Ph krwi.

W temperaturze ciała pH krwi wynosi 7,4, a zatem krew oddziałuje słabo zasadowo. Stałość stężenia jonów wodorowych, czyli odczynu krwi, ma wielkie znaczenie biologiczne, gdyż nawet niewielkie przesunięcia w kierunku kwaśnym lub zasadowym prowadzą do zaburzeń wielu procesów fizjologicznych. Większość procesów związanych z przemianą materii ma tendencje do zakwaszania ustroju. Stałość odczynu krwi zapewniają jej właściwości buforowe. Właściwości buforowe maja roztwory zawierające słaby, tj. słabo zdysocjonowany na jony, kwas i sól tego kwasu z mocną zasadą. Dodanie do takiego roztworu mocnego kwasu lub ługu nie zmienia odczynu roztworu w tym stopniu, co dodanie tej samej ilości kwasu lub zasady do wody. Najważniejszym układem buforowym krwi są: wodorowęglany - kwas węglowy; w mniejszym stopniu: fosforany pierwszo- i drugorzędowe, białka krwi oraz hemoglobina - oksyhemoglobina. Dzięki tym właściwościom buforowym kwas mlekowy, fosforowy, siarkowy, węglowy, powstające w procesach przemiany, nie zmieniają w sposób widoczny pH krwi. Zmiany w odczynie krwi mogą nastąpić dopiero po wyczerpaniu się zdolności buforowych krwi, do czego prowadzą np. niektóre choroby.

W żywym ustroju stale powstają w procesach przemiany kwaśne produkty (kwas węglowy, siarkowy, fosforowy, mlekowy, pirogronowy itd.), a mimo to odczyn krwi i płynów tkankowych pozostaje na stałym poziomie o pH ok.7,4.

Dwutlenek węgla jest usuwany z ustroju przez płuca. Inne kwasy (nielotne) zostają najpierw zobojętnione przez zawarte w ustroju bufory, przede wszystkim przez układ buforowy składający się z wodorowęglanów i kwasu węglowego. Następuje to wg zwykłej reakcji chemicznej, w której mocny kwas wypiera z wodorowęglanu dwutlenek węgla, ten zaś może z łatwością zostać usunięty z ustroju przez płuca:

HCl + NaHCO₃ = NaCl + H₂CO₃

H₂CO₃ = H₂O + CO₂

Gdyby kwasy w tej postaci ulegały wydalaniu, to bardzo szybko nastąpiłoby wyczerpanie wszystkich buforów i doszłoby do zakwaszenia płynów ustrojowych, uniemożliwiającego dalszy przebieg procesów życiowych. Zapobiegają temu nerki, w których kanalik jest obdarzony zdolnością usuwania nadmiaru jonów wodorowych, co jest równoznaczne z usuwaniem kwasów.

W komórkach kanalika dystalnego powstaje w wyniku procesów metabolicznych, podobnie jak w całym ustroju, dwutlenek węgla. Komórki te odznaczają się jednak tym, iż zawierają specjalny enzym - anhydrazę węglanową, która przyspiesza około 300 - krotnie reakcję CO₂ z H₂O , w wyniku czego prawie cały CO₂ zamienia się w H₂CO₃ wg reakcji:

H₂O + CO₂ ^{anhydraza węglanowa} H₂CO₃

H₂CO₃ ulega częściowej dysocjacji na jon wodorowy i anion wodorowęglanowy:

H₂CO₃ = H⁺ + HCO^-₃

Uwolniony jon wodorowy zostaje wydzielony do światła kanalika nerkowego w zamian za jon sodowy (Na⁺), który wchodzi do komórki i razem z anionem wodorowęglanowym NaHCO₃^- zostaje zwrócony do krwi. Ten sposób zostaje zaoszczędzony zapas sodu ustrojowego i wodorowęglanów (zasób zasad).

Drugi mechanizm polega na wydalaniu jonu wodorowego za pośrednictwem fosforanów. Uwolniony w sposób wyżej opisany jon wodorowy wymienia się na sód, zamieniając fosforan dwusodowy na f. jednosodowy. W ten sposób może ulec wydaleniu duża ilość jonów wodorowych (kwasu) przy równoczesnym oszczędzaniu sodu. Kwas ten daje się w moczu zmiareczkować ługiem i dlatego ta część kwasów wydalanych z moczem nosi nazwę „kwaśności miareczkowej”.

Trzeci mechanizm polega na wydzielaniu przez komórki kanalikowe amoniaku. Powstaje on z dezaminacji pewnych aminokwasów. Amoniak dyfunduje do światła kanalika, gdzie przy udziale jonu wodorowego powstałego w sposób wyżej opisany powstaje jon amonowy NH₄^- który łączy się z chlorem uwalniając sód. Są to trzy podstawowe mechanizmy wydalania jonu wodorowego leżące u podstaw regulacji równowagi kwasowo - zasadowej organizmu przez nerki.

Niektóre peptydy i ich funkcje.

Glutation 3 Układ redoks, koenzym.

Tyreoliberyna (TRF) 3 Czynnik uwalniający tyreotropine

Ocytocyna (oksytocyna) 9 Hormon tylnego płata przysadki, wywołuje skurcze macicy.

Wazopresyna 9 Hormon tylnego płata przysadki, podwyższa ciśnienie krwi, efekt antydiuretyczny.

Angiotensyna 8 Kinina, podwyższa ciśnienie krwi.

Bradykinyna 9 Kinina obniża ciśnienie krwi.

Luliberyna (LH-RF) 10 Czynnik uwalniający lutropinę.

Gramicydyna S 10 Antybiotyk cykliczny.

Kortykoliberyna (CRF) 11 Czynnik uwalniający kortykotropinę (ACTH)

Gastryna 17 Hormon pobudzający wydzielanie HCl w żołądku.

Sekretyna 27 Hormon pobudzający wydzielanie trzustki.

Glukagon 29 Hormon podnoszący poziom glukozy we krwi.

Kalcytonina 32 Hormon obniżający poziom Ca we krwi.

Cukry - podział, przykłady.

Cukry, inaczej węglowodany, są związkami zbudowanymi z węgla, wodoru i tlenu. Stanowią one ważne źródło energii w komórce. Najprostszym cukrem jest cząsteczka aldehydu fosfoglicerynowego, powstającego m.in. w procesie glikolizy. Ze względu na wielkość i budowę, cukry dzielimy na proste i cukry złożone.

Monosacharydy zależnie od liczby atomów węgla nazywamy triozami, tetrozami itd. Przykładem cukrów prostych są: pentozy (ryboza, dezoksyryboza) lub heksozy (glukoza i fruktoza).

Polisacharydy są polimerami cukrów prostych. M.in. należą do nich laktoza, sacharoza, glikogen.

Aminokwasy - podział, własności. Aminokwasy endo- i egzogenne.

Małocząsteczkowe związki chemiczne posiadające w swej budowie przynajmniej jedną grupę karboksylową i jedną grupę aminową noszą nazwę aminokwasów. Wszystkie aminokwasy wchodzące w skład białek mają grupę aminową w pozycji alfa, są optycznie czynne (za wyjątkiem glicyny) i większości należą do szeregu o konfiguracji L.

Istnieje wiele podziałów aminokwasów opartych na różnych kryteriach:

obojętne (monoamino - monokarboksylowe): glicyna, alanina,

kwaśne (monoamino - dwukarboksylowe): kwas glutaminowy, kwas asparginowy,

zasadowe (dwuamino - monokarboksylowe): arginina, lizyna,

aromatyczne: fenyloalanina, tyrozyna,

heterocykliczne: tryptofan, histydyna,

iminokwasy: prolina, hydroksyprolina,

hydroksyaminokwasy: seryna, treonina,

siarkowe: cysteina, metionina.

Egzogenne i endogenne, czyli te, syntetyzowane w organizmie i te, które muszą być dostarczane z pożywieniem.

Egzogenne Endogenne

Arginina Alanina

Histydyna Asparagina

Izoleucyna Cystyna

Leucyna Kwas asparaginowy

Lizyna Kwas glutaminowy

Metionina Glutamina

Fenyloalanina Glicyna

Treonina Hydroksyprolina

Tryptofan Prolina

Walina Seryna

Tyrozyna

Reakcje deaminacji

W procesie deaminacji aminokwasu wydziela się amoniak, w wyniku czego powstaje 2-oksokwas lub (rzadziej) kwas nienasycony. Wśród tych procesów wyróżnia się dwa typy deaminacji:

- oksydacyjną i

- nieoksydacyjną.

Deaminacja oksydacyjna.

W deaminacji tego typu enzymy mogą współ­działać z NAD⁺ lub NADP⁺, względnie FAD lub FMN.

Enzymy współdziałające z NAD⁺ lub NADP⁺, zostały omówione wcze­śniej, jako uczestniczące w redukcyjnej aminacji 2-oksokwasów; są to dehydrogenazy aminokwasowe, z których najważniejsze są dehydrogenaza alaninowa i glutaminianowa, które katalizują reakcje odwracalne. Mogą więc w określonych warunkach katalizować proces odwrotny tzn, oksydacyjnej deaminacji Glu, Ala i ewentualnie Asp; ten kierunek przemian jest typowo kataboliczny. Jest on najbardziej powszechny u zwierząt i ma miejsce przy degradacji nadmiernych ilości aminokwasów.

Reakcje oksydacyjnej deaminacji z udziałem nukleotydów flawinowych są katalizowane przez enzymy zwane oksydazami aminokwasowymi.

Uwodorowany FAD oddaje przyłączone atomy wodoru bezpośrednio na tlen, powstaje więc nadtlenek wodoru, który może być rozkładany przez katalazę lub peroksydazę; dlatego reakcja jako całość nie jest odwracalna. Oksydazy aminokwasowe wykazują specyficzność w stosunku do konfiguracji przestrzen­nej aminokwasów i o wiele mniejszą — do rodzaju aminokwasu. Mianowicie wyodrębniono z tkanek zwierzęcych oksydazę L-aminokwasową oraz D-aminokwasową. Opisana reakcja stanowi pierwszy krok w degradacji aminokwasów, prowadzącej do całkowitego ich spalenia.

Deaminacja nieoksydacyjna.

Typowymi enzymami katalizującymi ten typ deaminacji są deaminazy, należące do klasy liaz. Najlepiej poznanym i najważniejszym enzymem tej grupy jest amoniakoliaza asparaginianowa, która katalizuje odwracalną reakcję deaminacji asparaginianu do fumaranu Ze względu na odwracalność reakcja ta, podobnie jak redukcyjna aminacja, katalizowana przez dehydrogenazę glutaminianową — ma znaczenie przy asymilacji amoniaku do związków organicznych. Aminacja fumaranu w sprzężeniu z cyklem mocznikowym jest przemianą złożoną, mającą na celu wychwytywanie z roztworu komórkowego toksycznego, endogennego amoniaku i pośrednie włączenie go w cząsteczkę mocznika.

Przemiana fumaranu amonowego w Asp w obecności amoniakoliazy asparaginianowej z zawieszonych liofilizowanych komórek bakterii E. coli jest wykorzystywana w technice. Reakcja prowadzona w wysokim stężeniu sub-stratu i powstającego produktu biegnie z wydajnością ok. 99%.

Analogiczne enzymy deaminujące zostały stwierdzone dla histydyny, kwasu 3 metyloasparaginowego, fenyloalaniny i tyrozyny; zwłaszcza dwa ostatnie mają duże znaczenie w metabolizmie roślin przy powstawaniu tzw. kwasów cynamonowych, które stanowią produkty pośrednie w biosyntezie ligniny.

Transaminacja

Transaminacja ma ogromne znaczenie w przemianie materii, gdyż umożliwia organizmowi oszczędnie gospodarować azotem i wytwarzać aminokwasy z odpowiadających im szkieletów węglowych. Przemiana ta, katalizowana przez enzymy zwane aminotransferazami polega na przeniesieniu grupy aminowej z aminokwasu na 2-oksokwas,

Już w latach trzydziestych wykazano duże znaczenie transaminacji łącznie z udziałem fosforanu

pirydoksalu jako koenzymu. Początkowo uzyskano preparaty dwóch aminotransferaz odwracalnie przenoszących grupę aminową w następujących reakcjach.

L-glutaminian + szczawiooctan Ⴋ 2-oksoglutaran + L-asparaginian

L-glutaminian + pirogronian Ⴋ2-oksoglutaran + L-alanina

Później wykazano również przeniesienie grup aminowych między Glu lub Asp i 2-oksoanalogami wielu innych naturalnych aminokwasów, zwłaszcza białkowych, a także analogiem Gly — kwasem

glioksylowym.

Dowodzi to zasadniczej roli aminokwasów dikarboksylowych w tym procesie, gdyż za ich

pośrednictwem następuje dystrybucja grup aminowych na inne szkielety węglowe.

Każde przeniesienie grupy NH₂ między dowolnym amino- i oksokwasem wymaga pośrednictwa jednego z tych aminokwasów lub ich oksoanalogów.

Reakcja transaminacji przez udział 2-oksokwasów, a szczególnie szczawiooctanu, 2-oksoglutaranu i pirogronianu, stanowi ważne powiązanie między przemianą azotową, a przemianami sacharydów, a zwłaszcza z końcowym etapem ich rozkładu w cyklu kwasów trikarboksylowych. Szkielety węglowe aminokwasów: Asp, Glu i Ala dzięki temu powiązaniu mogą być w procesie katabolicznym spalone w tej przemianie do CO₂ i H₂O.

Dekarboksylacja aminokwasów

W reakcji dekarboksylacji aminokwasów wydziela się CO₂ i powstaje amina. Enzymy katalizujące odłączanie grupy karboksylowej od aminokwasów, zwane dekarboksylazami aminokwasowymi, należą do klasy liaz i są rozpowszechnione zwłaszcza wśród bakterii, ale również spotykane w innych organizmach. Specyficzność dekarboksylaz względem określonego aminokwasu jako substratu jest duża, dzięki czemu oczyszczone preparaty dekarboksylaz mogą być stosowane do manometrycznego oznaczania zawartości poszczególnych aminokwasów na zasadzie ilości wydzielonego CO₂.

Dekarboksylazy aminokwasowe, podobnie jak aminotransferazy, wymagają współdziałania 5-fosforanu pirydoksalu, z którym aminokwasy tworzą również połączenie typu zasady Schiffa.

Dekarboksylacja aminokwasów prowadzi do wytworzenia tzw. amin biogennych, związków o dużej aktywności biologicznej. Obok ważnych biochemicznie produktów pośrednich w syntezie wielu hormonów i innych związków czynnych, np. koenzymów, powstają w tej przemianie również substancje o właściwościach toksycznych, charakterystyczne dla procesów gnicia. Do amin o charakterze hormonów lub produktów przejściowych przy ich syntezie należy np. histamina, która jest produktem dekarboksylacji histydyny, stymulująca m.in. wydzielanie soków trawiennych.

Dekarboksylacja tyrozyny i dihydroksyfenyloalaniny prowadzi odpowiednio do tyraminy i dihydroksyfenyloetyloaminy. Ostatni związek jest jednym z końcowych produktów pośrednich biosyntezy hormonu rdzenia nadnercza — adrenaliny, która była pierwszym hormonem uzyskanym w stanie czystym przez uczonego polskiego Cybulskiego w 1893 r.

Innymi przykładami tworzenia się związków wyjściowych przy syntezie hormonów jest dekarboksylacja tryptofanu do tryptaminy i 5-hydroksytryptofanu do serotoniny; ta ostatnia pobudza perystaltykę jelit i przewodzi impulsy nerwowe.

W wyniku dekarboksylacji niektórych aminokwasów tworzą się części składowe kilku koenzymów, np. składnik koenzymu B₁₂ — 2-propanoloamina powstaje przez dekarboksylację treoniny, składniki koenzymu A — cysteamina powstaje z cysteiny, a 2-alanina z kwasu asparaginowego. Również inne biologicznie czynne związki mogą powstawać na tej drodze, np. składnik fosfolipidów — etanoloamina, tworząca się przez dekarboksylację seryny (jej pochodną N-trimetylową jest cholina) lub czynny składnik tkanki nerwowej — kwas 4-aminomasłowy, powstający przez dekarboksylację kwasu glutaminowego, będący przenośnikiem impulsów nerwowych. Omówione tu reakcje deaminacji i dekarboksyłacji, katalizowane głównie przez enzymy pochodzenia bakteryjnego, są podstawą procesów gnilnych, przebiegających w środowisku obojętnym lub zasadowym w produktach białkowych, np. w mięsie. Charakterystycznymi produktami procesu są:

amoniak pochodzący z deaminacji oraz aminy odznaczające się nieprzyjemnym zapachem. Najbardziej charakterystycznymi produktami gnilnymi są związki powstające z aminokwasów zasadowych ornityny i lizyny — putrescyna i kadaweryna o obrzydliwym zapachu i właściwościach toksycznych.

Funkcje biologiczne i podział białek.

Białka odgrywają ważną rolę prawie we wszystkich procesach biologicznych. Spełniają one następujące funkcje:

- katalityczne jako enzymy, biokatalizatory reakcji zachodzących w organizmach żywych,

- transportowe jako nośniki cząsteczek i jonów,

- jako białka układów kurczliwych,

- mechaniczno - strukturalne,

- ochronne immunologiczne,

- jako hormony.

Białko Występowanie, funkcja.

Enzymy

Trypsyna Hydrolizuje białka

Amylaza Hydrolizuje wielocukry

Lipaza Hydrolizuje lipidy

Białka zapasowe

Owoalbumina Białko jaj

Kazeina Białko mleka

Gliadyna Białko ziaren pszenicy

Białka transportowe

Hemoglobina Przenosi tlen we krwi

Mioglobina Przenosi tlen w mięśniach

Ceruloplazmina Przenosi miedż we krwi

Białka kurczliwe

Miozyna Filamenty stacjonarne w miofibrylach

Aktyna Filamenty ruchowe w miofibrylach

Białka ochronne

Immunoglobuliny Tworzą kompleksy z białkami

Hormony

Insulina Reguluje metabolizm glukozy we krwi

Hormon wzrostu Stymuluje wzrost kości

Białka strukturalne

Kolagen Ścięgna, chrząstki

Elastyna Więzadła

Alfa - keratyny Skóra, paznokcie

Białka proste (proteiny)

Zasadowe

protaminy

histony

Obojętne

albuminy

skleroproteiny

Kwaśne

prolaminy

Gluteliny

Białka złożone (proteidy)

Metaloproteidy

Fe

Cu

Zn

fosfoproteidy

Globuliny (odpornościowe)

glikoproteidy

lipoproteidy

chromoproteidy

GLUKOZA Poziom glukozy w obwodowej krwi żylnej mierzony na czczo, swoistą metodą enzymatyczną, wynosi 60— 80 mg/100 ml. Związki inne niż glukoza, które powodują podobne reakcje redukcyjne, są odpowiedzialne za wyższe wartości otrzymane innymi metodami. We krwi tętniczej poziom glukozy jest o 15—30 mg/100 ml wyższy niż w krwi żylnej.

Po wejściu do komórek glukoza jest fosforylowana do glukozo-6-fosforanu. Reakcję tę katalizuje enzym heksokinaza. W wątrobie znajduje się ponadto enzym zwany glukokinazą, który jest bardziej specyficzny dla glukozy i którego aktywność, w przeciwieństwie do heksokinazy, zwiększa się po insulinie, a zmniejsza się w stanie głodu i w cukrzycy. Glukozo-6-fosforan ulega polimeryzacji w glikogen lub jest katabolizowany. Tworzenie glikogenu zwie się glikogenezą, rozkład zaś glikogenu glikogenolizą. Glikogen — rezerwuar glukozy — znajduje się w większości tkanek, głównie zaś w wątrobie i mięśniach szkieletowych. Rozkład glukozy do CO₂ i wody zwie się glikoliza. Katabolizm glukozy zachodzi na dwóch drogach: przez rozkład do trioz lub przez utlenianie i dekarboksylację do pentoz. Droga do kwasu pirogronowego przez triozy zwie się drogą Embdena-Meyerhofa, a droga przez kwas glukonowy i pentozy jest bezpośrednią drogą utleniania, zwaną cyklem pentozowym. Kwas pirogronowy przekształcany jest w acetylo-Co A. Wzajemne przemiany pomiędzy węglowodanami, białkami i tłuszczami (patrz niżej) obejmują przemianę glicerolu (z tłuszczów) w aldehyd 3-fosfoglicery-nowy oraz przemianę wielu aminokwasów o szkielecie węglowym przypominającym pośrednie związki drogi Embdena-Meyerhofa i cyklu kwasu cytrynowego do tych pochodnych przez deza-minację. W ten sposób cząsteczki inne niż glukoza mogą być przekształcone w cząsteczki glukozy (glukoneogeneza). Glukoza może być przekształcana w tłuszcze poprzez acetylo-Co A, ponieważ jednak przekształcenie kwasu pirogronowego do acetylo-Co A w przeciwieństwie do większości reakcji glikolizy jest nieodwracalne, tłuszcze nie mogą być przekształcane w glukozę na tej drodze. Tak więc bardzo mała ilość tłuszczów przekształcana jest w ustroju w glukozę i oprócz nieistotnej ilościowo produkcji aldehydu 3-fosfoglicery-nowego z glicerolu, nie ma innej drogi dla tych przekształceń.

Cykl kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa)

W cyklu tym zostają ostatecznie utlenione produkty powstałe z przemiany węglowodanów, tłuszczów i białek. Jest to proces kołowy, w którym do cząsteczki czterowęglowego, dwukarboksylowego kwasu szczawiooctowego zostaje przyłączona cząsteczka "aktywnego octanu" (acetylo ~ CoA) z przemiany np. kwasu pirogronowego czy kwasów tłuszczowych. Powstały w efekcie kondensacji cytrynian (kwas trójkarboksyiowy) ulega kilku kolejnym reakcjom utleniania i dekarboksylacji, prowadzących do odtworzenia szczawiooctanu. Dwuwęglowy fragment uległ utlenieniu do C0₂ i H₂0 z jednoczesnym uwolnieniem odpowiedniej porcji energii. Energia ta wyzwalana jest prawie wyłącznie w wyniku fosforylacji skojarzonej z łańcuchem oddechowym. Nic więc dziwnego, że cykl kwasów trójkarboksylowych zlokalizowany jest wraz z łańcuchem utleniania komórkowego we wnętrzu mitochondriów.

Cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa, cykl kwasów trójkarboksylowych) jest szeregiem reakcji, w których ace-tylo-Co A metabolizowany jest do CO₂ i atomów H. Acetylo-Co A ulega na wstępie kondensacji z czterowęglowym kwasem szczawiowo-octowym, tworząc kwas cytrynowy i HS-Co A. W serii 7 następnych reakcji oddzielane są 2 cząsteczki CO₂ i regeneruje się kwas szczawiowooctowy. Cztery pary atomów H przenoszone są na łańcuch flawoproteidowo-cytochromowy, w wyniku czego tworzy się 12 cząsteczek ATP i 4 cząsteczki H₂O, z których dwie zużywane są w cyklu. Cykl kwasu cytrynowego jest wspólną drogą utleniania do CO₂ i H,O dla węglowodanów, tłuszczów i niektórych aminokwasów. Główną drogą wejścia do cyklu jest droga przez acetylo-Co A, jednakże kwas pirogronowy wchodzi również przez przyłączenie CO₂ i utworzenie kwasu szczawiowooctowego, a liczne aminokwasy mogą być przekształcane w pośrednie związki cyklu kwasu cytrynowego przez dezaminację Połączenie kwasu pirogronowego z CO₂ do kwasu szczawiowooctowego jest jedną z bardzo wielu reakcji metabolicznych, w których CO₂ zużywany jest do budowy, nie jest zaś związkiem nieużytecznym. Cykl kwasu cytrynowego wymaga O₂ i nie funkcjonuje w warunkach beztlenowych. Glikoliza do pirogronianu ma miejsce poza mitochondriami. Kwas pirogronowy wchodzi następnie do mitochondriów, gdzie jest metabolizowany, fosforylacja oksydacyjna bowiem zachodzi jedynie w mitochondriach. W mitochondriach enzymy biorące udział w tym procesie i w cyklu kwasu cytrynowego ułożone są w kolejności, wzdłuż półek i wewnątrz ścian.

Znaczenie cyklu kwasów trójkarboksylowych

Podstawową rolą tego cyklu jest dostarczanie energii. Jednocześnie jest to końcowy etap wszystkich przemian różnych składników pokarmowych. Metabolity cyklu mogą być zarówno odtwarzane z przemian innych związków, jak i same mogą być wykorzystywane w procesach transarninacji. glukoneogenezy czy do różnych innych syntez ustrojowych (np. bursztynylo-CoA do biosyntezy hemu).

Glikogen - typowy zapasowy polisacharyd występujacy w drożdżach i tkankach zwierzęcych (głównie w wątrobie i mięśniach) jest zbudowany podobnie do amylopektyny. Jednak jego cząsteczka jest bardziej rozgałęziona, a łańcuchy boczne są krótsze (10 - 20 reszt glukozy). Cząsteczka glikogenu zawiera wyłącznie jednostki glukozowe, z których większość jest połączona w długi łańcuch wiązaniami alfa - 1,4. Jednakże co dziesięć jednostek łańcuch rozgałęzia się dzięki powstawaniu wiązań alfa - 1,6-glikozydowych. Każdy wyprostowany odcinek łańcucha glikogenu tworzy konformacje otwartej helisy, która zwiększa jego dostępność dla enzymów metabolizmu glikogenowego. Zakończeniem każdego łańcucha jest koniec nieredukujący z wolną grupą 4' -OH.

Ponieważ enzym rozkładający glikogen (fosforylaza glikogenowa) katalizuje ciągłe usuwanie jednostek glikozylowych z nieredukującego końca łańcucha glikogenu, liczne rozgałęzienia - każde z nieredukującym końcem - znacznie ułatwiają rozbijanie polisacharydu. To pozwala na szybką mobilizację glikogenu zapasowego w momencie gdy jest on potrzebny

Skrobia - jest zbudowana z dwóch składników strukturalnych: amylozy i amylopektyny. Amyloza tworzy proste, długie łańcuchy o masie cząsteczkowej od 4000 do 15000 Da. Reszty glukozylowe są przyłączone w niej wyłącznie alfa 1,4 -glikozydowymi. Natomiast amylopektyna jest tworem rozgałęzionym zbudowanym z krótkich, prostych łańcuchów złożonych z około 30 jednostek glukozy połączonych wiązaniami alfa 1,4 -glikozydowymi, a między sobą powiązanych wiązaniami alfa 1,6 -glikozydowymi. Dzięki obecności tych wiązań jednym z produktów hydrolizy amylopektyny jest izomaltoza. Skrobia jest typowym polisacharydem zapasowym , roślinnym i występuje w ziemniakach, ziarnie zbóż i nasionach wielu innych roślin.

Glukoza - rola hormonów w regulacji stężenia we krwi i metaboliźmie.

Stężenie glukozy we krwi odznacza się dużą stałością i wynosi 4,44 - 6,66 mmol/l. Utrzymanie stałego stężenia glukozy we krwi jest sprawą niezwykle ważną dla ustroju. W utrzymaniu stężenia glukozy we krwi i w regulacji przemiany węglowodanów ogromna rolę odgrywają gruczoły dokrewne. Pierwsze miejsce zajmuje tu część wewnątrzwydzielnicza trzustki, wytwarzająca hormon - insulinę. Insulina zmniejsza stężenie glukozy we krwi.

Hormony przedniego płata przysadki mózgowej i tarczycy oraz nadnercza mają tendencje do zwiększania stężenia glukozy we krwi, działając antagonistycznie w stosunku do insuliny. Są to odpowiednio: tyreotropina - TSH, tyroksyna (T₄ ) i adrenalina.

TSH działa na tarczycę, zwiększając masę czynnego miąższu oraz unaczynienie tego narządu. Niedobór tego hormonu jest przyczyną zaniku tarczycy ponieważ TSH pobudza praktycznie wszystkie etapy syntezy i uwalniania hormonów tarczycy.

Wydzielanie TSH przez przysadkę zależne jest od:

1. trójjodotyroniny (T₃ ) i tyroksyny (T₄ ) we krwi oraz

2. od wydzielania TRH przez podwzgórze.

Tyroksyna (T₄ ) - zwiększa wchłanianie węglowodanów z przewodu pokarmowego. W nadczynności tarczycy poziom glukozy we krwi wzrasta gwałtownie po posiłkach węglowodanowych.

Adrenalina - efekt metaboliczny adrenaliny polega na zwiększeniu stężenia glukozy we krwi poprzez aktywację fosforylazy w wątrobie i mięśniach szkieletowych. Pod tym względem jest ona najważniejszym antagonistą insuliny w regulacji stężenia glukozy we krwi.

Przebieg glikolizy - regulacja.

Etapy glikolizy.

Glukoza jest fosforylowana przez ATP i powstaje glukozo-6-fosforan oraz ADP. Reakcję tę katalizuje enzym heksokinaza.

Glukozo-6-fosforan zostaje przekształcony przez izomeraze glukozo-fosforanową w fruktozo-6-fosforan. Podczas tej izomeryzacji zachodzi przekształcenie aldozy w ketozę.

Fruktozo-6-fosforan jest fosforylowany przez ATP i przechodzi w fruktozo-l,6-bisfosforan oraz ADP. Enzymem katalizującym tę reakcję jest fosfofruktokinaza (PKF).

Aldolaza rozszczepia fruktozo-l,6-bisfosforan (cząsteczkę sześciowęglową) na dwie trójwęglowe cząsteczki, aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton.

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy jest jedyną cząsteczka, która nadaje się do wykorzystania w dalszych etapach glikolizy. Niemniej jednak fosfodihydroksyaceton wytworzony w poprzedniej reakcji może szybko zostać przekształcony w aldehyd 3-fosfoglicerynowy dzięki izomerazie triozofosforanowej. Jest to reakcja równoważona; gdy aldehyd 3-fosfoglicerynowy jest zużywany w dalszych reakcjach glikolizy, w zamian więcej fosfodihydroksyacetonu przechodzi w aldehyd 3-fosfoglicerynowy. W ten skuteczny sposób z każdej cząsteczki fruktozo-l,6-bisfosforanu tworzą się dwie cząsteczki aldehydu 3-fosfoglicerynowego, które uczestniczą w dalszych etapach szlaku.

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy jest przekształcony w 1,3-bisfosfogliceryniań. Reakcję tę katalizuje dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego z użyciem fosforanu nieorganicznego i NAD⁺. Energia do tworzenia wysokoenergetycznego wiązania fosforanowego pochodzi z utleniania aldehydowej grupy aldehydu 3-fosfoglicerynowego.

Nowo utworzone w 1,3-bisfosfoglicerynianie wiązanie fosforanowe o wysokiej energii jest wykorzystywane do syntezy ATP. Przeniesienie grupy fosforanowej z 1,3-bisfosfoglicerynianu do ADP katalizuje kinaza fosfoglicerynianowa, tworząc ATP i 3-fosfoglicerynian.

3-fosfoglicerynian jest przekształcany w 2-fosfoglicerynian przez fosfogliceromutazę. W tej reakcji grupa fosforanowa zostaje przeniesiona na inny atom węgla w obrębie tej samej cząsteczki.

Enolaza katalizuje odwodnienie 2-fosfoglicerynianu i powstanie fosfoenolopirogronianu (PEP). W tej reakcji dochodzi do przemiany niskoenergetycznego estrowego wiązania fosforanowego 2-fosfoglicery- nianu na wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe PEP.

W ostatniej reakcji kinaza pirogronianowa katalizuje fizjologicznie nieodwracalne przeniesienie grupy fosforylowej z PEP na ADP i utworzenie ATP oraz pirogronianu.

Regulacja glikolizy

Fosfofruktokinaza

Najważniejszym punktem kontrolnym glikolizy jest nieodwracalna reakcja katalizowana przez fosfofruktokinazę (PKF). Regulacja tego enzymu przebiega różnymi drogami:

ATP/AMP. PKF jest allosterycznie hamowana przez ATP, ale to hamowanie jest znoszone przez AMP. Taka sytuacja pozwala glikolizie reagować na energetyczne zapotrzebowanie komórki; niewystarczająca ilość ATP (przy obfitości AMP) wpływa na przyspieszenie glikolizy, co z kolei zwiększa ilość syntetyzowanego ATP, a to powoduje spowolnienie reakcji glikolizy, kiedy ATP osiąga już wystarczająco duży poziom.

Cytrynian. PKF jest również hamowana przez cytrynian, pierwszy produkt kompletnego cyklu kwasu cytrynowego. Wysoki poziom cytrynianu sygnalizuje, że ilość intermediatów cyklu kwasu cytrynowego jest bardzo duża, przez co dalsze rozkładanie glukozy w drodze glikolizy jest już niepotrzebne,

Fruktozo-2,ó-bisfosforan. Fruktozo-2,6-bisfosforan (F-2,6-BP) jest syntetyzowany z fruktozo-6-fosforanu przez enzym o nazwie fosfofruktokinaza 2 (PKF 2), inny niż PKF. F-2,6-BP jest hydrolizowany z powrotem do fruktozo-6-fosforanu (rys. 5) przez fruktozobisfosfatazę 2 (FBPazę 2). Zdumiewające, że oba enzymy, PKF 2 i FBPaza 2, wykazują aktywność katalityczną dzięki temu samemu polipeptydowi; jest to więc enzym dwufunkcyjny. Fruktozo-6-fosforan stymuluje syntezę F-2,6-BP i hamuje jego hydrolizę F-2,6-BP z kolei silnie aktywuje PKF i wskutek tego stymuluje glikolizę. W końcowym efekcie wysoki poziom fruktozo-6-fosforanu powoduje stymulację PKF (a zatem i glikolizy). PKF 2 i FBPaza 2 są również kontrolowane przez modyfikacje kowalencyjne. Gdy poziom glukozy we krwi spada, wówczas hormon glukagon zostaje uwolniony do krwiobiegu i pobudza kaskadę cAMP prowadzącą do fosforylacji pojedynczej reszty seryny polipeptydu PKF 2/FBPazy 2. Fosforylacja aktywuje FBPazę 2 i hamuje PKF 2, obniżając poziom F-2,6-BP, wskutek tego zmniejsza szybkość glikolizy. F-2,6-BP jest również ważnym czynnikiem zapobiegającym równoczesnemu działaniu glikolizy (degradacja glukozy) i glukoneogenezy (synteza glukozy).

Jony H⁺. Ponieważ PKF jest hamowana przez jony H⁺, szybkość glikolizy maleje, gdy pH obniża się znacząco. To zapobiega nadmiernemu tworzeniu mleczanu (tj. kwasu mlekowego) w warunkach beztlenowych (patrz wyżej), a tym samym zapobiega kwasicy (szkodliwe obniżenie pH we krwi).

Heksokinaza

Heksokinaza, katalizująca pierwszą nieodwracalną reakcję glikolizy, jest hamowana przez glukozo-6-fosforan. Kiedy więc PKF jest nieaktywna, gromadzi się fruktozo-6-fosforan, a równocześnie z nim glukozo-6-fosforan, ponieważ te dwa metabolity znajdują się w równowadze dzięki izomerazie glukozofosforanowej Zatem zahamowanie heksokinazy wzmacnia hamowanie reakcji PFK. Na pierwszy rzut oka wydaje się to niezwykłe, ponieważ reakcja ta jest zazwyczaj pierwszym nieodwracalnym etapem szlaku (etap decydujący), będącym ważnym punktem kontrolnym. Na tej podstawie można by mieć wrażenie, że to heksokinaza powinna być głównym enzymem kontrolnym, a nie PFK. Jednakże glukozo-6-fosforan, produkt reakcji katalizowanej przez heksokinazę, może również zasilać syntezę glikogenu. Tak więc pierwszym nieodwracalnym etapem charakterystycznym dla glikolizy jest właśnie reakcja katalizowana przez PFK; przeto jest ona główną

reakcją kontrolną.

Kinaza pirogronianowa

Kinaza pirogronianowa katalizuje trzecią nieodwracalną reakcję glikolizy. Jest ona aktywowana przez fruktozo-l,6-bisfosforan. ATP i aminokwas alanina hamują ten enzym allosterycznie w taki sposób, że zwalniają szybkość glikolizy, gdy ilość dostarczanego ATP i prekursorów biosyntez (symbolizowana przez poziom Ala) jest już wystarczająco duża. Ponadto, podobnie jak w przypadku kontroli PKF (patrz wyżej), gdy stężenie glukozy we krwi jest małe, pojawia się glukagon i stymuluje fosforylację enzymu poprzez kaskadę cAMP. Taka kowalencyjna modyfikacja przyhamowuje aktywność enzymu tak, aby spowolnienie glikolizy trwało dopóty, dopóki poziom glukozy we krwi jest niski.

Energetyka glikolizy - wydajność energetyczna.

Do przebiegu początkowego etapu gikolizy niezbędne są dwie cząsteczki ATP, uczestniczące w przekształcaniu glukozy w glukozo-6-fosforan przez heksokinazę oraz przekształcaniu fruktozo-6-fosforanu w fruktozo-l,6-bisfosforan przez PKF. Jednakże później z fruktozo-l,6-bisfosfo-ranu powstają dwie trójwęglowe jednostki, a każda z nich generuje dwie cząsteczki ATP w następnych reakcjach (katalizowanych przez kinazę fos-foglicerynianową i kinazę pirogronianową), co daje zysk netto wynoszący 2 cząsteczki ATP na wyjściową cząsteczkę glukozy. Reakcja sumaryczna jest następująca:

glukoza + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD⁺ ——>

• 2 cząsteczki pirogronianu + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Zauważmy, że w warunkach tlenowych obie zsyntetyzowane cząsteczki NADH są reoksydowane przez łańcuch transportu elektronów generujący ATP. Ze względu na cytoplazmatyczną lokalizację tych cząsteczek NADH, w reoksydacji każdej z nich pośredniczy albo czółenko 3-fosfoglicerynianowe i wtedy podczas fosforylacji oksydacyjnej tworzą się w przybliżeniu dwie cząsteczki ATP, albo czółenko jabłczanowo-asparaginianowe i wówczas w wyniku fosforylacji oksydacyjnej powstają w przybliżeniu trzy cząsteczki ATP.

Β-OKSYDACJA - utlenianie kwasów tłuszczowych jest przemianą w której aktywny kwas tłuszczowy zostaje rozłożony do Acetylo-CoA

Substratem jest acyloCoA

Produktem jest Acetylo CoA + zredukowany FAD i NAD (lub wodory i elektrony)

Dysocjacja, rozpad cząsteczek związku chemicznego na prostsze rodzaje chemiczne: atomy, jony, prostsze cząsteczki, wolne rodniki.

1) Dysocjacja elektrolityczna jest rozpadem elektroobojętnych cząsteczek elektrolitu na jony (aniony i kationy). Dysocjacja elektrolityczna jest procesem równowagowym, stała dysocjacja elektrolityczna nie zależy od stężenia elektrolitu.

Stopień dysocjacji elektrolitycznej dla danego elektrolitu w roztworze (α), definiowany jako stosunek liczby zdysocjowanych cząsteczek elektrolitu do ogólnej liczby cząsteczek elektrolitu wprowadzonych do roztworu, wpływa na wartość przewodnictwa elektrycznego roztworu i jest podstawą klasyfikacji elektrolitów na mocne (α ≅ 1) i słabe (α«1).

Dysocjacja jonowa jest to rozpad substancji (kryształów jonowych lub polarnych cząsteczek) na jony pod wpływem wody (rozpuszczalnika).

Podobnie jak woda mogą działać również inne polarne rozpuszczalniki.

Za twórcę teorii dysocjacji jonowej, która wyjaśnia między innymi, dlaczego stopione elektrolity lub wodne roztwory elektrolitów przewodzą prąd elektryczny, uważany jest Svante Arrhenius - laureat nagrody Nobla w roku 1903.

Kwas pirogronowy - Produkt glikolizy. Zawiera trzy atomy węgla w cząsteczce. Podczas glikolizy beztlenowej jest przekształcany do kwasu mlekowego. Podczas spalania glukozy w warunkach tlenowych jest przekształcany do acetylokoenzymu A i w tej postaci wchodzi do cyklu kwasu cytrynowego.

Mleczan jest końcowym produktem glikolizy zachodzącej w warunkach beztlenowych (np. w pracującym mięśniu) lub zachodzącej w komórkach niezdolnych do utleniania pirogronianu (np. w erytrocytach). Glikoliza jest regulowana przez trzy enzymy katalizujące reakcje nieodwracalne: heksokinazę (lub glukokinazę), fosfofruktokinazę i kinezę pirogronianową. Pirogronian jest utleniany do acetylo-CoA przez kompleks wieloenzymowy zwanym kompleksem dehydrogenazy pirogronianowej. Reakcja wymaga udziału difosfotiaminy, która jest pochodną witaminy B₁. Brak możliwości metabolizowania (utleniania) pirogronianu prowadzi często do kwasicy mleczanowej.

Fosfokreatyna - rola w skurczu mięśnia.

Fosfokreatyna zapobiega gwałtownemu wyczerpaniu ATP dostarczając łatwo dostępnego, bogatego energetycznie fosforanu potrzebnego do tworzenia ATP z ADP. Fosfokreatyna jest tworzona z ATP i kreatyny w okresach, kiedy mięsień jest rozkurczony i zapotrzebowanie na ATP nie jest duże. Enzymem katalizującym fosforyzację kreatyny jest kineza kreatynowa. Jest to enzym, który ze względu na swą swoistość w stosunku do mięśni może być użyty do wykrywania ich ostrych lub przewlekłych chorób.

---