Biochemia - XIX - 04.04.2001

Dzisiaj porozmawiamy sobie na temat kwasu moczowego. Przypominam, że prawidłowa urykemia jest na poziomie nie przekraczającym 7 mg% kwasu moczowego, a urykozuria, czyli wydalanie dobowe nie powinno przekraczać 600 mg/dobę. Jeśli jest więcej to mówimy oczywiście o hiperurykozurii, natomiast jeśli stężenie kw. moczowego w osoczu przekracza 7mg% o hiperurykemii. Jeśli stężenie ulega podniesieniu wówczas kwas moczowy zaczyna występować w formie soli jednosodowej i jako moczan jednosodowy może się wtrącać w tkankach, przede wszystkim w stawach oraz w nerkach. Niezwykle istotna w utrzymaniu prawidłowego stężenia kwasu moczowego jest funkcja nerek.

Dna moczanowa (skaza moczanowa)

Schorzenie jest dość częste, występuje częściej u mężczyzn (8 - 10 razy częściej niż u kobiet). Główne objawy spowodowane są wytrącaniem kryształów moczanu jednosodowego w stawach oraz w nerkach. Co się dzieje gdy się wytrąci moczan jednosodowy? Jest on postrzegany jako ciało obce i indukuje reakcję zapalną, przyjeżdżają do takiego stawu granulocyty obojętnochłonne, zjadają kryształy kwasu moczanu jednosodowego, ale dalej z nimi nic nie mogą zrobić, w rezultacie pękają, wydzielają się enzymy lizosomalne, jeszcze bardziej zakwaszają środowisko, jeszcze bardziej wytrąca się moczan jednosodowy, jeszcze więcej kryształów powstaje i tak w kółko. To ile się wytrąci moczanu jednosodowego nie zależy tylko od stężenia kwasu moczowego, ale również od pH tkanek - im niższe tym bardziej się wytrąca, i może się wytrącać jeszcze przy prawidłowym zakresie stężeń. Dalej zawartość proteoglikanów i glikozaminoglikanów, które zwiększają rozpuszczalność moczanów, im mniej tym bardziej się wytrąca, i kolejna sprawa im zimniej tym bardziej się wytrąca - wytrąca się w tych częściach ciała, które są nastawione na działanie zimna. Mianowicie albo w stawach dłoni, albo w stawach stóp. Takie opisy ostrych napadów dny moczanowej pochodzą sprzed kilkunastu lat: podagra - jak się wytrąca przy stawach palucha, chiragra - jak przy kciuku, omagra - jak w stawie barkowym. Bardzo charakterystyczne to jest to, że dna moczanowa ma organizacje asymetryczną. Drugim miejscem, gdzie się wytrąca kwas moczowy, albo moczany sodowe to jest nerka.

Jest kilka podziałów dny moczanowej:

Podział (1):

• Pierwotna (samoistna)

• Wtórna:

• Duży turn-over kwasów nukleinowych

• Dysfunkcja nerek

Podział (2):

• Z nadmiernym wytwarzaniem kwasu moczowego

• Wzrost syntezy puryn de novo

• Duży turn-over kwasów nukleinowych

• Zespół Lesch - Nyhana

• Choroba von Gierkego

• Z zaburzonym wydalaniem kwasu moczowego

• Choroby miąższu nerek

• Odwodnienie

• Kwasica ketonowa, mleczanowa, polekowa (ASA, diuretyki)

• Zatrucie solami ołowiu

Pierwszy - mało przydatny, jest to podział na pierwotną i wtórną. Dna pierwotna to jest taka, która powstaje albo z niewyjaśnionych powodów, albo powody są znane, najczęściej uwarunkowane genetycznie, głównym objawem (objaw osiowy) jest powstawanie zmian w stawach i nerkach. Dna wtórna, czyli powstająca w przebiegu innych chorób. Najczęściej jest spowodowana dużym obrotem kwasów nukleinowych, przede wszystkim w takich stanach jak terapia nowotworów, radioterapia, łuszczyca, oparzenie tkanek. Jeszcze jest postać przebiegająca z dysfunkcją nerek, czyli kwasu moczowego powstaje tyle co zwykle, ale nie może być wydalony z moczem.

Drugi - podział ten jest bardziej rozsądny, bo bazuje na podstawowej technice diagnostycznej. Ta technika jest taka, że jak się stwierdzi podwyższone stężenie kwasu moczowego, wtedy pytanie brzmi, czy pula wymienna kwasu moczowego wzrosła, czy nie wzrosła? Żeby się o tym przekonać trzeba oznaczyć wydalanie kwasu moczowego w dobowej zbiórce moczu.

Dnę mocznową możemy podzielić na dnę z nadprodukcją kwasu moczowego (dużą urykozurią) oraz na dnę w której pula moczanów nie wzrasta, a urykozuria jest prawidłowa. Spośród przyczyn: wzrost syntezy puryn de novo; jak jest wzrost syntezy puryn to jest i wzrost degradacji. Jedna z glikogenoz - choroba von Gierkego, a najczęściej jest to duży turn-over kwasów nukleinowych. Na to najbardziej są narażone osoby poddane chemio- lub radioterapii nowotworów, które mają dużą aktywność proliferacyjną. W trakcie leczenia tych osób, jeśli ktoś zapomniał, że jest nadprodukcja kwasu moczowego, to osoba dostaje napadu dny moczanowej, albo dostaje zablokowania nerek złogami kwasu moczowego. Druga kategoria to jest dna spowodowana prawidłową produkcją kwasu moczowego, ale z zaburzonym wydalaniem. Trzeba wiedzieć która kategoria jest częstsza. Ten drugi typ, czyli z zaburzeniem wydalania kwasu moczowego to jest od 80% - 90% wszystkich hiperurykemii, czyli jak ktoś przychodzi z podniesionym kwasem moczowym, to lekarz, wie, że 9 na 10 pacjentów ma zaburzone wydalanie kwasu moczowego. Natomiast 10 - 20% to są osoby, które mają nadprodukcję kwasu moczowego. Najważniejsze sytuacje to choroby miąższu nerek, czyli wszystkie zapalenia kłębkowe nerek, zejście odmiedniczkowego zapalenia nerek, czyli to co ogólnie nazywamy niewydolnością nerek. Dalej odwodnienie - zmniejszenie objętości krwi krążącej, co zmniejsza perfuzję nerek, co prowadzi do niewydolności nerek tzw. przednerkowej. Poza tym w przypadku odwodnienia stężenie substancji zawartej w surowicy się zwiększa. Tu już nie chodzi o zaburzone wydalanie, tylko jest to artefakt. Kwasu moczowego nie jest więcej tylko większe jest jego stężenie.

Wszelkie kwasice metaboliczne - najczęstsze kwasice to kwasica ketonowa w przebiegu niewyrównanej cukrzycy, kwasica mleczanowa - również w cukrzycy oraz zatruciu metanolem. Efekt jest taki, że kwasy organiczne zaburzają wydalanie kwasu moczowego na poziomie cewek, czyli zaburzają sekrecję cewkową. Dokładnie to samo robi zatrucie solami ołowiu, które są nefrotoksyczne i również zaburzają sekrecję cewkową. Dokładnie tak samo działają leki - kwas acetylosalicylowy w dużych dawkach, oraz leki moczopędne. Po prawie wszystkich lekach moczopędnych poza jednym, dochodzi do podwyższenia stężenia kwasu moczowego, w mechanizmie zaburzenia jego wydalania.

Rzadki zespół chorobowy - zespół Lesch - Nyhana. Często postrzegany jako przyczyna hiperurykemii. Ten zespół jest ściśle związany z drogą ratunkową. Tą alternatywną drogą syntezy nukleotydów puryn, w których kluczową rolę odgrywa fosforybozylotransferaza hipoksantynowoguaninowa (HGPRT), w tym zespole chorobowym dochodzi do niedoboru tego enzymu, albo zupełnego braku, albo znacznego ograniczenia aktywności. W efekcie brak jest hamowania syntezy nukleotydów purynowych de novo, wskutek zaburzenia drogi ratunkowej. W efekcie wzrostu nukleotydów purynowych równocześnie zwiększony obrót tych nukleotydów, co w konsekwencji prowadzi do zwiększonej degradacji i zwiększonego wydalania kwasu moczowego. W efekcie stwierdza się hiperurykemię, hiperurykozurię, czyli powstanie dna moczanowa. Obok objawów typowych dla dny moczanowej występują rozmaite zaburzenia na podłożu neuropsychicznym. Lekiem z wyboru jest allopurinol. To rzadkie schorzenie, ale skoro jest opisywane w podręcznikach chorób wewnętrznych to też będą o to pytania.

Leczenie dny moczanowej jest leczeniem czysto patofizjologicznym. Czyli nie na zasadzie czarnej skrzynki - wyplucie przez lewe ramię, tylko według konkretnych zasad. W napadzie ostrej dny moczanowej podstawowe znaczenie ma alkaloid z ziemowitu jesiennego, czyli kolchicyna. Główne objawy wywołane są tym, że kom. żerne chcą zeżreć ten kryształ kwasu moczowego, bo pewnie gdyby się nim zupełnie nie interesowały to kryształ by w stawie był, ale nie byłoby odczynu zapalnego, ale po to żeby podeszły do kryształu i chapsnęły go to muszą być sprawne tubule w obrębie cytoszkieletu kom., a te tubule są zbudowane z białka tubuliny, które polimeryzuje. Kolchicyna znana jako narzędzie do zablokowania podziału komórkowego - zablokowuje polimeryzację tubuliny i makrofagi oraz granulocyty obojętnochłonne siedzą sobie w miejscu i nie mają ochoty zjadać kryształów kwasu moczowego.

Drugi lek, który zrewolucjonizował leczenie dny moczanowej to jest allopurinol - jak z samego wzoru wynika jest to analog strukturalny puryn. Ma on dwa mechanizmy działania:

• Pierwszy, taki najbardziej znany - jest inhibitorem kompetycyjnym oksydazy ksantynowej, w efekcie nie jest możliwe powstawanie kwasu moczowego.

• Drugi istotny mechanizm działania - jest również substratem fosforybozylotransferazy hipoksantynoguaninowej, tylko, że ona z niego nic dobrego nie potrafi zrobić i ulega zablokowaniu. Skoro ulegnie zablokowaniu to jest prawie tak jak w zespole Lesch - Nyhana, następuje odblokowanie syntezy puryn, ale ich degradacja jest zaburzona przez allopurinol.

Puryny

Z katabolizmu puryn ważne jest zapamiętanie końcowego etapu, mianowicie przemiana hipoksantyny w ksantyny i ksantyny w kwas moczowy, obydwie te reakcje są katalizowane przez oksydazę ksantynową i w obydwu tych miejscach inhibitorem jest allopurinol. W efekcie gromadzi się hipoksantyna, która jest wydalana.

adenozyna

deaminaza adenozynowa

inozyna guanozyna

fosforylaza fosforylaza

nukleotydów purynowych nukleotydów purynowych

oksydaza ksantynowa deaminaza guaninowa

hipoksantyna ksantyna guanina

oksydaza

ksantynowa

kwas moczowy

Oksydaza ksantynowa jeszcze ma drugą ważną funkcję w organizmie - w reakcji katalizowanej przez oksydazę ksantynową powstaje nadtlenek wodoru, który to wolnym rodnikiem nie jest, ale ma wszystkie cechy związku silnie utleniającego, wolnorodnikowego. Zaczęto się przyglądać w jakich to okolicznościach w organizmie szczególnie dużą aktywność osiąga oksydaza ksantynowa. Okazało się że tym wykładnikiem jest jej zespół reperfuzji. Jeśli wywołać niedokrwienie narządu, a następnie przywrócić dopływ krwi to w tym ponownie ukrwionym narządzie występuje zjawisko zwane reperfuzją, ten nagły napływ tlenu, który się pojawił i brak równoważników redukcyjnych do jego czteroelektronowej redukcji prowadzi do powstania aktywnych form tlenu i do aktywacji niektórych enzymów, m.in. oksydazy ksantynowej, a powstające wolne rodniki powodują wszystkie znane konsekwencje. Zaczęto próbować stosować allopurinol - inhibitor oksydazy ksantynowej do zahamowania tego zjawiska reperfuzji i jest szereg takich prac, które pokazują, że może być postępowanie to jest skuteczne w przypadku np. zabiegów na otwartym sercu, gdy serce ulega wyłączeniu z krążenia a potem następuje ponowne podłączenie krążenia.

Pirymidyny

Szlak biosyntezy pirymidyn - szlak metaboliczny, który ma być doskonale znany. O ile w purynach bardziej implikacje praktyczne ma degradacja puryn, bo prowadzi do kwasu moczowego, o tyle z pirymidyn większe znaczenie praktyczne ma biosynteza pirymidyn. Zachodzi ona w cytozolu i jest katalizowana przez trzy enzymy. Pierwszy to jest kompleks wieloenzymowy MEpyr_1-3 (syntetaza karbamoilofosforanowa CPS, karbamoilotransferaza asparaginianowa, dihydroorotaza). Jeden enzym, dehydrogenaza dihydroorotanowa, jest wolny i ostatni enzym - kompleks wieloenzymowy MEpyr_5-6, który zawiera fosforybozylo -transferazę orotanową (OPRT) i dekarboksylazę orotydyno-5-fosforanową (ODC).

CO₂ + glutamina + ATP

syntetaza karbamoilofosforanowa CPS

Karbamoilofosforan (CAP)

karbamoilotransferaza asparaginianowa

Kwas karbamoiloasparaginowy (CAA)

dihydroorotaza

Kwas dihydroorotowy (DHOH)

dehydrogenaza dihydroorotanowa

Kwas orotowy (OA)

fosforybozylo -transferaza orotanowa (OPRT)

Orytydynomonofosforan (OMP)

dekarboksylaza orotydyno-5-fosforanowa (ODC)

Urydynomonofosforan (UMP)

Na pierwszy termin nie obowiązują wzory strukturalne poszczególnych produktów pośrednich, na drugi termin obowiązują.

W szlaku jest co prawda sześć enzymów, ale pierwsze trzy tworzą kompleks i dwa ostatnie drugi kompleks (ME - multi enzymes - wieloenzymowy).

Rzecz rozpoczyna się od syntetazy karbomoilofosforanowej 2 - to jest enzym cytoplazmatyczny, w przeciwieństwie do CPS 1, który jest enzymem mitochondrialnym, to jest przykład kompartmentalizacji enzymu jako wtórna sprawność katalityczna. Następny enzym karbamoilotransferaza asparaginianowa. Trzeci enzym dihydroorotaza. Te trzy enzymy tworzą kompleks ten pierwszy, który w skrócie nazywa się kompleksem CAD (C - syntetaza karbamoilofosforanowa, A - karbamoilotransferaza asparaginianowa, D - dihydroorotaza). Powstał nam kwas dihydroorotowy, następnie działa enzym, który nie tworzy żadnych z tych następnych ani poprzednich kompleksów - dehydrogenaza dihydroorotanowa i powstaje kwas orotowy. Enzym 5 i 6 są razem. Enzym 5 to jest fosforybozylotransferaza, z enzym 6 - dekarboksylaza. Dalej znajdujemy aktywny kwas foliowy, jako metylenotetrahydrofolian, który jest niezbędny do przemiany dUMP w odpowiednią pochodną tyminy - dTMP.

Z praktycznych rzeczy to jest taki zespół chorobowy, wrodzony, nazywa się dziedziczna acyduria orotowa:

• Typ I - upośledzenie OPRT, ODC

• Typ II - upośledzenie ODC

⇑ wzrost metabolitów

⇓ spadek nukleotydów pirymidynowych

Objawy kliniczne:

• megaloblastoza

• upośledzenie umysłowe

• kamica orotowa (typ I)

• dysfunkcje immunologiczne

Ja o tym mówię w telegraficznym skrócie, bo są materiały dostępne żeby się o tym nauczyć. Znacznie częściej od wrodzonej występują takie same objawy przy acydurii orotowej. nabytej, po niektórych lekach. Głównie psychotropowych i neuroleptykach fenotiazynowych, np. po chloropromazynie. Typ pierwszy jest częstszy i mamy defekt obydwu enzymów, czyli 6 - dekarboksylazy i enzymu 5, czyli fosforybozylotransferazy. Natomiast w typie drugim jest wyłącznie defekt dekarboksylazy. Z czego wynikają objawy chorobowe? Przede wszystkim z kumulowania się produktów pośrednich, z których część wykazuje toksyczne działanie dla OUN i z niedoboru nukleotydów pirymidynowych. Najbardziej charakterystyczny objaw to jest zaburzenie dojrzewania układu erytroblastycznego pod postacią megaloblastozy - tak jak przy braku wit. B₁₂. W typie pierwszym, czyli kiedy jest defekt fosforybozylotransferazy, szlak metaboliczny kończy się na kwasie orotowym - jest on słabo rozpuszczalny, wytrąca się w moczu i powstaje kamica orotowa. W typie drugim tego nie ma ponieważ etap za kwasem orotowym przez fosforybozylotransferazę jest katalizowany. Występuje upośledzenie umysłowe, dysfunkcje immunologiczne zarówno z układu komórkowego, jak i humoralnego. Jak się w porę wykryje to nie dochodzi do powstawania upośledzenia umysłowego, a lekiem z wyboru jest podawanie urydyny, po to żeby zahamować ten szlak i równocześnie podać produkt, którego brakuje w skutek zablokowania szlaku. Czyli jak się poda urydynę to zmniejsza się ilość metabolitów pośrednich i rośnie ilość dostępnych nukleotydów pirymidynowych.

Ametopteryna (metotreksat - analog strukturalny kwasu foliowego), jeśli się go poda to dochodzi do zahamowania syntezy kwasu foliowego, nie powstaje tetrahydrofolian, nie powstaje metylenotetrahydrofolian i w skutek tego nie powstaje TTP. W katabolizmie żadnych ciekawostek nie ma. Katabolizm nukleotydów pirymidynowych prowadzi do powstania beta-alaniny i kwasu beta-aminoizomasłowego. To jest cała filozofia dotycząca nukleotydów purynowych i pirymidynowych.

Aminokwasy

Jest wiele różnych podziałów aminokwasów, nas będą interesowały trzy różne podziały, z których dwa będą dzisiaj, a jeden następnym razem.

Podział (1):

• Białkowe

• Niebiałkowe (np. ornityna, cytrulina, tauryna)

Podział (2):

• Wbudowywane do białka w procesie translacji

• Powstające w modyfikacjach posttranslacyjnych (hydroksyprolina, hydroksylizyna, aminokwasy wiązań krzyżowych)

Podział na aminokwasy białkowe i niebiałkowe, białkowe to są takie, które budują strukturę białka, a niebiałkowe to takie, które są wykorzystywane do jakiś innych syntez, ale nie znajdujemy ich w strukturze białka. Dla przykładu aminokwasy niebiałkowe to ornityna, cytrulina, z którymi się spotkamy dzisiaj w cyklu mocznikowym i tauryna, która służyła do sprzęgania kwasów żółciowych.

Drugi podział to podział na takie, które mają swoje aminoacylo t-RNA, czyli po zaktywowaniu zostają wbudowane na rybosomie do struktury łańcucha polipeptydowego - to te które są wbudowywane w translacji. Druga kategoria aminokwasów to takie, które nie mają swojego aminoacylo t-RNA. To również oznacza, że jeśli taki aminokwas podamy do organizmu, to nie nastąpi jego wbudowanie do białka jeśli on będzie znakowany izotopem promieniotwórczym jako markerem. Bowiem powstają one w modyfikacjach posttranslacyjnych, no i takie najważniejsze z punktu widzenia praktycznego to hydroksyprolina i hydroksylizyna, a z nich w biosyntezie elastyny i kolagenu powstają wiązania krzyżowe, czyli allizyna, desmozyna, pirydynolina i inne.

Proteiny w diecie aminokwasy białka ciała

Azot białkowy

Związki specjalne:

- Neurotransmitery

-.Katecholaminy

amoniak - Składniki błon - Hem

mocznik - Zasady nukleotydowe

- Itd.....

ketokwasy

aminokwasy glukogenne aminokwasy ketogenne

Składnik cyklu Krebsa lub pirogronian acetyloCoA

CO₂ + H₂O glukoza Tłuszcze CO₂ + H₂O

Skąd się biorą aminokwasy? Biorą się z trzech źródeł:

1. po pierwsze z pokarmu,

2. po drugie z białek, które występują w organizmie i które ulegają sezonowej proteolizie,

3. trzecia grupa to przynajmniej część z nich może być syntetyzowana endogennie, czyli biosynteza własna.

Co dalej może się z nimi dziać? Te które zostają do naszego organizmu wprowadzone lub powstały w degradacji białek, lub syntetyzowane. Większość z nich służy do tego żeby wbudowywać je w białka zgodnie z instrukcją, która zawarta jest w kwasie Bez tegomRNA.

Część aminokwasów zostaje wykorzystana do syntezy różnych związków drobnocząsteczkowych: hormonów, neurotransmiterów, kreatyny itd., natomiast jeśli jakiś aminokwas jest już przeznaczony do zakończenia swojego żywota, to katabolizm przebiega dwoma zasadniczymi drogami i w przeciwieństwie do dotąd związkówomawianych, gdzie cała cząsteczka była katalizowana katabolizowanarównoczasowo - katabolizowana, tu oddzielnie następuje katabolizm części aminowej i oddzielnie katabolizm szkieletu węglowego, czyli całego łańcucha węglowego. Część azotowa zostaje zmieniona w mocznik i w ten sposób wydalona, natomiast szkielet węglowy służy do syntez:

• albo do syntez glukozy - aminokwasy glukogenne,

• albo powstają produkty pośrednie z których mogą być syntetyzowane kwasy tłuszczowe i to są tzw. aminokwasy ketogenne.

Transport dokomórkowy aminokwasów:

• Dyfuzja ułatwiona:

• Aminokwasy hydrofobowe (Leu, Ile, Wal, Fen)

• Aminokwasy zasadowe (Liz, Arg)

• Transport wtórnie aktywny:

• Aminokwasy kwaśne (Glu, Asp)

• Aminokwasy obojętne (Ala, Ser, Cys, Gli, His, Asn, Gln)

Teraz bliżej przyjrzymy się aminokwasom, które już do naszego organizmu trafiły, będziemy to omawiać wg ważności. Muszą wejść do komórki to w jaki sposób wchodzą jest podyktowane ich właściwościami fizykochemicznymi. Bez przeszkód penetrują przez błonę na drodze dyfuzji ułatwionej takie aminokwasy, które są aminokwasami hydrofobowymi . Do nich należy leucyna, izoleucyna, aminokwasy rozgałęzione, oraz fenyloalanina. W taki sam sposób do kom. dostają się również aminokwasy zasadowe, czyli lizyna i arginina. Z tego wynika, że ten transport może zachodzić w dwie strony. Po wejściu do kom. one muszą być wciągnięte w jakiś przemiany, bo jeśli osiągnęły by zbyt duże stężenie wolnego aminokwasu, to gradient zostanie skierowany na zewnątrz. Pozostałe aminokwasy nie potrafią na zasadzie dyfuzji ułatwionej wejść do kom. i są transportowane na drodze transportu wtórnie aktywnego, dokładnie w ten sam sposób jak była transportowana glukoza w nerce i w jelicie. Ale w przeciwieństwie do glukozy ten typ transportu jest dla aminokwasów uniwersalny, dla wszystkich kom., nie tylko dla nerki, nie tylko dla jelita. Przypominam, że po stronie luminalnej, czyli skierowanej na zewnątrz kom., albo do światła jelita, albo do krwioobiegu, znajduje się układ przenośnikowy, który ma dwa krzesełka, na jednym krzesełku siada któryś z aminokwasów, na drugim jony sodowe. Jak zajmą swoje miejsca to układ transportowy przenosi je do wnętrza kom. a potem schodzą ze swoich krzesełek, ale jon Na ma pecha bo już na niego czeka ATP-aza Na⁺/K⁺ zależna i wyrzuca go czym prędzej poza komórkę żeby gradient jonu sodowego był skierowany dokomórkowo. Na to wywalanie jonu sodowego poza komórkę jest zużywana energia stąd jest to transport wtórnie aktywny. Repertuar aminokwasów tak transportowanych jest tutaj pokazany.

Katabolizm azotu aminokwasowego (trudne do zrozumienia w przeciwieństwie do katabolizmu szkieletu węglowego, którego się trzeba nauczyć na pamięć, bo każdy z aminokwasów ma tam jakieś szczególiki, o które ja lubię pytać, jako tzw. pytania ratujące). Pierwsza rzecz - trzeba amoniak wyzwolić (wyrwać) z aminokwasów. Główną reakcją, która służy do wyrywania amoniaku jest reakcja transaminacji, ale z samego mechanizmu tej reakcji, że następuje przekazanie grupy aminowej z aminokwasu na jakiś ketokwas, z powstaniem innego aminokwasu i alfaketokwasu wynika, że jest to droga pośrednia, bowiem wolny amoniak nam w ten sposób nie powstał. Jest to główny sposób pośredniego wyzwalania amoniaku z aminokwasów i w taki sposób katalizowana jest większość aminokwasów, w nielicznych tylko możliwe jest usunięcie tego aminokwasu jako amoniak.

Reakcja transaminacji

NH₃

R-CH-COOH

 alfaketoglutaran NADH + H⁺

NH₂

R-CH-COOH kwas glutaminowy NAD⁺

_

O

Transaminacji nie ulegają: Liz, Pro, Tre.

Z pośród aminotransferaz zaangażowanych w ten proces trzy mają znaczenie kluczowe:

• Pierwsza to jest aminotransferaza glutaminowa,

• druga to jest aminotransferaza asparaginianowa,

• trzecia aminotransferaza alaninowa.

Wszystkie są ważne, ale te są najważniejsze. Z wyszczególnienia tych aminotransferaz wynika, że główne znaczenie to będzie wytworzenie dwóch aminokwasów, wytworzenie kwasu glutaminowego jak zostanie przerzucona grupa aminowa na alfaketoglutaran, a drugi superaminokwas, który powstaje w tkankach to jest alanina, przez transaminowanie z pirogronianem i to jest główny sposób wyzwalania azotu z aminokwasów - sposób pośredni. Droga pośrednia ma znaczenie poboczne.

Następny sposób, który jest opisany w podręczniku Harpera, jako główny sposób uzyskiwania azotu z aminokwasów - dezaminacja oksydacyjna. Dezaminacja oksydacyjna zachodzi przy udziale oksydaz aminokwasowych, czy oksydazy L - aminokwasów, to są enzymy, które mają FAD jako koenzym i następuje uwolnienie amoniaku, jest tylko jeden problem w tym wszystkim, że to nie zachodzi u człowieka. Ale co roku kilka osób złapię na tym i na tym się egzamin kończy. U człowieka jest jedna reakcja, która jest bardzo podobna do tej reakcji oksydazy L - aminokwasowej zachodzącej u innych ssaków, jest to reakcja zachodząca przy udziale dehydrogenazy glutaminowej. Dehydrogenaza glutaminowa różni się jednak od oksydaz L-aminokwasów tym, że jako koenzym posiada NAD, a nie FAD. Reakcja jest dwukierunkowa i ten typ reakcji, który tu pokazuję, czyli przebieg w kierunku tworzenia
alfaketoglutaranu z dezaminowaniem dezaminacjąkwasu glutaminowego i uwolnieniem amoniaku w tą stronę biegnie tylko w wątrobie. Natomiast we wszystkich reakcjach pozawątrobowych reakcja przebiega dokładnie w drugą stronę, czyli nie tylko, że nie tworzy amoniaku to jeszcze prowadzi do tzw. aminacji redukcyjnej alfaketoglutaranu z wytworzeniem kwasu glutaminowego. To jest drugi sposób uwalniania amoniaku w przypadku wątroby, bo przypominam, że ta reakcja w wątrobie biegnie w przeciwnym kierunku i to jest uwolnienie bezpośrednie, w przeciwieństwie do transaminacji, która jest uwolnieniem pośrednim azotu. Skoro w tkankach pozawątrobowych w wyniku transaminacji powstaje nam kwas glutaminowy i alanina i w wyniku aminacji redukcyjnej powstaje też kwas glutaminowy to z tego wynika, że kwas glutaminowy musi być jakoś super ważny w tych tkankach pozawątrobowych. Które tkanki w naszym organizmie są najważniejsze z punktu widzenia uwolnienia amoniaku (i to uwolnienia zarówno bezpośredniego, czyli uwalnianie NH₃, jak i uwolnienia w sensie pośrednim, czyli uwolnienia w reakcji transaminacji)?

1. najważniejszym źródłem amoniaku są mięśnie szkieletowe,

2. na drugim miejscu jest jelito

3. i na trzecim miejscu jest nerka.

W każdym z tych miejsc to uwalnianie następuje całkiem w innym celu.

Dezaminacja oksydacyjna:

Alfa - aminokwas + FAD alfa - ketokwas + FADH₂ + NH₄⁺

Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę glutaminianową:

W wątrobie:

kwas glutaminowy + NAD⁺ alfaketoglutaran + NADH + H⁺ + NH₄⁺

W tkankach pozawątrobowych (aminacja redukcyjna):

alfaketoglutaran + NADH + H⁺ + NH₄⁺ kwas glutaminowy + NAD⁺

Mięśnie szkieletowe - w wyniku pracy mięśni i zużywania energii z ATP powstaje AMP. AMP podlega pewnym cyklicznym przemianom, które noszą nazwę cyklu purynowego i odpowiedź na pytanie co jest głównym źródłem amoniaku w naszym organizmie? Odpowiedź brzmi:

Cykl purynowy w mięśniach

AMP fumaran

H₂O liaza adenylobursztynianowa

adenylobursztynian

syntaza adenylobursztynianowa

NH₃ IMP

Asparaginian + GTP GDP + P_i

Powstało nam AMP, ono ulega dezaminacji i uwalnia się amoniak, powstaje na IMP, działa enzym, który nazywa się syntetaza adenylobursztynianowa. Dawcą grupy aminowej jest kwas asparaginowy. Skąd się wziął kwas asparaginowy - w tkankach obwodowych, głównie w mięśniach dużą aktywność ma AspAT, czyli transaminacja ze szczawiooctanem powstał nam asparaginian. A szczawiooctan pochodzi z cyklu Krebsa. Czyli to nie jest gdzieś w próżni zawieszone, tylko asparaginian dostaje się z cyklu Krebsa jako szczawiooctan, powstaje adenylobursztynian, działa kolejny enzym liaza adenylobursztynianowa, uwalnia się fumaran i powstaje AMP i cykl się zamknął utworzone zostało AMP i uwolnił się amoniak. Fumaran znowu wchodzi do cyklu Krebsa, ulega hydratacji, powstaje jabłczan, dehydrogenaza jabłczanowa, szczawiooctan, transaminacja z asparaginianem i tak w kółko. Cykl jest ściśle połączony z cyklem Krebsa.

Jelito i nerka - dwa dalsze miejsca uwalniania amoniaku, ale tu nie ma cyklu purynowego, tu natomiast jest enzym co się nazywa glutaminaza, ten enzym prowadzi do deamidacji glutaminy i powstaje kwas glutaminowy i amoniak - to są źródła wolnego amoniaku.

Glutamina ^glutaminaza kwas glutaminowy + NH₄⁺

Znowu powracamy do tkanek obwodowych, powstaje lub w wyniku transaminacji, lub aminacji redukcyjnej kwas glutaminowy, tu jeszcze nie mamy uwolnienia amoniaku, a znajdujemy w jelicie i nerce enzym glutaminazyglutaminazę, który degraduje glutaminę, z tego wynika, że brakujące ogniwo w tym szlaku to jest jakaś przemiana między kwasem glutaminowym a glutaminą. Z tego sobie można wymyśleć, że dalej glutamina musi dotrzeć do tych dwóch narządów żeby uwolnić wolny amoniak. Powstał nam w mięśniach amoniak, on jest silnie toksyczny, po przeniknięciu do OUN wywołuje w pierwszym etapie alkalozę metaboliczną, a z dwóch zaburzeń kwasicy i alkalozy zdecydowanie gorsza jest alkaloza. Doprowadza z czasem do porażenia ośrodka oddechowego i z czasem pojawia się kwasica oddechowa. Zaburza ona szereg procesów o których powiem na ostatnim wykładzie, przy okazji omawiania śpiączki wątrobowej. Z tego wynika, że amoniak nie może tak sobie fruwać po organizmie tylko musi być transportowany w sposób związany i w jaki sposób można związać amoniak.

Wiązanie amoniaku

• Synteza mocznika

• Synteza glutaminy

• Synteza kwasu glutaminowego

• Amoniogeneza

Najważniejszy sposób znany od przedszkola to jest synteza mocznika. Jest ona możliwa tylko w jednym miejscu w organizmie, mianowicie w wątrobie. Żadna inna tkanka nie dysponuje kompletem enzymów o odpowiedniej aktywności, tzn. tkanki mają enzymy, ale żadna z nich nie ma kompletu enzymów o pożądanej aktywności. Z tego wynika, że cykl mocznikowy wiąże amoniak w wątrobie, a ponieważ głównie w narządach obwodowych, głównie w mięśniach powstaje, a w wątrobie jest wiązany to w jakiś sposób musi pofrunąć do wątroby, żeby nie uszkodził OUN. Temu celowi służą dwa następne sposoby wiązania: synteza glutaminy i synteza kwasu glutaminowego. Jeszcze mamy jeden sposób ale całkiem dla innego celu to jest amoniogeneza zachodząca w nerce.

O ile synteza mocznika jest najważniejszym sposobem wiązania amoniaku w wątrobie, to we wszystkich tkankach pozawątrobowych najważniejszym sposobem związania amoniaku żeby nie był toksyczny jest synteza glutaminy.

Synteza glutaminy:

- w wyniku transaminacji i w redukcyjnej aminacji powstaje kwas glutaminowy. Kwas glutaminowy przy udziale odpowiedniej transaminazy glutaminowej ulega amidacji i powstaje glutamina. Został wykorzystany kwas glutaminowy, który jest tutaj z powodu transaminacji i redukcyjnej aminacji, został związany amoniak, który powstał w cyklu purynowymKwas glutaminowy ulega amidacji przy udziale syntetazy glutaminowej, w wyniku czego wiązany jest amoniak i powstaje glutamina. Powstaje glutamina - związek nietoksyczny, który penetruje do krwioobiegu i sobie krąży.

Kwas glutaminowy + NH₄⁺ syntetaza glutaminowa Glutamina

Kolejny sposób - synteza kwasu glutaminowego .

Synteza kwasu glutaminowego na drodze redukcyjnej aminacji, czyli tej reakcji, którą pokazałem z odwróceniem działania dehydrogenazy glutaminowej na sposób oksydazy L - aminokwasowej, przede wszystkim zachodzi w OUN. Dlaczego? Jest to obrona OUN przed jonem amonowym. Jeśli z jakiś względów więcej niż potrzeba amoniaku znalazło się w układzie krążenia i trafi do OUN, musi zostać związany aby nie wykazywał swojego działania toksycznego. I tutaj przychodzi alfaketoglutaran, który wyciągany jest z cyklu Krebsa. Dehydrogenaza glutaminianowa redukcyjnie aminuje alfaketoglutaran i powstaje kwas glutaminowy. W ten sposób amoniak przestał być toksyczny, ale równocześnie dochodzi do zaburzeń w funkcjonowaniu cyklu Krebsa. Skoro zaburzenie w cyklu Krebsa = defekt w uzyskiwaniu energii. To w konsekwencji może doprowadzić do objawów neurologicznych stwierdzanych w zatruciu amoniakiem, czyli w śpiączce wątrobowej. Nie tylko samo działanie toksyczne amoniaku, ale również zaburzenie utylizacji glukozy w cyklu Krebsa poprzez wyciąganie z cyklu Krebsa alfaketoglutaranu.

alfaketoglutaran + NADH + H⁺ + NH₄⁺ kwas glutaminowy + NAD⁺

Kolejny sposób na pozbycie się amoniaku to proces amoniogenezy w nerce.

Proces ten jest jednym ze sposobów regeneracji części solnej buforu wodorowęglanowego (część kwasowa to CO₂, a część solna to wodorowęglan). Metabolizm organizmu ludzkiego jest mechanizmem kwaśnymW wyniku metabolizmu powstają kwasy, cały czas nasz organizm jest zakwaszany i dlatego bufory muszą ulegać ciągłej regeneracji. Kluczowe znaczenie w regeneracji buforu wodorowęglanowego, w zakresie wodorowęglanu przypada w nerce a w zakresie CO₂ płuco.

NaCl Anhydraza węglanowa

CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^- węglanowa

H⁺ NaHCO₃

NH₄Cl Cl^- NaCl

NH₄⁺ Na⁺

NH₃ + kw. glutaminowy kwas glutaminowy

NaCl

Naczynie

krwionośne

W kanaliku nerkowym mamy enzym glutaminazę. Glutamina, która powstała w mięśniach płynie sobie po organizmie, aż dopłynie do nerki. W kanaliku nerkowym enzym glutaminaza uwalnia amoniak i kwas glutaminowy. Amoniak w sposób bierny dyfunduje do wnętrza kanalika. Równocześnie w kom. kanalika mamy enzym anhydrazę węglanową, który to robi dwie ciekawe rzeczy: z CO₂ i H₂O robi kwas węglowy, który to dysocjuje na jon wodorowy, który to w sposób czynny jest wydzielony do kanalika, oraz jon wodorowęglanowy. Teraz żeby zachować zgodnie z prawami elektroobojętności cały ten układ w miejsce jonu H zostaje wchłonięty jon Na, który z jonem wodorowęglanowym tworzy wodorowęglan sodu, który jest składnikiem buforu węglanowego. Upiekliśmy dwie pieczenie na jednym ogniu:

• po pierwsze pozbyliśmy się amoniaku jako jon amonowy, który a jonem chlorkowym tworzy chlorek amonowy,

• a z drugiej strony pozbyliśmy się jonu wodorowego, który zakwasza nasz organizm, czyli ten sposób związania amoniaku jako chlorek amonu służy regulacji kwasowo -zasadowej.

Teraz przyglądamy się transportowi międzykontynentalnemu, mianowicie z mięśni w których powstała glutamina, płynie sobie do jelita, z mózgu do krwioobiegu dostał się kwas glutaminowy, przez redukcyjną aminację alfaketoglutaranu. I płyną sobie z krwią do rożnych części organizmu, a muszą dopłynąć do dwóch superważnych: jelito i nerka.

Jedna z funkcji nerek już Państwu została pokazana, czyli przemiana glutaminy w kwas glutaminowy i chlorek amonu, czyli regulacja amoniogenezy. To teraz pora żeby przyjrzeć się po co to ma płynąć do jelita.

Rola jelita:

Światło:

aminokwasy, kw. moczowy, mocznik bakterie NH₃

ściana jelita (enterocyty):

glutamina ^glutaminaza kwas glutaminowy + NH₃

Drugim po mięśniach źródłem amoniaku w organizmie jest jelito i jelito trzeba rozpatrywać dwuaspektowo:

• pierwszy aspekt to jest światło jelita,

• drugi to ściana jelita.

Funkcja tych dwóch części jest całkowicie odmienna.

Aspekt pt. światło - w jelicie znajdują się różnego rodzaju związki, różnego pochodzenia: pochodzenia pokarmowego, ale również pochodzące z soków trawiennych - aminokwasy, kwas moczowy, mocznik i bakterie obecne w jelicie doprowadzają do uwolnienia amoniaku. Z tego już praktyczna uwaga, która znalazła zastosowanie praktyczne. Jeśli chcemy ograniczyć rolę światła jelita w dostawie amoniaku, a tak w niewydolności wątroby jest to wysoce pożądane to najpierw trzeba zmniejszyć ilość produktów z których amoniak może powstać, czyli ograniczyć zawartość białka w diecie, postarać żeby to białko tam się nie dostało np. z pękniętego żylaka przełyku, czyli z krwawienia z przewodu pokarmowego i druga rzecz - rozprawić się z bakteriami, czyli podać antybiotyki, które wyjałowią przewód pokarmowy, takie które się nie wchłaniają, a takie które wybijają wszystkie bakterie np. neomycyna i w rezultacie doprowadza się do wyeliminowania tej drogi, czyli światła jelita jako źródła amoniaku w organizmie.

Drugi aspekt sprawy to jest ściana jelita (ściana czyt. enterocyty).Rola ściany jelitowej to jest obecność glutaminazy. Co to oznacza? Glutamina jak już wcześniej powiedziałem powstaje w mięśniach jako sposób związania amoniaku (patrz synteza glutaminy), dopływa sobie do enterocytów z krwią tętniczą i tu enzym glutaminaza uwalnia kwas glutaminowy i amoniak.

Co się dzieje z kwasem glutaminowym? Mogą się zdarzyć zasadniczo dwie rzeczy:

1. po pierwsze może ulec transaminacji przy udziale ALAT, czyli spotka się z takim czymś co się nazywa pirogronian, przerzuci grupę aminową, powstanie alanina i ona jest transportowana do wątroby,

2. druga możliwość to kwas glutaminowy nie ulega transaminacji, czyli po prostu jest transportowany do wątroby jako kwas glutaminowy.

Drugi składnik reakcji to amoniak. Z amoniakiem też mogą się zdarzyć trzy rzeczy:

1. W enterocytach obecny jest CPS1, czyli syntetaza karbamoilofosforanowa 1, enzym mitochondrialny dla odróżnienia od tej, która występuje w kompleksie CAD, czyli CPS2, który jest enzymem cytozolowym. Następuje synteza odpowiednio karbamoilofosforanu, potem działa karbamoilotransferaza ornitynowa, powstaje cytrulina, która jest uwalniana do krwioobiegu.

2. Druga możliwość: amoniak jest transportowany do wątroby. Dorzecze żyły wrotnej jest miejscem w organizmie, w którym jest najwyższe stężenie wolnego amoniaku, z tego wynika, że może to połączenie , że to połączenie musi być szczelnebyć szczelne, bo jeśli amoniak zacznie przeciekać do krążenia ogólnego to stanie się nieszczęście. Zacznie działać toksycznie dla OUN. Z tego wynika wniosek, że po coś ważnego kwas glutaminowy płynie do wątroby i po coś ważnego amoniak płynie do wątroby. Czyli reasumując to mamy dorzecze żyły wrotnej - azot z jelita do wątroby płynie głównie w formie amoniaku, w formie kwasu glutaminowego, który pochodzi z deamidowanejpowstaje m.in. w wyniku deamidacji, z alaniny, która powstała w wyniku transaminacji kwasu glutaminowego z pirogronianem i z cytruliny, która powstała z amoniaku pod wpływem pierwszych dwóch enzymów cyklu mocznikowego.

3. Dochodzimy do najważniejszego sposobu wiązania amoniaku, mianowicie syntezy mocznika i cyklu mocznikowego. Cykl mocznikowy jest niezwykle prosty, wprowadzamy amoniak, uzyskujemy mocznik i mamy tu trzy aminokwasy o kluczowym znaczeniu. Jeden aminokwas białkowy, czyli arginina i dwa aminokwasy niebiałkowe, ornityna i cytrulina. Za jedne przemiany połączone z dostawą amoniaku, dwa z cyklem Krebsa, stanowią o powodzeniu tego przedsięwzięcia. Cykl mocznikowy zachodzi w dwóch, a tak naprawdę w trzech przedziałach komórki, tzn. w mitochondrium, w cytozolu i jedna z reakcji we frakcji mikrosomalnej. Podstawowe znaczenie dla cyklu mocznikowego ma ta reakcja, czyli działanie CPS1, jest to enzym, który ma bardzo ważny ligand allosteryczny pozytywny, czyli aktywator allosteryczny, tym aktywatorem allosterycznym jest N - acetylo - glutaminian.

CO₂ + NH₃ mocznik

fumaran

CPS1 ornityna arginaza arginina

Karbamoilofosforan transkarbomoilaza ornitynowa argininobursztynaza

syntetaza

cytrulina argininobursztynianowa argininobursztynian

asparaginian

Teraz trzeba sobie przypomnieć co płynęło do wątroby, oprócz amoniaku płynie kwas glutaminowy. To jest dla wątroby sygnał - uwaga, uwaga zbliża się amoniak. Kwas glutaminowy bez przeszkód ulega acetylacji, powstaje N - acetylo - glutaminian, który aktywuje CPS1, żeby oczekiwali na amoniak, ten enzym zwiększa swoją aktywność.

CPS1 działa, powstał nam karbamoilofosforan, działa karbamoilotransferaza ornitynowa, podobny enzym do tego, który widzieliśmy w biosyntezie pirymidyn, tam była karbamoilotransferaza asparaginianowa, powstaje nam cytrulina, następny enzym syntetaza argininobursztynianowa jest wąskim gardłem cyklu mocznikowego, jest to enzym o najniższej aktywności i nie jest enzymem allosterycznym. W przypadku, gdy cykl mocznikowy ulega znacznej aktywacji, prowadzi to do gromadzenia się cytruliny, powstał nam argininobursztynian, per analogiam do cyklu purynowego w mięśniach, też mamy wprowadzenie drugiego atomu azotu. Podobnie jak w cyklu purynowym w mięśniach mamy liazę, nie adenylobursztynianową, tylko argininobursztynianową i powstaje nam aminokwas arginina. Powstała nam arginina i działa nań enzym arginaza - enzym uwalniający mocznik.

Arginaza jest bardzo ciekawym enzymem, jest to podyktowane tym, że arginina ma wiele misji w kom. do spełnienia, a nie tylko zmienić się w mocznik, np. synteza tlenku azotu, udział w syntezie białka. Arginaza jest enzymem o bardzo wysokiej aktywności i bardzo wysokiej stałej Michaelisa, to znaczy, że arginina musi osiągnąć duże stężenie, czyli znaczy to, że musiało być dużo amoniaku, dużo kwasu glutaminowego dopłynęło z jelita tu się zaktywowało, zwiększa swoją wydajność, dużo argininy, aktywacja arginazy i przemiana w mocznik. Co się dzieje jak argininy jest mało, wtedy nie jest aktywowana arginaza, ale jest aktywowany enzym aktywujący aminokwasy, czyli syntetaza aminoacylo tRNA i powstaje arginylo tRNA, czyli powstaje aktywny aminokwas do wbudowywania w białka. Dopiero jeśli dojdzie do wzrostu aktywności cyklu mocznikowego i zgromadzi się arginina do takiego stężenia żeby zaktywować arginazę, wtedy następuje tworzenie mocznika, zbyt cenna jest arginina żeby ją marnować wyłącznie na przemianę w mocznik.

To nie jest jedyna droga argininy w wątrobie - przemiana w mocznik, jest to regulowane aktywnością enzymów. Przypominam - główny enzym regulatorowy CPS1, wąskie gardło - syntetaza argininobursztynianowa i enzym, który decyduje o losach argininy - arginaza, ogromna aktywność i wysoka stała Michaelisa. Szacuje się, że aktywność enzymów cyklu mocznikowego, zwłaszcza arginaza jest tak duża, że gdyby nie ten element regulacyjny, to w ciągu doby mogło by powstać tyle mocznika ile waży organizm, czyli u 70kg człowieka 70kg mocznika na dobę. A ile mocznika powstaje to każdy ma wiedzieć.

Teraz należy przyjrzeć się połączeniu z innymi szlakami metabolicznymi - początek odbywa się w mitochondrium, tu mamy CPS1, oraz karbamylotransferazę ornitynową. Cytrulina migruje do cytozolu, tu mamy syntezę argininobursztynianu, oraz liazę, arginina przechodzi do mikrosomów gdzie działa arginaza i ornityna wraca do wątroby. Tu jest pokazane połączenie przez kwas asparaginianowy, szczawiooctan, transaminacja, a wszystko to jest połączone z cyklem Krebsa i poprzez uwalniany fumaran również połączone z cyklem Krebsa.

W związku z omówioną funkcją dwóch podstawowych aminokwasów, mianowicie kwasu glutaminowego i alaniny, funkcjonuje w biochemii pojęcie cyklu glutaminowego i cyklu alaninowego. Co to takiego jest?

Cykl glutaminowy

W mięśniach kwas glutaminowy powstały albo przez redukcyjną aminację alfa keto - glutaranu, albo przez transaminację innych aminokwasów, ulega amidacji i powstaje kwas glutaminowy. Glutamina z mięśni przechodzi do krwioobiegu, jak dotrze do nerki, to glutamina ta obecna w nerkach katalizuje powstanie kwasu glutaminowego i amoniaku, amoniak jako chlorek amonu opuszcza organizm, czyli wydaliliśmy amoniak, wydaliliśmy jon H. Kwas glutaminowy ulega resorbcji, dostaje się do krążenia ogólnego i preferencyjnie wychwytują kwas glutaminowy mięśnie. Ten sam kwas glutaminowy jeśli w swojej wędrówce po organizmie trafi do jelita, to taki podobny enzym glutaminaza uwolni kwas glutaminowy, amoniak albo powędruje do wątroby jako substrat do syntezy mocznika, albo amoniak przy udziale CPS1 i karbamoilotransferazy ornitynowej wytworzy cytrulinę w jelicie. Kwas glutaminowy, albo transaminuje z pirogronianem i powstaje alanina, albo jako niezmieniony kwas glutaminowy dociera do wątroby i w wątrobie z kwasem glutaminowym mogą się zdarzyć dwie rzeczy. Najczęściej wątrobie on się nie podoba i wątroba go cudem przepuszcza i zostaje on z powrotem wyłapany przez nerkę i cykl się zamknął. Ale druga możliwość to jest ta co kazałem gwiazdkę w pewnym miejscu zaznaczyć. Wracamy do gwiazdki. Działanie dehydrogenazy glutaminianowej, czyli ten przypadek, gdzie następuje uwalnianie amoniaku z aminokwasów. Jeśli kwas glutaminowy będzie podlegał działaniu dehydrogenazy glutaminianowej to powstaną z niego w wątrobie dwie rzeczy:

• 
  alfa ketoglutaran, który zostanie wprowadzony niczym anaplerotyczna reakcja do cyklu Krebsa,

• amoniak wzmocni pule amoniaku podlegającego cyklowi mocznikowemu.

Dehydrogenaza glutaminanowa znajduje się w mitochondrium. Wszystko jest w jednym miejscu, żeby nie musiały się szukać metabolity. Mięśnie muszą wyłapać, żeby wytworzyły glutaminę, glutamina wyłapana przez nerkę aby wydalić amoniak, jako tlenek chlorekamonu i jelito, żeby uwolnić amoniak i kwas glutaminowy.

Cykl alaninowy

Chyba bardziej istotny jest cykl alaninowy. Ponieważ to jest taki dwa w jednym. Co znaczy dwa w jednym? Jedna część to jest transport amoniaku do wątroby, który odbywa się przy udziale alaniny, a druga strona medalu to jest transport glukozy do mięśni, które czekają na ten substrat.

Aminokwasy w mięśniach

Pirogronian w mięśniach

Alanina w mięśniach Alanina w krwi

Glukoza w mięśniach Alanina w wątrobie

mocznik Glukoza w krwi Glukoza w wątrobie Pirogronian w wątrobie

Zacznijmy od mięśni. W mięśniu glukoza podlega glikolizie, powstaje pirogronian, jako końcowy produkt glikolizy beztlenowej, kwas pirogronowy transaminuje z różnymi aminokwasami, powstaje alanina, alanina pojawia się w krwioobiegu i płynie do wątroby z krwią tętniczą, ale równocześnie w krwi żyły wrotnej również znajdujemy alaninę, która w ścianie jelita powstała w wyniku transaminacji kwasu glutaminowego z pirogronianem - to jest drugie źródło alaniny płynącej do wątroby. W wątrobie nastąpiła transaminacja, powstał nam pirogronian, a z tego aminokwasu, który powstał przy okazji następuje uwolnienie amoniaku, a następnie włączenie do cyklu mocznikowego. Tą drogą pozbyliśmy się amoniaku, który powstał nam w mięśniach, tylko nie poprzez cykl purynowy, ale przez transaminację aminokwasów. To jest droga pośrednia. Tu się nigdzie amoniak nie uwolnił, on się dopiero uwalnia w wątrobie - droga pośrednia. Kwas pirogronowy w glukoneogenezie zostaje zamieniony w glukozę, glukoza wędruje do krwi, glukoza z krwią wędruje do mięśni i tak wszystko się dzieje w kółko. To się nazywa cykl alaninowy.

Cytrulina

Cytrulina powstaje w jelicie Pierwszym enzymem jest CPS1, czyli powstaje karbamoilofosforan, a następnie karbamoilotransferaza ornitynowa i powstała nam cytrulina. Dalsze enzymy cyklu mocznikowego mają aktywność znikomą i ścianę jelita opuszcza cytrulina, ona poprzez wątrobę dostaje się do krążenia ogólnego i dociera w dwa miejsca:

1. Jednym miejscem jest nerka. Tu jest możliwe to co nie było możliwe w jelicie, mianowicie tam była znikoma aktywność syntetazy argininobursztynianowej, natomiast w nerce ta syntetaza ma aktywność wysoką. Natomiast ma niską aktywność CPS-u, dlatego nie mogła sobie sama syntetyzować cytruliny, wykorzystuje wobec tego cytrulinę do syntetyzowania argininy, ale teraz z kolei bardzo niska jest aktywność arginazy. Okazuje się, że nerka jest jednym z najważniejszych źródeł argininy dla syntezy białek w organizmie. Arginina opuszcza nerkę, dostaje się do krwioobiegu i może być wykorzystywana do syntezy białek.

2. Drugim miejscem, które jest szczególnie łapczywe na cytrulinę jest OUN. Do pewnego momentu wszystko dzieje się podobnie jak w nerce, mianowicie jak cytrulina się dostanie to syntetaza argininobursztynianowa ma aktywność wysoką, liaza również, powstała arginina, powstała arginina, ale w mózgu w ogóle nie ma arginazy. Z argininy w mózgu przy udziale NOS-u syntetyzowany jest NO (tlenek azotu).

H₂O

JELITO Arginina

Mocznik

Ornityna

Cytrulina NO

NOS

NERKA MÓZG

Arginina H₂O Arginina H₂O

Mocznik Mocznik

Ornityna Ornityna

Cytrulina Cytrulina

Przetoka Ecka

Główną przyczyną zaburzeń jawnych klinicznie w metabolizmie amoniaku jest marskość wątroby, wówczas podczas wzrostu ciśnienia wrotnego, następuje tworzenie połączeń między krążeniem żylnym wrotnym, a krążeniem żylnym systemowym i tworzy się coś co człowiek o nazwisku Eck wprowadził - mianowicie, żeby sprawdzić jak działa toksycznie amoniak u zwierząt robił zespolenie między jakąś gałęzią prowadzącą do żyły wrotnej, a żyłami wątrobowymi i nastąpiło ominięcie dla związków azotowych płynących z jelita do wątroby, tylko wprost dostawała się do krążenia i wykazał w ten sposób toksyczność związków azotowych dla OUN, dokładnie taka sama sytuacja dzieje się w przypadku marskości wątroby, wówczas krew szuka sobie drogi, znajduje ją, no i docierajądo krążenia ogólnego związki azotowe, głównie amoniak, ale nie tylko, inne tzw. toksyny azotowe jelitowe - tj.:

• Amoniak

• Kwas glutaminowy

• Alanina

• Cytrulina

do OUN, wywołując to co nazywa się śpiączką wątrobową. Również taką przetokę Ecka wykonuje się w celach medycznych, mianowicie jeśli ktoś ma tak duże nadciśnienie wrotne, że nie tylko ma głowę meduzy, żylaki odbytu, ale także żylaki przełyku, które grożą pęknięciem i natychmiastowym zgonem, chirurg wytwarza takie zespolenie omijającą spuszczając krew żyły wrotnej do krążenia ogólnego, daje to wyraźną poprawę, w sensie zmniejszenia ryzyka pęknięcia żylaków, ale wprowadza u takiego pacjenta tzw. encefalopatię wątrobową, u kresu której znajduje się śpiączka wątrobowa.

Azot w krwi

Azot krwi:

• białkowy (1 - 1.5 g/dl)

• pozabiałkowy (20 - 40 mg/dl):

• mocznik (BUN)

• aminokwasy

• kwas moczowy

• kreatynina

• amoniak

• inne

Są to wszystkie związki azotowe, które możemy oznaczyć w krwi. Dzielimy to na azot białkowy, czyli azot osocza, a jeśli w krwi pełnej to również białka krwinek, czyli hemoglobina. Mamy 1 - 1,5g azotu w 100ml krwi. Jeśli krew odbiałczymy np. kwasem trójchlorooctowym to pozostaje nam coś co nazywamy azotem pozabiałkowym. Zarówno oznaczanie azotu białkowego jak i pozabiałkowego wykonuje się jako metodę referencyjną metodą Kjeldahla, nie co prawda w aparacie Parnas - Wagnera, ale metodami bardziej nowoczesnymi, ale zasada metody Kjeldahla jest zasadą referencyjną. Nie żadna Lowry'ego, biuretowa, Extona. Należy się zapoznać z podręczników na czym polega metoda Kjeldahla. Z czego się składa azot pozabiałkowy: przede wszystkim jest to mocznik, który na wyniku badania laboratoryjnego możemy znajdować jako parametr BUN , który mniej więcej stanowi połowę stężenia mocznika, czyli jak stężenie mocznika wynosi 20mg%, to BUN wynosi 10mg%, a jak BUN wynosi 15mg% to mocznik wynosi 30mg%. Następnie aminokwasy, kwas moczowy, kreatynina, kreatyna, amoniak - z pośród nich najczęściej oznaczany jest mocznik, kwas moczowy i kreatynina. Po co się je oznacza? Azot pozabiałkowy to jest proszę Państwa marker czynności wydzielniczej nerki, ale taki marker bardzo pośredni, na podstawie którego możemy domyślać się, że doszło do niewydolności nerek, natomiast nic bliżej o tej funkcji nerek nie możemy powiedzieć, a jedynie dla tego wybieramy kreatyninę, a nie inne składniki azotu pozabiałkowego, ponieważ jest tania do oznaczenia, dieta na nią nie wpływa, a przede wszystkim w pewnym zakresie stężeń wydalana jest wyłącznie drogą filtracji kłębkowych, bo jeśli stężenie kreatyniny rośnie to obok mechanizmu filtracji kłębkowej dochodzi sekrecja kanalikowa.

Białka w pożywieniu

Białka w pożywieniu:

• Zawartość w organizmie: 16 - 18 % masy ciała, ca. 12 kg

• Pokrycie zapotrzebowania energetycznego: 12 -15 %

• Synteza / degradacja: 300 - 800 g /dobę

• Równowaga azotowa

Zawartość jest taka jaką pokazano, degradacja w zakresie zawartości, pokrycie energetyczne ma być niewielkie z białek, bo one działają nieswoiście, dynamicznie i same zużywają energię w swoim metabolizmie, czyli jest to niekorzystne. Wreszcie takie pojęcie jak równowaga azotowa - to jest sytuacja, kiedy ilość azotu pobieranego i ilość azotu traconego równa się sobie. Jeśli ilość azotu pobieranego jest większa niż ilość azotu traconego - mówimy o bilansie azotowym dodatnim. W warunkach fizjologicznych bilans azotowy dodatni występuje u organizmów rosnących, czyli dzieci, młodzież, niemowlęta, u kobiet w ciąży, kobiet karmiących, a przede wszystkim u osób po ciężkich chorobach po okresie rekowalenscencji. To przewidując należy więcej takim osobom dostarczyć azotu niż wynikało by to z normatywów, bo u nich jest więcej azotu wykorzystywanego, niż azotu wydalanego. Sytuacja przeciwna - bilans azotowy ujemny, tzn. więcej azotu jest tracone niż wykorzystywane. W warunkach fizjologicznych jest to w podeszłym wieku, natomiast w warunkach patologicznych w ciężkich chorobach wyniszczających, czyli choroby gorączkowe, nowotworowe, przewlekłe stany zapalne, skrobawica, itd. i dieta ubogobiałkowa, bo wtedy własne białka zaczynają być wykorzystywane do tych celów do których nie powinny być wykorzystywane. Tak jak na zapas nie można się wyspać tak na zapas nie można się białkiem najeść, można na zapas najeść się ziemniakami, pączkami, wtedy brzuch urośnie, ale białkami nie można się najeść na zapas, ponieważ białko w organizmie jest wykorzystywane do konkretnych celów, aminokwasy są wchłaniane, a każdy nadmiar aminokwasów jest degradowany i tracony z moczem, albo w sposób bezpośredni, albo po przemianie w inne związki azotowe. W sytuacji, kiedy w organizmie przez dłuższy okres czasu nie ma dostawy białka, dochodzi do wyniszczenia organizmu i degradacji własnych białek, natomiast nie ma możliwości przy przekarmianiu by więcej białka powstawało, niż wynikało by to z precyzyjnych mechanizmów regulujących biosyntezę białka. Czemu się tak dzieje? Inny jest poziom regulacji biosyntezy białka, a inny biosyntezy tłuszczów i węglowodanów. Jak przyjmujemy glukozę z pożywieniem, gdybyśmy ją oznakowali izotopem promieniotwórczym to ta sama glukoza znajdzie się w glikogenie wątrobowym lub mięśniowym. To samo dzieje się z kwasami tłuszczowymi z diety, natomiast białko jest degradowane i z tych cegiełek, z „atomów” tego białka jest budowane nowe białko wg instrukcji zawartej w kwasie nukleinowym i to na poziomie regulacji transkrypcji i translacji następuje tworzenie nowego, nie na etapie jego biodostępności, czyli każdy nadmiar białka nie jest wbudowywany. Organizm nie magazynuje białka.

Bilans białkowy:

• Zapotrzebowanie: 0.9 - 1.0 g /kg masy ciała /dobę

• Wzrost 1.5 -2.0 raza u:

• Noworodków

• Dzieci i młodzieży

• Kobiet ciężarnych

• Kobiet karmiących

Zapotrzebowanie jest tutaj pokazane, jest ono różne w różnych krajach, w Polsce niedawno było 0,8 - 1, ale to się zmienia. W pewnych okresach, w których bilans musi być dodatni trzeba więcej dostarczyć białka.

Aminokwasy: podział (3)

Aminokwasy:

• Endogenne

• Egzogenne: Wal, Leu, Ile, Fen, Trp, Met, Tre, Liz

Kolejny podział na aminokwasy, które możemy wytworzyć i takie, których nie możemy wytworzyć (podział przydatny z punktu widzenia praktycznego). Nie możemy ich wytworzyć dlatego, że jak to się mówi poetycko nie mamy garnituru enzymatycznego zdolnego do syntezy pewnych bardzo skomplikowanych rzeczy, np. rozgałęzionego łańcucha, pierścienia aromatycznego, czy innych charakterystycznych grup funkcyjnych i te aminokwasy muszą być dostarczone z pożywieniem. Wśród aminokwasów endogennych znajdujemy dwa, a zwłaszcza jeden, te dwa tj. arginina i histydyna, a z tych dwóch najważniejsza jest histydyna, które co prawda mogą być wytworzone endogennie, ale w okresie kiedy jest zwiększone zapotrzebowanie, czyli bilans białkowy dodatni dominuje, organizm nie jest w stanie nadążyć z zapotrzebowaniem i w okresie ciąży, laktacji te aminokwasy muszą być zawarte w pożywieniu, niektórzy nazywają je aminokwasami częściowo egzogennymi, czyli że w pewnym okresie muszą być dostarczone z zewnątrz. Gdzie szukać tych aminokwasów egzogennych żeby nie okazało się, że jest ich niedobór.

Walina siemię lniane

Leucyna, izoleucyna mleko, kiełki zbóż, kukurydza

Fenyloalanina wszystkie białka

Tryptofan białka zbóż, brak w kolagenie

Metionina mięso, mleko, twaróg, jajka

Lizyna wszystkie białka, brak w kukurydzy

Walina szczególnie jest reprezentowana w nasionach lnu - to panie taki modny środek na odchudzanie wymyśliły, mielą siemię lniane i później dodają do wszystkiego. Metabolizm waliny - to nie jest nic charakterystycznego, przebiega w tkankach wątrobowych.

Następnie leucyna, izoleucyna - reprezentowana w miejscach, w których pokazałem, również metabolizm w tkankach pozawątrobowych i fenyloalanina - też szeroko reprezentowana, główna jej funkcja to podlega działaniu hydroksylazy fenyloalaninowej, metabolizm w wątrobie do tyrozyny.

Tryptofan - jego funkcje były omawiane w zeszłym semestrze i należy sobie je przypomnieć (wit. PP, 5 - hydroksytryptamina = serotonina, melatonina, działanie przeciwdepresyjne), brakuje go w kolagenie, ale nikt samych galaretek, żelatyny nie zjada, teraz to w ogóle nie, bo wiadomo jest to produkowane z kości wołowych, wieprzowych, teraz są modne drobiowe, ale przecież kura ma mało kości, do tego wrócimy następnym razem przy omawianiu metabolizmu kości.

Metioniny bardzo dużo jest w mięsie, to warto zapamiętać, bo do tego aspektu jeszcze powrócę.

Z kolei lizyny brak jest w kukurydzy, ale też nie ma osób, które by się wyłącznie odżywiały kukurydzą, funkcje nie wymagają komentarza, bo to już było w zeszłym semestrze, mówiliśmy bardzo dużo o modyfikacjach, jest to jeden z moich ulubionych tematów w okresie czerwca i lipca i września.

Zawartość białka w gramach na 100 g pokarmu

Pokarmy zwierzęce Pokarmy roślinne

żelatyna 84.2 soja - nasiona 34.2

kurczak 21.5 fasola biała 21.4

wieprzowina 21.0 kasza gryczana 12.6

wołowina 20.9 chleb 7.0

makrela 18.7 kasza jęczmienna 6.9

szynka wieprzowa 16.4 fasola szparagowa 2.2

jogurt 2 % tłuszczu 4.3 ziemniaki 1.9

mleko 2 % tłuszczu 3.4 jabłka 0.4

Teraz spójrzmy jakie pokarmy są szczególnie bogate w białka, nikogo nie zaskakuje, że tych pokarmów pochodzenia zwierzęcego szczególnie dużo jest w mięsie i to zarówno w mięsie ryb, które teraz pozostają jaki jedyny bezpieczny środek do jedzenia, bo wiadomo: pryszczyca, BSE, hormony i antybiotyki, bo na razie na hormonach nie udaje się wyhodować większych ryb, takiej makreli wielkości wieloryba. No oczywiście także metale ciężkie, ale to z powodu łowisk w okolicy europy, a Polacy łowią głównie w okolicach Argentyny, Chile, a tam nie ma metali ciężkich. Natomiast w produktach nabiałowych białka jest relatywnie mało, natomiast one są ważnym składnikiem diety ze względu na dużą zawartość wapnia. W mięsie jest też dużo Ca, ale jest niekorzystny stosunek wapnia do fosforu, następuje przeładowanie organizmu fosforem, w przypadku nadmiernej diety mięsnej, a to z kolei prowadzi do zakwaszenia organizmu, białka zwierzęce mają dużo siarki i fosforu, w mięsie jest dużo fosforu i to prowadzi do zakwaszania organizmu i jest to niekorzystne. Z produktów roślinnych jest bardzo duży rozrzut. Np. fasolka po bretońsku ma więcej białka (wbrew pozorom) niż fasolka szparagowa, bo w takiej fasoli białej typu Jasiek jest dużo białka. W kaszy gryczanej jest relatywnie dużo, natomiast ziemniaki, jabłka są bardzo marnym źródłem białka, co znalazło zastosowanie w stosowaniu diety bogatoziemniaczanej u osób z niewydolnością nerek. Uzasadnienie jest jedno, skoro mało białka to mało powstanie związków azotowych w wyniku katabolizmu, a skoro nerki są niewydolne to zależy nam na tym, żeby jak najmniej było produktów białkowych, czyli na każdym kroku mamy odniesienie do biochemii. Oprócz tego, że tego białka jest relatywnie mniej w produktach pochodzenia roślinnego, to strawność (to jest stopień wykorzystania białka z diety) jest mniejsza dla białek roślinnych, niż dla białek zwierzęcych z wielu powodów, po pierwsze błonnik, który działa bardzo korzystnie, bo zmniejsza wchłanianie cholesterolu i kwasów żółciowych, przy okazji zaburza wchłanianie aminokwasów, a po drugie w wielu białkach znajdują się inhibitory enzymów trawiennych i trawienie białka pokarmowego, zwłaszcza białka zawartego w pokarmach roślinnych włóknistych jest upośledzona.

1

2

---