóknieniu i marskości wątroby,

• Osteoporozie

• Schorzeniach autoimmunologicznych

• Przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc (katepsyna G)

• Zaangażowane w procesy nowotworowe (wiele różnych, mn. Rak skóry, kości, znaczenie w przerzutowaniu) + gratis suchy żart: „Co w cipie szczypie? – Rak szyjki macicy”- w tym też mają znaczenie katepsyny

Hiperhomocysteinemia-przyczyny, skutki, diagnostyka

1. Rodzaje i przyczyny: Hiperhomocysteinemie dzielimy na pierwotne i wtórne.

• Pierwotne są wywołane wrodzonymi defektami enzymów, co hamuje drogi przemian homocysteiny i powoduje jej gromadzenie w organizmie. Defekt może dotyczyć:

β-syntazy cystationinowej, przez co blokowany jest szlak przemian homocysteiny przez cystationinę w cysteinę lub

reduktazy metylenotetrahydrofolianowej (MTHFR – N5,N10-metyleno-THF nie jest przekształcany do N5-metylo-THF) – hamowanie remetylacji metioniny z homocysteiny.

• Wtórne mogą być wywołane: niedoborem witamin (B6 jest kofaktorem β-syntazy cystationinowej, pochodna B11 dawcą grupy metylowej do remetylacji metioniny, B12 jest przenośnikiem tej grupy metylowej), przewlekłą niewydolnością nerek, łuszczycą i chemioterapią nowotworów (duży obrót komórkowy – witaminy B11 i B12 są preferencyjnie zużywane do syntezy kwasów nukleinowych), niedoczynnością tarczycy.

  1. Skutki: Do objawów zaliczamy:

• dyslokację soczewki oka,

• osteoporozę,

• koślawość i szpotawość kolan,

• deformację klatki piersiowej,

• uszkodzenie naczyń krwionośnych, ale homocysteina ma głównie działanie proaterogenne jest niezależnym czynnikiem ryzyka choroby niedokrwiennej serca.

• Oksydacja cholesterolu i kwasów tłuszczowych.

• Tiolacja apo B100 – powstają modyfikowane LDLe.

• Działanie cytotoksyczne na śródbłonek – uszkodzenie w sposób pośredni i bezpośredni, przez co dochodzi do zaburzeń funkcji antyagregacyjnych śródłonka.

• Zaburzenia aktywacji białka C i S, które są naturalnymi inhibitorami krzepnięcia.

• Wzrost ekspresji czynnika tkankowego.

• Obniżenie syntezy prostacykliny i NO, często połączone ze wzmożonym wydzielanie TXA2.

• Wzrost ekspresji czynnika von Willebranda i molekuł adhezyjnych.

• Nasilenie adhezji i agregacji trombocytów.

• Wzrost degradacji elastyny – naczynie traci swoje właściwości sprężyste.

• Pobudzenie proliferacji mięśni gładkich.

  1. Diagnostyka: Wykonuje się testy pozwalające na ocenę ilości poszczególnych witamin, zaangażowanych w przemiany homocysteiny.

Jon amonowy w mózgu i jego utylizacja

Jon amonowy dociera do mózgu z krwią, pod jego wpływem rośnie również pH krwi, które zwiększa przepuszczalność bariery krew-mózg. Ponadto NH4+ (forma zjonizowana) znacznie łatwiej przenika przez błony biologiczne niż NH3. Z racji, że jon amonowy jest toksyczny dla OUN, mózg musi się go szybko pozbyć. A robi to następująco, zabiera alfa-ketoglutaran + równoważniki redukcyjne z cyklu Krebsa (to dlatego amoniak powoduje zaburzenia energetyczne mózgu i w konsekwencji zaburzenia psychiczne) z którego syntezuje kwas glutaminowy

Alfa-ketoglutaran + NAD(P)H + H⁺ + NH₃ kwas glutaminowy + NAD(P)⁺

Kwas glutaminowy + NH₃ glutamina

Glutamina trafia do krwi, skąd jest wyłapywana przez nerkę lub jelito (enterocyty).

Nerka:

Amoniogeneza (opisana już)

W enterocycie pod wpływem glutaminazy zachodzi:

Glutamina kwas glutaminowy + NH₃