Biochemia - XX - 11.04.2001

Białka pokarmowe:

Białka pełnowartościowe (zawierają wszystkie egzogenne aminokwasy):

• Jaja kurze

• Mleko kobiece

• Mleko krowie

• Sery

• Mięso zwierząt rzeźnych

• Mięso drobiowe

• Ryby

Białka niepełnowartościowe

• Rośliny strączkowe

• Zboża

• Warzywa

• Owoce

Białkami pełnowartościowymi są jak z tego widać tylko białka zwierzęce, występują one przede wszystkim w jaju kurzym i przez długi okres czasu białko jaja kurzego było białkiem wzorcowym, mleko kobiece, krowie, przetwory z mleka krowiego, czyli sery i mięso rozmaite.

Kolejne pojęcie związane z pełnowartościowością to jest pojęcie niepełnowartościowości białka. Białka mogą być niepełnowartościowe w sposób całkowity lub częściowy, mówi się, że białko częściowo niepełnowartościowe to jest takie białko, które posiada wszystkie aminokwasy egzogenne, ale przynajmniej jeden z nich występuje w ilości niewystarczającej dla całodobowego zapotrzebowania, natomiast białko całkowicie niepełnowartościowe to takie, które nie posiada chociażby jednego aminokwasu egzogennego. Takim dobrym źródłem białka, aczkolwiek białka niepełnowartościowego, ponieważ pewne aminokwasy nie występują w dostatecznej ilości, są rośliny strączkowe, a ponieważ są osoby, które starają się być wegetarianami, to jeśli odpowiednio skomponują swoja dietę to są w stanie przez odpowiednie skojarzenie produktów pochodzenia roślinnego uzyskać pełnowartościowa dietę, tylko trzeba wiedzieć co trzeba uzupełniać. Takim wzorcem pełnowartościowości białka jest wzorzec, który stworzyła Światowa Organizacja Do Spraw Żywności w 1991r., jaki jest skład białka to jest nie istotne, poprzednio był wzorzec inny a przez długi okres czasu jako wzorzec utrzymywało się białko jaja kurzego. Żeby powiedzieć, czy białko jest pełnowartościowe, czy niepełnowartościowe porównuje się skład tego białka ze składem białka wzorcowego i na tej podstawie stwierdza się, czy białko jest pełnowartościowe, czy nie. Ten aminokwas, który występuje w białku w niewystarczającej ilości, nazywa się aminokwasem ograniczającym i on decyduje o tym, że białko może być nie w pełni wartościowe i to oznacza, że musi być ten aminokwas dostarczony w innym produkcie żywnościowym aby utworzyć kompozycję pełnowartościową.

Produkt	Aminokwas ograniczający	Uzupełnienie diety
Zboża	Lizyna	Mleko, mięso, rośliny strączkowe
Kukurydza, żelatyna	Tryptofan	Mleko mięso, jaja
Rośliny strączkowe	Tryptofan, aminokwasy siarkowe	Ziarna słonecznika i sezamu

Jeśli ktoś spożywa rośliny zbożowe, to cierpi na niedobór lizyny (aminokwas ograniczający) i żeby uzyskać pełnowartościową dietę to należy go kojarzyć z mlekiem, mięsem, roślinami strączkowymi. Jeśli ktoś dużo spożywa kukurydzy, to ma niedobór tryptofanu, a jeśli skojarzyć tę kukurydze z mlekiem, mięsem, czy jajami uzyskuje dietę pełnowartościową, bo w tych produktach spożywczych akurat tryptofanu jest za dużo. Jeśli ktoś się odżywia wyłącznie roślinami strączkowymi to cierpi na niedobór tryptofanu i aminokwasów siarkowych i zaleca się żeby spożywał ziarna słonecznika idąc do kina albo sezamki, które są zarówno w tryptofan jak i w aminokwasy siarkowe bogate. Więc ktoś kto pokusi się na pewna oryginalność to musi się znać na zasadach żywienia, żeby tą oryginalnością nie doprowadzić do niedoborów pokarmowych.

Ocena wartości odżywczej

W jaki sposób bada się wartość odżywczą białka? Są dwie metody:

1. Metoda chemiczna - to są takie, które porównują zawartość aminokwasu ograniczającego, czyli tego, który występuje w nieprawidłowej ilości z ilością tego aminokwasu we wzorcu białkowym stworzonym przez FAO. Wylicza się tak zwane punkty chemiczne (Chemical Score), im mniej jest tego aminokwasu tym ta wartość CS jest niższa. Jeśli aminokwas występujący w białku nie jest aminokwasem ograniczającym, wartość CS =1.

2. Metody biologiczne - u zwierząt doświadczalnych można wywoływać rozmaite niedobory białkowe przez podawanie białek niepełnowartościowych.

To tyle z zakresu szeroko rozumianej dietetyki, bo tego się niestety na studiach nie uczy w dalszym etapie, a to jest potrzebne do tego żeby coś z tymi ludźmi biednymi robić.

Trawienie białka

Przenosimy się do przewodu pokarmowego, mamy tam enzymy proteolityczne, które trawią białka. Jest kilka podziałów tych enzymów.

Enzymy proteolityczne przewodu pokarmowego:

Egzopeptydazy

• Karboksypeptydazy

• Karboksypeptydaza A (Fen, Tyr, aminokwasy rozgałęzione)

• Karboksypeptydaza B (Liz, Arg)

• Aminopeptydazy

• Dipeptydazy

Endopeptydazy

• Pepsyna (X-Fen-X, X-Tyr-X, Leu-Glu)

• Trypsyna (Liz-X, Arg-X)

• Chymotrypsyna (Fen-X, Tyr-X)

• Elastaza

Podział pierwszy - dzieli on peptydazy (proteazy) na egzo- i endopeptydazy, w zależności od tego w którym miejscu w łańcuchu peptydowym hydrolizują wiązania peptydowe. Wśród egzopeptydaz mamy: karboksypeptydazy - będą atakowały od końca karboksylowego, aminopeptydazy - atakują od końca aminowego, ewentualnie jak mamy dwupeptyd to w wyniku trawienia kontaktowego przez enzymy zawarte w soku jelitowym następuje trawienie dwupeptydów - dipeptydazy.

Druga kategoria to są endopeptydazy, czyli takie, które hydrolizują wiązanie wewnątrz łańcucha peptydowego, to są te enzymy o których się mówi najwięcej, bo defekty w ich wydzielaniu lub aktywacji prowadzą do najrozmaitszych dysfunkcji układu pokarmowego. Enzymem żołądkowym jest pepsyna, aktywacja pepsyny ma być znana. Dalej mamy trzy enzymy wydzielane przez trzustkę mianowicie trypsyna, chymotrypsyna i elastaza, no i do defektu w ich działaniu dochodzi w przypadku niewydolności części egzokrynowej trzustki, czyli w przewlekłym zapaleniu trzustki.

W którym miejscu te enzymy działają? Karboksypeptydaza A ma szczególną predylekcję do aminokwasów aromatycznych, czyli trawi wiązanie od końca karboksylowego przy fenyloalaninie i tyrozynie, oraz ma predylekcje do aminokwasów rozgałęzionych, czyli walina, leucyna, izoleucyna. Karboksypeptydaza B również aminokwasy od końca karboksylowego, ale przy aminokwasach zasadowych, czyli lizyna, arginina. Aminopeptydazy nie grymaszą tylko hydrolizują wiązania od końca aminowego praktycznie przy wszystkich aminokwasach i dipeptydazy rozprawiają się z dwupeptydami, które powstają w wyniku rozszczepiania bardziej złożonych peptydów. Pepsyna - zarówno atakuje wiązanie od końca aminowego jak i karboksylowego przy aminokwasach aromatycznych, czyli fenyloalanina, tyrozyna, oraz wiązanie między leucyną i kwasem glutaminowym. Trypsyna - szczególnie lubi wiązanie od strony karboksylowej przy lizynie i argininie. Chymotrypsyna - preferuje wiązanie od końca karboksylowego przy aminokwasach aromatycznych, fenyloalanina, tyrozyna. Elastaza trzustkowa - jest pierwszą z odkrytych elastaz w latach 50-tych, zajmuje się trawieniem włókien sprężystych, a ściślej elastyny zawartej w tych włóknach, jest to enzym, który również trawi inne białka, natomiast żaden z wcześniej wspomnianych enzymów nie ma powinowactwa do elastyny, która jest białkiem wyjątkowo mało podatnym na działanie enzymów proteolitycznych. Ta swoistość substratowa enzymów musi być znana.

Strawiliśmy, czyli mamy aminokwasy, pozostały nam dwie główne drogi, mianowicie powstawanie związków złożonych z aminokwasów, ale nie białek, które pełnią doniosłą rolę w naszym organizmie i następnie katabolizm szkieletu węglowego, który dla wszystkich wydaje się dość upiorny.

Aminokwasy

Aminokwasy -syntezowane z nich są:

• Puryny

• Pirymidyny

• Porfiryny

• Kreatyna

• Glukoza

• Aminocukry

• Fosfolipidy

• Hormony

• Aminy biogenne

Do czego wykorzystywane są aminokwasy? Do rozmaitych syntez, te wszystkie związki po drodze poznawaliśmy, wiemy jakie aminokwasy są do tego wykorzystywane, a jak ktoś nie wie to do stosownego punktu musi znać reakcje w których aminokwasy biorą udział, najczęściej są to kondensacie z jakimiś innymi związkami. Ja w kilku punkach zasygnalizuje rzeczy, które są szczególnie istotne, natomiast trzeba państwa uświadomić, że do kolokwium z aminokwasów obowiązuje znajomość biosyntezy i działanie hormonów o budowie aminokwasowej. My się zajmiemy aminami biogennymi.

Aminy biogenne

Aminy biogenne są to produkty dekarboksylacji aminokwasów przy udziale odpowiednich dekarboksylaz, koenzymem tych że jest fosforan pirydoksalu, proszę nie mylić reakcji dekarboksylacji aminokwasu z dekarboksylacja oksydacyjną alfa-ketokwasu, to jest zupełnie inna reakcja i inne koenzymy są w to zaangażowane. Z kilkoma aminami biogennymi spotkaliśmy się przy omawianiu hormonów i cytokin i tak odpowiednio jeśli histydyna ulegnie dekarboksylacji to powstaje histamina; 5 - hydroksytryptofan - powstaje serotonina, czyli 5 - hydroksytryptamina; tryptofan - tryptamina; tyrozyna - tyramina itd. Szczególnie proszę zwrócić uwagę na powstawanie poliamin, funkcja poliamin, czyli trzeba sobie sięgnąć do metabolizmu kwasów nukleinowych.

CO₂

histydyna histamina

CO₂

5-hydroksytryptofan 5 - hydroksytryptamina = serotonina

CO₂

tryptofan tryptamina

CO₂

tyrozyna tyramina

Tu mamy tą pierwszą reakcję - powstała nam amina biogenna i najczęściej na nią działa MAO, czyli oksydaza monoaminowa i tak odbywa się katabolizm amin biogennych, ponieważ szereg z nich pełni funkcje cytokin, lub hormonów, a ponadto są neuroprzekaźnikami w OUN, istotne znaczenie w leczeniu zwłaszcza zaburzeń natury psychicznej ma zastosowanie inhibitorów MAO, czyli inhibitorów oksydazy monoaminowej, w rezultacie dochodzi do wzrostu stężenia tychże neuroprzekaźników w szczelinie synaptycznej w skutek zahamowania ich katabolizmu. Inhibitory MAO znalazły zastosowanie w medycynie jako leki przeciwdepresyjne. I dla konkretnych aminokwasów trzeba znać aminy biogenne i działanie tych amin biogennych.

Katabolizm aminokwasów - aminoacydurie

(Taki upiorny punkt, mało lubiany. W wielu punktach to się będzie różniło od tego co jest napisane w podręczniku Harpera, więc trzeba przyjąć tak jak tu będzie pokazane).

Aminoacydurie - podział:

• Pierwotne

• „z przelewu” (overflow)

• zaburzenia transportu cewkowego

• wtórne

• „z przelewu” : ciężkie choroby wątroby

• zaburzenia transportu cewkowego: ciężkie uszkodzenia nerek

Pierwsze zagadnienie, które nas będzie interesować z punktu widzenia praktycznego, lekarskiego, to są zaburzenia przemian aminokwasów, które prowadzą do zespołów zwanych aminoacyduriami. Aminoacyduria, czyli obecność aminokwasów w moczu; normalnie aminokwasy są obecne w moczu w bardzo śladowych ilościach, łatwo się filtrują, szybko są wydalane i to nie stanowi żadnego problemu, natomiast w pewnych sytuacjach aminokwasy zostają wydalane w nadmiarze. Jaka jest tego przyczyna? Hiperaminoacydurie, czy jak kto woli aminoacydurie dzieli się na pierwotne i na wtórne.

Pierwotne są uwarunkowane genetycznie, czyli powstają w wyniku bloku metabolicznego. Zwyczajowo dzieli się je na dwie kategorie. Pierwsza nazywa się z przelewu (overflow), to jest sytuacja, kiedy mamy blok metaboliczny w metabolizmie aminokwasów, gromadzi się aminokwas nie mogący się przekształcić, osiąga albo duże stężenie w osoczu, czyli występuje hiperaminoacydemia i w rezultacie przesącza się do moczu, natomiast nerka w tym zespole funkcjonuje w sposób prawidłowy, czyli próg nerkowy i zdolność resorbcji zostaje na tyle przekroczona, że nerka bardzo mocno starając się nie jest w stanie wchłonąć aminokwasu. Druga grupa zaburzeń to jest taka wtedy kiedy z aminokwasami w sensie metabolizmu jest wszystko OK., natomiast po przesączeniu się do przesączu pierwotnego w wyniku zaburzeń w transporcie cewkowym nie mogą ulegać resorbcji zwrotnej. W tym drugim zespole nie mamy do czynienia z hiperaminoacydemią stąd najłatwiej odróżnić te dwa zespoły.

Drugi rodzaj wg podziału aminoacydurii to są zaburzenia typu wtórnego, czyli takie, które nie są uwarunkowane genetycznie, ale towarzyszą innym chorobom. Dokładnie możemy to w taki sam sposób podzielić. Z przelewu, czyli z jakiś względów, albo aminokwasy nie mogą być wykorzystywane do syntez związków niebiałkowych, albo nie mogą być wbudowane do białka, a ponieważ to się odbywa w centrum metabolicznym organizmu jakim jest wątroba, to tak się dzieje w chorobach wątroby, ale powiedziałem w ciężkich chorobach wątroby, jako taki typowy przykład podaje się atrophia hepatis acuta flava, czyli ostry żółty zanik wątroby, jaki występuje np. po spożyciu muchomora sromotnikowego, albo po zatruciu czterochlorkiem węgla, albo w skrajnym stanie marskości wątroby, kiedy wątrobę już nic nie jest w stanie metabolizować, czyli również nie włącza aminokwasów, czyli stąd występuje hiperaminoacydemia dokładnie jak w tym pierwszym przypadku i też jest overflow. Jak to odróżnić? Ta osoba z pierwotnym ma to od urodzenia, a ta osoba z wtórnym to się w trakcie życia dorobiła. Druga grupa to dokładnie jak w tym pierwszym, czyli dysfunkcja nerki, ale tu była dysfunkcja transportu kanalikowego spowodowanego dysfunkcja jakiegoś konkretnego układu przenośnikowego, też to ma charakter wrodzony, a tu zaburzenia transportu cewkowego spowodowane uszkodzeniem nerek, najczęściej jest to uszkodzenie, albo przez spożycie metali ciężkich, albo taki lek zawarty w tabletkach z krzyżykiem (na szczęście wycofane z sprzedaży), który też uszkadzał nerkę, no i w rezultacie nie wchłaniają się wszystkie aminokwasy, a nie tylko jeden konkretny.

Będziemy się zajmować wyłącznie pierwotnymi a nie innymi, bo nas interesuje wyłącznie biochemia, a nie patologia.

Aminoacydurie „z przelewu”:

• Hiperfenyloalaninemia

• Tyrozynemia

• Alkaptonuria

• Homocystynuria

• Histydynemia

• MSD

• Choroby cyklu mocznikowego

Zaburzenia transportu cewkowego:

• Cystynuria

• Hipercystynuria

• Choroba Hartnupów

• Aminoacyduria dikarboksylowa

Jakie mamy z przelewów - najczęściej występujące to są hiperfenyloalaninemie, czyli zaburzenia przemian fenyloalaniny, prowadzące do gromadzenia się tego aminokwasu. Następna to jest tyrozynemia prowadząca do gromadzenia się tyrozyny, przyczyna jest zaburzenie w przekształcaniu kwasu fumaryloacetooctowego. Kolejna relatywnie częsta choroba, która można w Polsce oglądać to alkaptonuria. Kolejna relatywnie rzadsza w stosunku do hiperfenyloalaninemii, bo występuje 20 razy rzadziej to homocystynuria, czyli zespół prowadzący do gromadzenia homocysteiny i utleniania do homocystyny i wydalania dużych ilości homocystyny z moczem. Histydynemia - bez większego znaczenia praktycznego i rzadko występujący zespół chorobowy MSD (Maple Sirup Disease - choroba z moczem o zapachu syropu klonowego) - omawiana jako ciekawostka przyrodnicza, bo ktoś kto te chorobę ma z reguły nie staje się pacjentem internistycznym, ale umiera w wczesnym dzieciństwie i cała grupa chorób cyklu mocznikowego, o których nie było wcześniej mowy bo one maja znaczenie czysto teoretyczne, jak ktoś ma całkowity blok na którymś z etapów cyklu mocznikowego, to umiera krótko po urodzeniu, teoretycznie może być blok na każdym etapie, a choroby nazywają się od gromadzącego się produktu pośredniego.

Co mamy ciekawego w zaburzeniach transportu nerkowego - cystynuria, to jest taki zespół chorobowy w którym nie może być wchłonięta zwrotnie cystyna, lizyna, arginina i ornityna. W rezultacie dochodzi do zwiększenia wydalania tych aminokwasów, jeśli dojdzie do zwiększenia wydalania, jeśli dojdzie do zwiększenia ich stężenia ponad wartość krytyczna rozpuszczalności, wytrącają się złogi cystyny jako kamienie cystynowe w moczu. Hipercystynuria - to jest taki zespół chorobowy w którym wyłącznie cystyna nie jest zwrotnie wchłaniana i też prowadzi do kamicy cystynowej. To już dobrze znany z pierwszego semestru defekt wchłaniania zwrotnego aminokwasów obojętnych, zarówno w jelicie, jak i w nerce prowadzący do niedoboru tryptofanu - choroba Hartnupów. Taki zespół w którym w wyniku zaburzeń w transporcie aminokwasów kwaśnych nie jest wchłaniany zwrotnie kwas glutaminowy i kwas asparaginowy, nazywa się aminoacyduria asparaginowa. Z pośród tych wymienionych największe znaczenie mają dwie pierwsze, które mogą prowadzić do kamicy nerkowej.

Patogeneza:

1. Brak końcowego produktu szlaku metabolicznego

2. Gromadzenie się produktów pośrednich

3. Uruchomienie bocznych dróg przemian

4. „przesycenie moczu”

Diagnostyka:

• Wykrywanie metabolitów lub ich braku

• Wykrywanie aktywności zdefektowanych enzymów

• Diagnostyka molekularna

Zastosowanie:

• Chory noworodek

• Screening

• Diagnostyka prenatalna

Patogeneza

Czemu aminoacydurie interesują lekarzy praktyków? Z kilku względów:

1. Po pierwsze jeśli gdzieś występuje blok metaboliczny, to z reguły brakuje substancji, która jest niezbędna do dalszych przemian, czyli aminokwasu lub jego produktu. W wielu przypadkach, jak np. w hiperfenyloalaninemiach, z tym nie wiąże się żadna konsekwencja, ponieważ tyrozyna, która nie może powstać z fenyloalaniny jest dostarczana z pożywieniem, ale w innych przypadkach deficyt może wynikać z produktu końcowego szlaku metabolicznego.

2. Znacznie bardziej szkodliwa konsekwencja to jest gromadzenie się produktów pośrednich. Większość z tych produktów pośrednich ma charakter kwaśny i doprowadza do zakwaszenia organizmu, część z nich penetruje do OUN, prowadząc do uszkodzenia ośrodków kory mózgowej.

3. Kolejna sytuacja - blok pośredni przed miejscem bloku, może się nie kumulować tylko przekształcać szlakami metabolicznymi, które normalnie są mało aktywne i mogą powstawać związki toksyczne, również z takim przypadkiem spotkamy się przy metabolizmie fenyloalaniny. W innych przypadkach zablokowanie drogi przemian może prowadzić do bocznego metabolitu nietoksycznego, który służy do diagnostyki zaburzenia, klasyczny przykład to kwas ksanturenowy w diagnostyce niedoboru witaminy B₆, a powstaje w bocznym szlaku przemian tryptofanu.

4. No i wreszcie to o czym mowa była w wydalaniu nadmiernym cystyny, dochodzi do przesycenia się moczu i wytracają się złogi.

Wszystkie te cztery elementy prowadzą do objawów chorobowych i taki pacjent trafia do lekarza. Szereg aminoacydurii, zwłaszcza jeśli nie jest blok enzymu całkowity, przebiega bezobjawowo i może być wykryta zupełnie przypadkowo, część doprowadza do dysfunkcji OUN, do upośledzenia umysłowego, natomiast część defektów jest letalna, takim klasycznym przykładem jest właśnie MSD, nie można go wykryć u dorosłego człowieka, bo ten człowiek wcześniej umiera.

Diagnostyka

Jak wykrywa się aminoacydurię? Przede wszystkim najtańsza metoda to wykrywanie metabolitów lub ich braku. Z takim wykrywaniem metabolitów pośrednich lub z bocznych szlaków spotykamy się przy diagnostyce zaburzeń w przemianie histydyny w skutek niedoboru kwasu foliowego, czyli wykrywanie FIGLU. Spotykamy się przy oznaczaniu kwasu ksanturenowego, w przypadku hiperfenyloalaninemii, wykrywamy kwas fenylopirogronowy w moczu jako produkt bocznego szlaku metabolicznego. Bezpośrednim dowodem na istnienie bloku enzymatycznego jest aktywności enzymu. Sprawa jest prosta jeśli enzym przenika do krążenia, czyli można go wykryć w osoczu, ale w wielu najczęstszych zaburzeniach metabolicznych i równocześnie najcięższych, równocześnie podatnych na leczenie enzym podlega ekspresji w narządzie w którym zachodzi tor metaboliczny, czyli albo w np. wątrobie, albo w nerce i trzeba by pobrać fragment narządu zhomogenizować i oznaczać aktywność enzymu, a to już jest mało zabawna metoda. No i metody, które wchodzą szerokim prądem do diagnostyki, to są metody biologii molekularnej, gdzie wykrywa się defekt genu kodującego dany enzym. Z tym jest pewien problem, ponieważ za brak aktywności enzymu, lub jego nieprawidłowa aktywność mogą odpowiadać rozmaite defekty genetyczne, to mogą być mutacje punktowe w zupełnie różnych miejscach, więc taka diagnostyka jest dosyć kosztowna i raczej zarezerwowana dla rodzin, w których poszczególne hiperaminoacydurie występują, w ramach tzw. poradnictwa genetycznego.

Zastosowanie

U kogo taka diagnostykę można robić?

Przede wszystkim jak zobaczymy noworodka, który jakoś nie przypomina zdrowego noworodka. Najczęściej można na egzaminie usłyszeć, że w tych hiperaminoacyduriach dziecko nie chce jeść, wymiotuje, ma drgawki, więc jak ktoś zobaczy takiego noworodka to diagnozuje go czy aby on nie ma jakiejś wady metabolicznej. Tak można robić w przypadku defektów, które występują w miarę rzadko.

Natomiast jeśli defekty występują w miarę często, a są to defekty, których skutki można uniknąć jeśli wdroży się wczesną diagnostykę i wyeliminuje nieprawidłowy aminokwas, tzn. prawidłowy, tylko nieprawidłowo metabolizowany z diety to ze względów społecznych warto przeprowadzać badania screeningowe, tzn. każdy noworodek po urodzeniu poddany jest takiemu badaniu, ponieważ koszt takich badań u wszystkich noworodków rodzących się w świecie cywilizowanym świecie jest niższy niż skutki społeczne, wypłaty rent, utrzymywania domów pomocy społecznej i ogromnych kosztów inwalidyzacji tych osób.

Kolejny etap diagnostyki dotyczy rodzin, u których występują tego typu, wszystkie defekty o których tu będziemy mówić dziedziczą się w sposób autosomalny recesywny, czyli ujawniają się w formie homozygotycznej, natomiast jak się taka rodzinę ma na oku to można stwierdzić, czy u rodziców występuje defekt w formie homozygotycznej, a następnie po zajściu takiej pani w ciążę można wykonać angiopunkcję, pobrać część komórek złuszczających się płodu do płynu owodniowego, takie komórki wyhodować, a następnie przeprowadzić diagnostykę molekularna, czy u konkretnego dziecka które rozwija się w łonie matki występuje aminoacyduria. Ale podejrzewam, że diagnostyką prenatalna rzadko kto z państwa będzie się zajmował dlatego zajmiemy się takimi rzeczami bardziej przyziemnymi w dalszej części.

Przemiany szkieletu węglowego aminokwasów

Wszystkie przemiany szkieletu węglowego aminokwasów to nie jest nic innego jak reakcje anapleurotyczne cyklu Krebsa przebiegające pod hasłem reakcje katabolizmu aminokwasów.

glikogen, glukoza

fosfoenolopirogronian pirogronian

CO₂ acetoacetyloCoA acetyloCoA

szczawiooctan

cytrynian

jabłczan akonitan

fumaran

izocytrynian

bursztynian

CO₂

bursztynyloCoA α - ketoglutaran

Są ich dwa rodzaje: reakcje asymilacji CO₂ w tkankach zwierzęcych a drugie to reakcje katabolizmu aminokwasów i wszystkie te nasze aminokwasy muszą skończyć żywot w dwóch miejscach, albo kończą żywot na którymś z metabolitów cyklu Krebsa, lub na pirogronianie, który de facto nie jest metabolitem cyklu Krebsa, ale jest z tym cyklem Krebsa ściśle związany, druga grupa aminokwasów kończy swój żywot na acetyloCoA, lub na acetoacetyloCoA i z tego wynikają ich podstawowe różnice w ich konsekwencjach metabolicznych: te które kończą swój żywot na pirogronianie lub metabolitach cyklu Krebsa mogą być źródłem glukozy w naszym organizmie, czyli służą do procesu zwanego glukoneogenezą, natomiast te które kończą swój żywot na acetoacetyloCoA, lub acetyloCoA, kończą swój żywot w formie ciał ketonowych.

Aminokwasy:

Ketogenne: Leu, Lys, (Trp)

Gluko- i ketogenne: Ile, Fen, Tyr, Trp

Glukogenne: Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gly, Glu, Gln, His, Met, Pro, Hyp, S Ser, Thr, Wal

Teraz musimy rozwiać pewien mit, którego jak ktoś lansuje to dowodzi jego małej sprawności intelektualnej. To o czym powiedziałem jest podstawą podziału aminokwasów na dwie kategorie, mianowicie aminokwasy glukogenne i ketogenne. Ten podział pochodzi sprzed kilku dziesięciu lat kiedy bardzo intensywnie, z chwilą odkrycia insuliny, badano metabolizm różnych związków w warunkach cukrzycy, czyli u zwierząt diabetogennych, którym najczęściej wyrzynano trzustkę. Ten podział na gluko- i ketogenne dotyczy metabolizmu aminokwasów w cukrzycy, ja o tym mówię już od początku metabolizmu, że żaden organizm w warunkach prawidłowych nie utylizuje aminokwasów dla pozyskania energii, one się katabolizują mimo naszej woli w tych sytuacjach kiedy nie możemy czerpać energii z glukozy, ani z kwasów tłuszczowych. Kiedy tak się dzieje w sytuacji patologicznej u człowieka, no właśnie w cukrzycy. Wtedy mamy zablokowaną przemianę węglowodanów, która sprawia, ze nie ma możliwości kondensacji szczawiooctanu z acetyloCoA, czyli następuje blok w przemianie pirogronianu w szczawiooctan, to jest ta reakcja spalania tłuszczów w ogniu węglowodanów. W rezultacie zablokowania tej przemiany organizm zaczyna spalać białka. W skutek braku insuliny odblokowana zostaje glukoneogeneza, czyli nastawienie jest na tworzenie glukozy, czyli te tory metaboliczne maja doprowadzać do syntezy glukozy tak jak by jej było mało i stad pojecie aminokwasu glukogennego, czyli takiego, który w okresie ketozy cukrzycowej, w okresie cukrzycy prowadzi do wzrostu stężenia glukozy u tych zwierząt. Proszę nie mówić, że to się dzieje u każdego z nas bo nikt nie wykorzystuje aminokwasów w warunkach prawidłowych do syntezy glukozy, bo każdy ma wystarczająco glukozy z jedzenia. U tych samych zwierząt zauważono, że jeśli wprowadzić im do diety pewne aminokwasy, to dochodzi do zwiększenie wydalania ciał ketonowych u tych zwierząt i te aminokwasy nazwano ketogennymi. Również chcę uprzedzić na egzaminie, że one służą do syntezy tłuszczów to koniec zabawy. Bo jak w ketozie może być synteza tłuszczów. Wskutek braku hamowania HSL przez insulinę następuje wzmożona lipoliza, a nie lipogeneza. Przecież one nie służą do żadnej syntezy tłuszczów, one doprowadzają do wzrostu stężenia ciał ketonowych u zwierząt diabetogennych. Tak właśnie należy rozumieć podział na aminokwasy gluko- i ketogenne. Dotyczy to skrajnej sytuacji, czyli ketozy u człowieka w niedoborze bezwzględnym insuliny, bo we względnym niedoborze, czyli tak jak to jest w cukrzycy typu drugiego, czyli w insulino oporności ze stanem ketozy nie mamy do czynienia. Ten podział ma znaczenie historyczne, ale ponieważ w podręcznikach jest on pokazywany, więc o tym trzeba powiedzieć i to trzeba tak rozumieć. Czyli one służą do wydalania ciał ketonowych.

W podręczniku Harpera jest napisane, że jest jeden aminokwas ketogenny, czyli leucyna. To nie jest prawda, drugim aminokwasem jest lizyna, który jest zaklasyfikowany do tego podziału jako glukoketogenny, natomiast jest dowiedzione ponad wszelka wątpliwość, że z lizyny nawet w warunkach skrajnych, czyli u tego diabetogennego zwierzęcia nie powstaje glukoza, tylko cały tor prowadzi do powstania ciał ketonowych. Jeszcze jedna rzecz za rok jak ktoś przyjdzie na wykład to jeszcze jeden aminokwas zasilił grupę ketogenną, w nowszych podręcznikach do biochemii podkreśla się, że prawie cały tryptofan jeśli podać zwierzęciu diabetogennemu jest przemieniany w ciała ketonowe, a nie jest źródłem glukozy, ale ponieważ na tym toczą się dyskusje dlatego celowo go jeszcze do tej kategorii nie przeniosłem. No i te nie ulega wątpliwości, że to jest izoleucyna, fenyloalanina i tyrozyna, które są aminokwasami zarówno gluko- jak i ketogennymi, bo doprowadzają do powstania acetoacetyloCoA, również prowadzą do sukcynyloCoA, który jak wiadomo jest produktem pośrednim cyklu Krebsa. No i tu się nic nie zmienia, pod tym względem wszystko w Harperze jest napisane.

Aminokwasy glukogenne

Zacznijmy od tych aminokwasów glukogennych, które kończą swój żywot na pirogronianie, mamy w tym repertuarze alaninę, cysteinę, glicynę, serynę i treoninę. Te schematy proszę sobie zapamiętać, bo teraz jest dobra sytuacja, długa przerwa żeby to wszystko opanować bo na tym kolokwium z aminokwasów trochę schematów się pojawi.

Alanina

Tu jest bardzo prosta sprawa bo tu jest cykl alaninowy, o którym ostatnio mówiliśmy, czyli alanina uwalniana z mięśni tam reakcja transaminacji, powstaje pirogronian, on jest włączony do szlaku przemian, albo daje początek glukozie, albo jest utylizowany w cyklu Krebsa i to jest cała filozofia, najprostszy metabolizm.

Glicyna i treonina

CO₂ + NH₃

pirogronian seryna glicyna

aminoaceton treonina

alfaketomaślan

propionyloCoA

Powiem co jest możliwe. Możliwa jest przemiana glicyny w serynę, a dalej seryna przemieni nam się w alaninę, taka jest jedna możliwość, ta alanina transaminuje i powstanie pirogronian, ale ta droga pod względem ilościowym nie jest drogą dominującą, czyli tak naprawdę powstawanie pirogronianu z glicyny, a co za tym idzie z treoniny ma znaczenie poboczne. Główna droga przemian glicyny w naszym organizmie i przy okazji również treoniny prowadzi poprzez syntazę glicynową, tj. kompleks enzymów, w którym istotną rolę odgrywa fosforan pirydoksalu, jest to kompleks zlokalizowany w mitochondrium kom. wątrobowej i tylko tam i który doprowadza do uwolnienia amoniaku i CO₂ - tak działa syntaza (jest to liaza) glicynowa. To jest główny tor metaboliczny. Trzeba mówić, że glicyna prowadzi do powstania pirogronianu, ale to powstawanie pirogronianu jest ilościowo nieznaczne, głównie jest to rozpad glicyny do CO₂ i amoniaku i oczywiście amoniak jest włączany w przemianę cyklu mocznikowego i w ten sposób jest wydalany jako mocznik. Glicyna prowadzi do wielu syntez, przede wszystkim porfiryny, glikokoniugaty, pierścień purynowy i kreatyna. Drugi aminokwas, który jest blisko spokrewniony przez tor metaboliczny z glicyną to jest treonina, ona może wchodzić do cyklu Krebsa dwoma drogami, jest wszędzie wymieniona, więc ona kończy swój żywot na pirogronianie, jaka to jest przemiana? Aldolaza przemienia treoninę w glicynę, uwalnia się aldehyd octowy i następnie glicyna przekształca się w serynę, seryna w alaninę, alanina transaminuje w pirogronian. Jest to droga metabolicznie nie istotna. Główna przemiana treoniny, to poprzez glicynę i syntazę glicynową w tym torze, który był omawiany przed chwilą. Druga możliwość też ilościowo nieznamienna to jest przemiana treoniny w propionyloCoA, najpierw powstaje alfaketomaślan, czyli związek czterowęglowy, następuje jego dekarboksylacja oksydacyjna, czyli dokładnie taki sam kompleks jak przemiana pirogronianu i powstaje propionyloCoA, a on jak łatwo zgadnąć zamienia się w sukcynyloCoA i wchodzi do cyklu Krebsa. Drugie drzwiczki to są takie na sukcynyloCoA.

Seryna

etanoloamina

CO_{2 palmitoiloCoA}

sfingozyna

glicyna seryna cysteina

N₅N₁₀metylenoTHF THF homocysteina

pirogronian fosfoseryna hydroksypirogronian

3 - fosfohydroksy -

pirogronian

glukoza 3 - fosfoglicerol 2 - fosfoglicerol

Kolejny aminokwas który ma kończyć swój żywot na pirogronianie to jest seryna, przemiana to jest seryna przekształca się w alaninę, a alanina do pirogronianu. Ale podobnie jak w przypadku glicyny ta droga jest nie istotna, katalizuje reakcje transaminacji poprzez serynę w alaninę do pirogronianu, natomiast znacznie ważniejsza droga to jest droga o której była mowa w zeszłym semestrze, mianowicie przy udziale tetrahydrofolianu, wytworzenie glicyny, uwalania się metylenotetrahydrofolian, seryna jest dawcą grupy hydroksymetylowej dla tetrahydrofolianu, a co się z glicyna dzieje to było przed chwilą pokazane, mianowicie syntaza glicynowa w wątrobie powoduje rozpad glicyny i to jest droga istotniejsza niż przemiana do pirogronianu. Przy okazji proszę pamiętać udział seryny w metabolizmie aminokwasów siarkowych, udział w syntezie fosfolipidów i to zarówno glicerolowych jak i fosfolipidów nieglicerolowych, czyli synteza sfingozyny z seryny i palmitoiloCoA. Na pierwszy termin to wystarczy, jednak na drugi termin Kolokwium to jest nie wystarczające.

Cysteina

cystyna

seryna

glutation

homocysteina

cysteina

SH₂

NH₃

Pirogronian sulfinowana cysteina

NH₂ CO₂

Istotny tor metaboliczny to jest przemiana cysteiny w pirogronian poprzez związek pośredni o nazwie sulfinowana cysteina, dalej następuje usunięcie amoniaku, to się wszystko dzieje w wątrobie i w pierwszym przypadku usunięcie grupy tiolowej, a w drugim przypadku sulfinowej i powstaje pirogronian, czyli mamy dezaminacje i desulfinację, albo desulfurację. Do czego cysteina może być wykorzystana? Synteza glutationu, przemiany aminokwasów siarkowych, ale to ma mniejsze znaczenie. Te dwie przemiany są istotne u człowieka.

To tyle na temat pirogronianu. Drugie takie miejsce, furtka którędy wchodzą aminokwasy do cyklu Krebsa to jest alfaketoglutaran, a ponieważ alfaketoglutaran powstaje poprzez transaminację kwasu glutaminowego, a druga możliwość, w wątrobie w wyniku działania dehydrogenaz glutaminianowej to te aminokwasy muszą zakończyć żywot na kwasie glutaminowym i kwas glutaminowy transaminuje, lub się utleni do kwasu glutaminowego.

Histydyna

Pierwszy aminokwas, tu przypominam o reakcji dekarboksylacji, czyli powstaje histamina. Histydyna służy do syntezy takich dwóch ciekawych dwupeptydów mianowicie karnozyny i anseryny. Pierwszy enzym to amoniakoliaza, powstaje FIGLU i tu jest potrzebny tetrahydrofolian, żeby zabrał grupę formiminową, jeśli nie ma tetrahydrofolianu to gromadzi się FIGLU, który wydalamy z moczem i to jest test na niedobór kwasu foliowego, natomiast jeśli wszystko przebiega bez przeszkód, powstaje kwas glutaminowy i on bezpośrednio przekształca się w alfaketoglutaran.

karnozyna histydyna histamina

urokanian

4 - imidazolono - 5 - propionian

N - formiminoglutaminian

glutaminian

Prolina

Następny aminokwas, najpierw ulega utlenieniu do dehydroproliny, następnie przyłącza cząsteczkę wody, w sposób nieenzymatyczny powstaje semialdehyd kwasu glutaminowego, a ten bez przeszkód przekształca się w kwas glutaminowy, a kwas glutaminowy do alfaketoglutaranu. Natomiast hydroksyprolina nie ulega najpierw przekształceniu w najpierw w prolinę a potem do kwasu glutaminowego, tylko hydroksyprolina poprzez kwas alfa - ketogammahydroksyglutarowy prowadzi do kwasu pirogronowego, czyli hydroksyprolina wchodzi w miejsce pirogronianu. Nie ma takiego enzymu dehydroksylaza hydroksyprolinowa.

ornityna

semialdehyd γ - glutaminowy glutaminian

dehydroprolina prolina

hydroksyprolina

pirogronian kwas alfa - ketogammahydroksyglutarowy glicyna

Arginina

Tu sprawa bardzo prosta bo o tym ostatnio była mowa. Przyjrzyjmy się co ciekawego może powstać z argininy. Ornityna, działa dekarboksylaza ornitynowa, powstaje putrescyna, to jest pierwsza z serii amin biogennych nazywających się poliaminy i następnie mamy dwie reakcje metylacji przy udziale S - adenozynometioniny, przekształcenie putrescyny w spermidynę i przekształcenie spermidyny w sperminę. Wszystkie te trzy aminy biogenne noszą nazwę poliamin i przez swój charakter polikationowy bardzo lubią polianiony a szczególnie kwasy nukleinowe i biorą udział zarówno w organizmach prokariotycznych jak i eukariotycznych na różnych etapach replikacji, transkrypcji, translacji, stabilizacji kwasów nukleinowych, a ich zastosowanie kiedyś podejrzewane diagnostyczne, a obecnie już nikt tak nie uważa to wykrywanie nowotworów, przypuszczało się, że mogą to być markery nowotworowe, więc kom. szybko dzielące się, komórki embrionalne, komórki nowotworowe, cechują się szczególnie dużą syntezą amin biogennych poprzez bardzo wysoką aktywność dekarboksylazy ornitynowej, ale po okresie entuzjazmu się okazało, że jest tyle różnych czynników wpływających na stężenie tychże potencjalnych markerów nowotworowych, że nikt już dzisiaj nie uważa, że poliaminy są markerami nowotworowymi.

mocznik

arginina ornityna

S - adenozylometionina

S - adenozylohomocysteina

kreatyna

kreatynina

Kolejny tor metaboliczny - argininy to udział w syntezie kreatyny, to też musi być znane - miejsce syntez rola poszczególnych koenzymów i w pewnych wybranych tkankach z argininy powstaje tlenek azotu.

Kwas glutaminowy

Jak już wszystko szczęśliwie dojdzie do kwasu glutaminowego to sprawa jest bardzo prosta - reakcja transaminacji, powstaje kwas alfaketoglutarowy, jeśli mamy do czynienia z glutaminą to glutaminaza przekształca glutaminę w kwas glutaminowy. Do czego kwas glutaminowy oprócz wejścia w cykl Krebsa może być wykorzystany? Może przekształcić się w tkankach, które dysponują dekarboksylazą kwasu glutaminowego w GABA, czyli w hamujący neuroprzekaźnik - kwas gammaaminomasłowy, który następnie może się zmetabolizować do bursztynianu i jako bursztynian wejść do cyklu Krebsa, a inna możliwość to synteza glutationu, czyli już poznaliśmy już wszystkie składowe, czyli kwas glutaminowy, cysteinę i glicynę. Następne aminokwasy robią sobie furtkę żeby wejść do przemian na etapie sukcynyloCoA i kogo tutaj znajdujemy ze znajomych, tu mamy walinę, treonina już do tego nie wraca bo to już pokazywałem przy treoninie, przekształcanie w propionyloCoA, następnie w sukcynyloCoA, metionina, izoleucyna.

CYKL KREBSA

GABA alfaketoglutaran

kwas glutaminowy

glutamina glutation

Metionina

Aminokwas egzogenny siarkowy, szczególnie bogato reprezentowany w produktach pochodzenia mięsnego, podlega następującym przemianom: najpierw przy udziale ATP powstaje S - adenozyno metionina, bardzo ważny koenzym, następnie ulega demetylacji i powstaje S - adenozyno homocysteina, następny etap powstaje nam homocysteina, homocysteina to jest wyjątkowe paskudztwo, nie może się gromadzić, musi ulegać dalszym przemianom i są dwa ważne tory metaboliczne: pierwszy tor metaboliczny - mamy tworzyć cysteinę, czyli innymi słowy metionina - siarkowy aminokwas egzogenny, a na końcu toru cysteina, siarkowy aminokwas endogenny z tymi wszystkimi przemianami cysteiny o których już wspominałem. Do tego potrzebny jest bardzo ważny enzym, beta syntaza cystationinowa, on tutaj działa i do przemiany jest potrzebna seryna. Beta syntaza cystationowa, on ma też w literaturze inną nazwę nie preferowaną - hydrataza serynowa, ale to jest to samo. Czyli wchodzi homocysteina, z niej powstaje cysteina, a z seryny powstaje homoseryna i po drodze mamy cystationina. Drugi mechanizm utylizacji homocysteiny to jest metylacja homocysteiny do metioniny, do tego musimy mieć dwie bardzo ważne rzeczy, witaminę B₁₂ i metylenotetrahydrofolian. Tor metaboliczny o znaczeniu pobocznym, mianowicie homocysteina jeśli nie ulegnie przemianie w cysteinę nie będzie ulegała remetylacji do metioniny, ulega przekształcaniu w alfaketomaślan, który podlega dekarboksylacji oksydacyjnej (układ dekarboksylacji oksydacyjnej alfaketokwasu), to jest taka sama reakcja jak przy treoninie i powstaje propionyloCoA, a z niego w dalszych etapach powstaje bursztynyloCoA.

metionina

B₁₂

S - adenozylometionina

metyloB₁₂

S - adenozylohomocysteina

seryna homocysteina alfaketomaślan

STOP !!!

cystationina

homoseryna

Jeszcze raz pokazuję dwa ważne etapy prowadzące do hiperhomocysteinemii z jej wszystkimi konsekwencjami. Beta syntaza cystationinowa i tutaj zaburzenia nie bezpośrednio metylazy, ale reduktazy metylenotetrahydrofolianowej. Jeszcze raz mamy to na obrazku pokazane, czyli donor grupy metylowej, metylotetrahydrofolian, do tego musi być reduktaza, żeby z metyleno zrobiła metylotetrahydrofolian, ten daje grupę metylowa na B­₁₂ i z homocysteiny może remetylować metionina i drugie miejsce syntaza cystationinowa.

THF metionina

S - adenozylometionina

N₅, N₁₀ - metylenoTHF B₁₂

S - adenozylohomocysteina

N₅ - metyloTHF homocysteina

Przyczyny hiperhomocysteinemii:

• Wrodzone defekty enzymatyczne

• Niedobór witamin: kw. foliowy, B₆, B₁₂.

• Przewlekła niewydolność nerek

• Łuszczyca

• Chemioterapia nowotworów

• Niedoczynność tarczycy

Patogeneza:

• Dyslokacja soczewki oka

• Osteoporoza

• Koślawość i szpotawość kolan

• Deformacja klatki piersiowej

• Uszkodzenie naczyń kwionośnych

Kiedy dochodzi do hiperhomocysteinemii? Przede wszystkim w tych dwóch defektach wrodzonych, o których wspominałem, czyli defekt beta syntazy cystationinowej i drugi defekt reduktazy metylenotetrahydrofolianowej, ponieważ w tych przemianach są potrzebne witaminy o których mówiliśmy w zeszłym semestrze, więc proszę sobie odświeżyć wiedzę na temat przemian kwasu foliowego. Kwas foliowy, witamina B₆ potrzebna właśnie dla beta syntazy cystationinowej, witamina B₁₂ żeby grupę metylową zabrała z metylotetrahydrofolianu i przeniosła na homocysteinę, dalej przewlekła niewydolność nerek z powodu niemożności wydalenia homocysteiny do moczu. Dalej łuszczyca w wyniku dużego obrotu komórkowego, to samo chemioterapia nowotworów, które cechują się dużym potencjałem proliferacyjnym, w tych komórkach gdzie jest bardzo duży obrót komórkowy bardzo szybko ulega wykorzystaniu zarówno witamina B₁₂ jak i kwas foliowy i występuje względny niedobór uniemożliwiający prawidłową przemianę homocysteiny, bo pierwotnym zadaniem dla tych witamin jest udział w syntezie nukleotydów, a nie wykorzystanie dla metabolizmu homocysteiny i wreszcie niedoczynność tarczycy, bardzo ważna przyczyna prowadząca do bardzo dużej zapadalności na chorobę niedokrwienną serca i miażdżycę u osób z subkliniczną niedoczynnością tarczycy.

Tak wygląda defekt beta syntazy cystationinowej, czyli gromadzi się homocysteina, seryna, ale z gromadzącą się seryną nie ma żadnego problemu, bo seryna się metabolizuje w dalszym etapie do pirogronianu, w przypadku defektu reduktazy metylenotetrahydrofolianowej, metylenotetrahydrofolian nie przekształca się w metylotetrahydrofolian, a ten nie może następnie przenosić tej grupy metylowej na witaminę B₁₂, to są wszystko bardzo dobrze znane sprawy.

W ostatnich latach pewne szczególne zainteresowanie wzbudza pewien defekt wrodzony reduktazy metylenotetrahydrofolianowej, który określany jest jako C677T, to jest punktacja punktowa, zamiast cytozyny mamy tyminę, a w produkcie białkowym, czyli w białku enzymatycznym występuje walina zamiast alaniny, w rezultacie powstaje enzym termolabilny, który bardo szybko traci swoja aktywność i w rezultacie dochodzi do hiperhomocysteinemii. Jest to interesujące z tego względu, że ta mutacja zachodzi bardzo często, mniej wiece u 10 - 13% razy białej. Wobec tego od dawna trwają prace i zapytania na podstawie badań epidemiologicznych, czy w tych grupach, które cechują się ta mutacją częściej występuje zawał mięśnia sercowego, częściej występuje zawał mięśnia sercowego, częściej występuje choroba niedokrwienna serca, dane są niejednoznaczne. Są dane, które pokazują, że tak istotnie jest, ale też są dane dowodzące czegoś zupełnie odwrotnego. Dlatego do tego trzeba podchodzić z dużą rezerwą. Jak często występuje defekt w postaci homocystynurii? Heterozygota występuje dość często 1 na 200 osób, natomiast choroba ujawnia się w formie homozygotycznej raz na 200 tyś. Poza tymi patologiami o których tu mówię i które maja jakieś znaczenie praktyczne, proszę sobie nie zaśmiecać głowy tym co jest tam napisane w Harperze o różnych objawach chorobowych i różnych innych zaburzeniach przemian aminokwasów, to jest absolutnie niepotrzebne.

Homocysteina - mechanizmy proaterogennego działania:

• Oksydacja cholesterolu i kwasów tłuszczowych

• Tiolacja apoB­₁₀₀

• Działanie cytotoksyczne na śródbłonek

• Zaburzenie aktywacji białka C

• Wzrost ekspresji czynnika tkankowego (TF)

• Obniżenie syntezy prostacykliny, NO

• Wzrost ekspresji czynnika von Willebranda

• Nasilenie adhezji i agregacji płytek krwi

• Wzrost degradacji elastyny

• Pobudzenie proliferacji komórek mięśni gładkich (SMC)

W patogenezie objawów chorobowych bierze się pod uwagę zaburzenia w zakresie aparatu więzadłowego soczewki oka, co prowadzi do ich zwichnięcia, przemieszczenia, przyczyna tego nie jest znana, dochodzi do osteoporozy, czyli do zrzeszotnienia kości, dochodzi do deformacji przede wszystkim kolan i klatki piersiowej co zaburza mechanikę oddychania i prowadzi do częstych infekcji u dzieci, a najważniejsze to co jest przedmiotem dociekań, to jest uszkodzenie naczyń krwionośnych we wszystkich tych przypadkach homocysteinemii, które wcale nie są wrodzone, a które są nabyte w wyniku działalności lekarskich i nielekarskiej. Nie ulega wątpliwości, że hiperhomocysteinemia jest niezależnym czynnikiem ryzyka choroby niedokrwiennej serca, ponieważ choroba niedokrwienna serca rozwija się na podłożu miażdżycy tętnic to powstaje pytanie jaki są związki przyczynowe między hiperhomocysteinemią, a miażdżycą tętnic. One są tutaj wyszczególnione w wyniku metabolizmu homocysteiny powstają reaktywne formy tlenu, które nieuchronnie prowadzą do modyfikacji składników lipidowych. W wyniku oksydacji cholesterolu powstają oksysterole a w wyniku oksydacji kwasów tłuszczowych, nadtlenki kwasów tłuszczowych, które jak są dobre dla naszego organizmu to nie trzeba mówić. W wyniku oksydacji apoB₁₀₀ powstają oksydowane LDL-e, ale to nie jest nic typowego. Typową modyfikacją jest tiolacja, efekt netto jest taki sam, mianowicie makrofagom na równi smakują zarówno tiolowane apoB₁₀₀, jak i acetylowane, oksydowane, makrofagi pod tym względem są wyjątkowo niewybredne. Od badań działania cytotoksycznego na śródbłonek zaczęło się całe zainteresowanie homocysteiną, mianowicie okazało się, że w grupach dzieci z wrodzonym defektem beta syntazy cystationinowej bardzo szybko rozwijają się zakrzepy i te dzieci umierają z powodu zakrzepicy naczyń mózgowych. Czemu dochodzi do tej zakrzepicy? Mianowicie homocysteina w sposób bezpośredni i pośredni uszkadza śródbłonek naczyniowy w efekcie dochodzi do zaburzeń w funkcji antyadhezyjnej śródbłonka i zaczynają przywierać płytki krwi - to jeden mechanizm. Drugi, o tym mówiliśmy już w zeszłym semestrze na temat białek C i S, które są naturalnymi antykoagulantami, inhibitorami krzepnięcia, to są białka modyfikowane przy udziale witaminy K, są przyczepione do śródbłonka i w wyniku działania homocysteiny białko C nie ulega w sposób prawidłowy aktywacji, w zamian tego zostaje przesunięta równowaga na rzecz procesów krzepnięcia poprzez wzrost ekspresji tissues factor, czyli czynnika tkankowego, czyli tromboplastyny tkankowej głównie w komórkach makrofagów obecnych w ścianie naczyniowej, a to bezpośrednio prowadzi do aktywacji układu osoczowego krzepnięcia. Jeśli te, zarówno wolne rodniki, oksysterole, uszkadzające lipoproteiny, to wszystko paskudztwo działa na śródbłonek to śródbłonek ani myśli wydzielać prostacykliny i tlenek azotu, często na to miejsce wydziela więcej tromboksanu A₂ i śródbłonek mówi się w taki sposób naukowy ulega aktywacji. Na powierzchni śródbłonka pojawiają się jak grzyby po deszczu białka adhezyjne, przede wszystkim te które maja w końcówce K, czyli cellular adhesive molecule, ale również ulega adhezji czynnik von Willebranda, który przypominam dla niego ligandem jest glikoproteina płytkowa GP2B3A. W ścianie naczyniowej dochodzi do aktywacji enzymów elastolitycznych i dochodzi do degradacji elastyny, czyli naczynie traci swoje właściwości sprężyste. Następna sprawa to wzrost proliferacji kom. mięśni gładkich, który prowadzi do powstania ogniska miażdżycowego i to są wszystko mechanizmy działania promiażdżycowego.

To jest wszystko teoria bo to wszystko pochodzi głównie z badań na zwierzętach i z obserwacji zmian anatomopatologicznych od osób z hiperhomocysteinemią, ale powstaje pytanie co na to mówią badania epidemiologiczne? A one mówią, że wystarczy nieznacznie podwyższyć stężenie homocysteiny o 5umol/l, normy są różne ale taka która obecnie dominuje to jest 14umol/l, z tych wszystkich badań wynika, że tzw. iloraz szans wystąpienia powikłania jakim jest zawał serca rośnie mniej więcej 2 razy. Czyli to jest bardzo istotny czynnik ryzyka. Osoby z ciężką hiperhomocysteinemią, czyli spowodowaną tymi defektami enzymatycznymi osiągają stężenia homocysteiny powyżej 100umol/l. Badania naukowe mówią, że im wyższe jest stężenie homocysteiny tym perspektywy są mniej świetlane, to są tzw. krzywe przeżywalności Kaplana - Mayera, które mówią jaki odsetek pacjentów przeżywa kolejne lata po zawale serca. Jak koś ma pecha i ma stężenie homocysteiny powyżej 20umol/l to widać, że kostuch ostro działa i te osoby są dosyć szybko wykoszone. Z tego wynika, że są pewne grupy, które z oznaczenia homocysteiny mogą mieć wyraźne korzyści kliniczne. Czy można w jakiś sposób poziom homocysteiny obniżyć? Może jakimś tanim sposobem. Skojarzono sobie, że do metabolizmu homocysteiny potrzebne są witaminy, to zapytano się, jaki jest stężenie poszczególnych witamin u osób z różnymi stężeniami homocysteiny? Okazało się, że taką witaminą, która wyraźnie koreluje z stężeniem homocysteiny jest kwas foliowy i obecnie takim najtańszym, najlepszym i obecnie zalecanym sposobem obniżania podwyższonego stężenia homocysteiny jest podawanie dużych dawek kwasu foliowego, mniejsze znaczenie ma podawanie witaminy B₆ i witaminy B₁₂. Oczywiście chodzi tu o podawanie w sensie terapeutycznym. Wszystkie te witaminy razem muszą być z prawidłowymi składnikami diety i muszą być prawidłowo podawane dla zapobieżenia wzrostowi homocysteiny, a u osób, które np. z przyczyn chorobowych nie są prawidłowo odżywiane te witaminy muszą być podawane jako suplementy witaminowe, zwłaszcza osoby starsze, które nie mają kasy żeby odżywiać się roślinnością i mięsem (takie są realia). Oprócz tego, że jest to istotny czynnik zawału serca to również jest to bardzo silny czynnik ryzyka udaru mózgu, udaru niedokrwiennego w wyniku zakrzepicy. Nie wylewu krwi do mózgu jak to się popularnie mówi, tylko zakrzepicy naczyń mózgowych, im wyższe stężenie homocysteiny tym ryzyko jest większe.

Treonina

Jeszcze raz treonina nam się pokazuje, żeby pokazać drugie jej wejście, przekształcenie w alfaketomaślan i reakcja dekarboksylacji oksydacyjnej, powstał nam propionyloCoA. Kolejne aminokwasy, które kończą żywot na sukcynyloCoA to jest, walina, izoleucyna. Te aminokwasy ze względu na wspólny metabolizm omawia się z leucyną, która co prawda jest aminokwasem ketogenny, ale początkowy etap metabolizmu jest taki sam.

Co to jest za etap metabolizmu? W pierwszym etapie te aminokwasy ulegają reakcjom transaminacji, czyli powstają alfaketokwasy. Reakcją charakterystyczną alfaketokwasów jest dekarboksylacja oksydacyjna, czyli druga reakcja i powstają pochodne CoA i one dalej się tam metabolizują, bez szczegółów do pierwszego terminu, do propionyloCoA.

walina izoleucyna

izomaślan 2 - metylobutyryloCoA

metakryliloCoA 2 - metylokrotonyloCoA

betahydroksyizomaślan 2 - metylo - 3 - hydroksybutyryloCoA

propionyloCoA acetyloCoA

W przypadku gdy występuje defekt dekarboksylacji oksydacyjnej wspomnianych alfa ketokwasów, czyli w reakcji nr 2, dotyczy to waliny, leucyny, izoleucyny, która to leucyna nie jest tu dla porządku pokazana bo w innym miejscu wchodzi do metabolizmu pośredniego, występuje choroba z moczem o zapachu syropu klonowego, ten zapach jest spowodowany gromadzeniem się alfaketokwasów, które są wydalane z moczem, a równocześnie zarówno aminokwasy rozgałęzione, jak i alfaketokwasy kumulują się w organizmie, ich wysokie stężenia stwierdza się w osoczu, przenikają do płynu mózgowo - rdzeniowego i wykazują działanie toksyczne dla neuronów. Istnieje kilka efektów ich działania patogennego, przede wszystkim są to alfaketokwasy to wywołują kwasicę metaboliczną, ona prowadzi do drgawek, do niewydolności oddechowej, czyli zatrucia ośrodka oddechowego. Początkowo w warunkach kwasicy następuje pobudzenie ośrodka oddechowego żeby pozbyć się CO₂, czyli wyrównać stan u chorych, natomiast z czasem dochodzi do niewydolności oddechowej, do śpiączki, do zgonów, a ci którzy maja niepełny blok metaboliczny są osobami upośledzonymi umysłowo. Pełny blok prowadzi nieuchronnie do zgonu krótko po urodzeniu.

Maple Sirup Disease

Patogeneza

Gromadzenie się aminokwasów rozgałęzionych i ich ketokwasów

• Kwasica metaboliczna

• Drgawki

• Niewydolność oddechowa

• Śpiączka

Może także występować tzw. nabyty zespół MSD, mianowicie wtedy kiedy występuje niedobór tiaminy, bo to jest jej udział w katabolizmie aminokwasów rozgałęzionych, jako koenzym dekarboksylacji oksydacyjnej alfaketokwasów, powstałych przez transaminację tychże aminokwasów rozgałęzionych.

Fenyloalanina i tyrozyna

katecholaminy

fenyloalanina tyrozyna DOPA

melaniny

fenylopirogronian parahydroksyfenylopirogronian

inne pochodne homogentyzynian

maleilooctan

fumaryloacetooctan

fumaran acetooctan acetyloCoA + octan

Aminokwasy aromatyczne - fenyloalanina i tyrozyna. One wchodzą do cyklu Krebsa na etapie kwasu fumarowego. Fenyloalanina jest aminokwasem egzogennym, tyrozyna jest aminokwasem endogennym. Kolejny aminokwas, który może wchodzić jako fumaran do cyklu Krebsa, ale częściej wchodzi jako szczawiooctan to jest kwas asparaginowy. Kwas asparaginowy ulega transaminacji i powstaje szczawioctan i to jest bezpośrednio metabolizm cyklu Krebsa, może ulegać kwas asparaginowy dekarboksylacji i powstaje alanina, ona przez transaminację daje kwas pirogronowy i wreszcie w wyniku beta dekarboksylacji kwasu asparaginowego powstaje beta alanina, którą znajdujemy w koenzymie A, a z rzeczy, które trzeba opanować w karnozynie i w anserynie, to są dwupeptydy występujące w mięśniach. Karnozyna jest to połączenie beta alaniny z histydyną, a anseryna to jest dodatkowo metylowana histydyna, anseryna u człowieka nie występuje. Inne przemiany dobrze znane to synteza pirymidyn, udział w cyklu purynowym i w cyklu mocznikowym jako źródło amoniaku. Na tym koniec z aminokwasami glukogennymi, czyli takimi, które dają glukozę w warunkach diabetogennych.

Aminokwasy ketogenne

Zajmijmy się tymi, które kończą żywot na acetoacetyloCoA, czyli jak będą sprzyjające warunki to przekształci się to w acetyloCoA i wejdzie do cyklu Krebsa, ale ponieważ dzieje się to w sytuacjach kiedy nie ma sprzyjających warunków, czyli następuje odłączenie koenzymu A i powstał nam acetooctan, czyli przyrost ciał ketonowych w warunkach ketozy.

Leucyna

Taki sam metabolizm jak waliny i izoleucyny, czyli również jeśli jest tu blok metaboliczny, choroba z moczem o zapachu syropu klonowego, a leucyna prowadzi do acetooctanu. Lizyna w wyniku przemian prowadzi do kwasu glutarowego, a z kwasu glutarowego powstaje acetoacetyloCoA. Lizyna, kwas glutarowy, acetoacetyloCoA i dopiero może nastąpić rozszczepienie na kwas fumarowy. Przypominam, ze aminokwasy fenyloalanina i tyrozyna należą do aminokwasów glukoketogennych, to że są glukogenne zależy od tego, że kwas fumaryloacetooctowy rozszczepia się na kwas fumarowy, czyli metabolizm cyklu Krebsa, a drugi powstający kwas to jest acetooctowy, a ten jak wiadomo wchodzi do tego miejsca gdzie powstają ciała ketonowe.

Hiperfenyloalaninemie

Hiperfenyloalaninemie:

Podział:

• Typ I: klasyczna fenyloketonuria - brak aktywności hydroksylazy FEN

• Typ II: wariant fenyloketonurii - obniżona aktywność hydroksylazy FEN

• Typ III: przejściowa hiperfenyloalaninemia - obniżona akt. hydroksylazy FEN

• Typ IV: brak aktywności reduktazy dihydrobiopteryny

• Typ V: defekt syntezy biopteryny

Powoli dochodzimy do najważniejszego zaburzenia metabolicznego, mianowicie hiperfenyloalaninemii. Hiperfenyloalaninemia spowodowane są defektami układów enzymatycznych, które biorą udział w przemianie fenyloalaniny do tyrozyny. Co to są za układy enzymatyczne? Jest to enzym hydroksylaza fenyloalaninowa, oraz układ enzymów dostarczających kofaktora tej reakcji, mianowicie tetrahydrobiopteryny. Jedne układy enzymatyczne prowadzą do regeneracji tetrahydrobiopteryny, która się zużywa w tej reakcji hydroksylacji i następuje jej redukcja, reduktaza dihydrobiopteryny. Drugie układy enzymatyczne prowadzą do syntezy tetrahydrobiopteryny i one są tutaj pokazane. Z hiperfenyloalaninemią będziemy mieli do czynienia jeśli tu lub tu wystąpi defekt enzymatyczny. Jeśli tu wystąpi defekt enzymatyczny to będzie wyłącznie hiperfenyloalaninemia, jeśli wystąpi tu defekt enzymatyczny lub tu to oprócz zaburzeń w przemianie fenyloalaniny będą inne zaburzenia, których układ tetrahydrobiopteryny jest np. potrzebny do....(mamy sobie przypomnieć)... i tak nam powstała hiperfenyloalaninemia.

transaminacja

fenyloalanina fenylopirogronian

hydroksylaza fenyloalaniny

tyrozyna

fumaran + acetooctan

Jak dzielimy hiperfenyloalaninemie? Dzielimy wg nowych podziałów na pięć typów, a nie tak jak jest w Harperze siedem.

Pierwsza (najważniejsza) - klasyczna fenyloketonuria, czyli hiperfenyloalaninemia typ 1. Cechuje się absolutnym brakiem, aktywność równa 0, hydroksylazy fenyloalaninowej, czyli tego enzymu, który jest enzymem przeprowadzającym fenyloalaninę w tyrozynę, w tym drugim nosi wariant fenyloketonurii, to jest sytuacja kiedy aktywność enzymu jest, ale jest niska. Osoby z tym typem zaburzenia cechują się lżejszą postacią fenyloketonurii, stężenia fenyloalaniny nie są tak duże jak u osób z typem 1. U osoby zdrowej stężenie fenyloalaniny wynosi około 2mg%, u osób z typem 1 przekracza 20mg%, natomiast w typie drugim z reguły nie przekracza 8 - 10mg%. Odróżnia się jeszcze typ 3, tzw. typ przejściowej hiperfenyloalaninemii, który wynika stąd, że enzym jest, tylko noworodek przyszedł wcześniej niż ten enzym przyszedł na świat i musi się ten enzym wybudzić z letargu i wtedy podejmuje swoja pracę i po kilku, kilkunastu tygodniach się okazuje, że poziom fenyloalaniny ulega normalizacji. Dwa pozostałe typy hiperfenyloalaninemii, nie nazywamy fenyloketonurią i nie są one spowodowane defektem hydroksylazy, one są spowodowane enzymów, albo regenerujących układ tetrahydrobiopteryny, albo spowodowane są defektem enzymów syntetyzujących układ tetrahydrobiopteryny. Te defekty na szczęście występują rzadko, oczywiście w Polsce też występują są diagnozowane przez poradnię chorób metabolicznych i zdrowia dziecka w Warszawie. Bowiem rutynowy sposób postępowania w fenyloketonurii, w tych przypadkach niestety zawodzi i to są zmiany nieodwracalne, tego nie da się w sposób skuteczny leczyć, w przeciwieństwie do fenyloketonurii. W warunkach metabolicznych tor metaboliczny przebiega w ten sposób, czyli z fenyloalaniny powstaje pod wpływem hydroksylazy fenyloalaninowej tyrozyna i dalej podlega ona różnym torom metabolicznym, albo katabolizmowi, a częściej syntezą, które są już wam znane. Jeśli wystąpi defekt hydroksylazy fenyloalaninowej, czyli mamy do czynienia z fenyloketonurią, początkowo gromadzi się fenyloalanina, która przenikając do OUN wywiera swoje działanie toksyczne i odpowiada za obraz kliniczny fenyloketonurii. Mniej więcej w trzecim, czwartym miesiącu życia dochodzi do uaktywnienia toru metabolicznego, który u normalnego dorosłego człowieka, zdrowego bez fenyloketonurii jest formą nieaktywną. Jest to tor metaboliczny prowadzący do transaminacji fenyloalaniny do kwasu pirogronowego. Następnie kwas fenylopirogronowy może przekształcić się do kwasu fenylooctowego, lub do kwasu fenylomlekowego, te trzy kwasy odpowiadają za zaburzenia metaboliczne występujące w fenyloketonurii, a ponadto ulegają wydaleniu z moczem. Przypominam, że jest to trzeci, czwarty miesiąc życia. W Harperze można przeczytać, że rozpoznaje się fenyloketonurię na podstawie oznaczenia tych kwasów, jak to usłyszę na egzaminie to w tym momencie egzamin się kończy.

Patogeneza:

• Gromadzenie fenyloalaniny

• Hamowanie syntezy mieliny, noradrenaliny, serotoniny

• Hamowanie syntezy melaniny

• Wydalanie metabolitów fenyloalaniny

• Objawy neuropsychiczne

• Niedorozwój umysłowy IQ<20

• Nadpobudliwość

• Drgawki

• Objawy skórne

• Jasna karnacja

• Zmiany wypryskowe

Patogeneza - gromadząca się fenyloalanina przenikając do OUN zaburza transport dokomórkowy aminokwasów, cholesterolu, glukozy, ponadto ma bezpośrednie działanie hamujące w zakresie syntezy mieliny, neuroprzekaźników, a ponadto hamuje syntezę melanin i te osoby cechują się jasną karnacją w skutek defektów w syntezie melanin, nie dlatego, że nie ma tyrozyny w skutek braku przekształcania fenyloalaninę w tyrozynę, bo tyrozyny mamy pod dostatkiem w diecie dostarczanej, defekt spowodowany jest bezpośrednim działaniem hamującym fenyloalaniny na tor metabolizmu melanin. Dalsze spowodowane są wydalaniem metabolitów fenyloalaniny, czyli wspomnianych kwasów, fenylomlekowego, octowego i pirogronowego z moczem. Dającym charakterystyczną tzw. mysią woń moczu. Nierozpoznana fenyloketonuria prowadzi do upośledzenia umysłowego, nie do śmierci. Takie osoby zapełniają domy pomocy społecznej. Z reguły ich iloraz inteligencji nie przekracza 20, osoby te są nadpobudliwe, mogą mieć drgawki w wyniku działania tychże kwasów i fenyloalaniny na OUN, cechują się jasną karnacją skóry, mogą występować zmiany wypryskowe i zmiany kostne. Choroba jest częsta. Z pośród wszystkich hiperfenyloalaninemii: 1, 2, 3 to jest 97%, spośród nich najczęstszy jest typ 1. Typ 4 i 5 występuje na szczęście rzadko. Z populacji europejskiej wśród białych amerykanów częstość występowania choroby jest raz na 10 tyś. Mieszkańców. Najwyższa zapadalność w Europie jest w Irlandii 1 : 5 tyś., najniższa w Szwajcarii 1 : 16 tyś., w Polsce 1 : 10 tyś. Z tego wynika, że na 500 tyś urodzeń, co roku odnotowuje się 40 - 50 nowych przypadków fenyloketonurii. Ponieważ tą chorobę można leczyć poprzez wyeliminowanie z diety fenyloalaniny, stąd jest to choroba poddana na całym świecie diagnostyce screeningowej, tzn. każdy noworodek po urodzeniu musi mieć wykonane testy w kierunku fenyloketonurii. Również zastraszająco częsta jest częstość występowania heterozygot, gdzie w populacji białych amerykanów wynosi 2% populacji. Choroba ujawnia się w formie homozygotycznej.

Diagnostyka laboratoryjna:

Screening

• Test Guthrie'go

• Metody fluorymetryczne

• Metody enzymatyczne

Test Guthrie'go:

• Po 48 godzinach podawania pokarmu zawierającego białko

• Wynik fałszywie ujemny - antybiotyki

• Wynik fałszywie dodatni - u niedojrzałych noworodków

• Hodowla Bacillus Subtilis na agarze

• Inhibitor wzrostu: betatioenyloalanina

• Podwyższone stężenie Fen przełamuje inhibicję

• Potwierdzenie diagnozy

• GM/CS

• Monitorowanie leczenia

• Wykrywanie kwasu fenylopirogronowego

• Ilościowe oznaczanie fenyloalaniny

• Diagnostyka prenatalna

• Analiza DNA

W jaki sposób prowadzi się diagnostykę laboratoryjną? Zajmijmy się tym podstawowym badaniem, czyli badaniem screeningowym. Jest to badanie podstawowe na całym świecie od roku 1961 - test Guthrie'go. Guthrie był amerykańskim biochemikiem, któremu przyszło na świat dziecko z fenyloketonurią i postanowił wymyślić test, który byłby przydatny do rozpoznawania tej patologii. W niektórych krajach, głównie w Ameryce test Guthrie'go zaczyna być wypierany przez metody fluorescencyjne, gdzie przeprowadza się reakcję swoistą (tzn. to nie jest reakcja swoista, bo to jest reakcja ninhydrynowa, zwykła dla wykrywania aminokwasów, ale tak dobiera się warunki reakcji i tak dobiera się fale światła, która wywołuje emisje fluorescencji, ze fluorescencja jest swoista dla fenyloalaniny) i wchodzą też, ale mało rozpowszechnione metody enzymatyczne stwierdzania podwyższonego stężenia fenyloalaniny. Tak wygląda bibułka, którą zobaczycie państwo na ćwiczeniach, w którą wyposażony jest w Polsce każdy oddział położniczy, na którą to bibułkę nanoszona jest na pola oznaczone w kółkach krew dziecka. Badanie może być wykonane nie wcześniej niż 48 h po podaniu pierwszego pokarmu białkowego, bo jeśli dziecko jest w złym stanie ogólnym, ma niski Apgar i jest żywione np. dożylnie glukozą, to nawet jeśli ma fenyloketonurię to ona się nie ujawni, bo w glukozie nie jest zawarta fenyloalanina. Następnie taką bibułkę wraz z bardzo dokładnymi danymi jest wysyłana do ośrodka zajmującego się diagnostyką. Kiedy będzie wynik fałszywie ujemny, czyli osoba ma fenyloketonurię, ale nie jest ona wykryta? Albo zbyt szybko została ta krew pobrana, albo dziecko się nie nadawało do pobrania krwi bo było w złym stanie ogólnym, lub stosowano antybiotyki, a to wynika z zasady testu o czym za chwilę. Natomiast wynik fałszywie dodatni występuje w typie trzecim hioperfenyloalaninemii, kiedy noworodek był mało dojrzały i wykryto, że on ma hiperfenyloalaninemię, a on ma ja tylko przejściowo. Próbka wysyłana jest do laboratorium, w laboratorium na agarze hodowana jest bakteria - Laseczka Sienna (Bacillus Subtilis). Po to żeby ta bakteria nie rosła do pożywki dodany jest inhibitor - betatioenyloalanina i jeśli stężenie we krwi dziecka jest prawidłowe, bakteria nie rośnie, jeśli stężenie fenyloalaniny jest duże następuje odblokowanie, czyli złamanie tej inhibicji, bo jest to inhibicja kompetencyjna, bo inaczej nie dało by się jej złamać i następuje wzrost bakterii, czyli widać kolonie bakteryjną, do tego nie trzeba mikroskopu używać. Wtedy rodzice takiego dziecka są powiadamiani, szybko takie dziecko zgłasza się do ośrodka i są wykonywane dalsze bardzo szczegółowe badania, z tego wynika podstawowa zasada na całe życie, że test screeningowy ma być bardzo czuły, ale nie musi być swoisty, bo nawet jak znajda dziecko, które nie ma fenyloketonurii i powiedzą że ma fenyloketonurię, to przy następnych badaniach to dziecko zostanie wykluczone. Gdyby test miał małą czułość, a wysoką swoistość to u dużej ilości dzieci z fenyloketonurią nic ten test by nie wykrył. Dalej po wezwaniu takiego dziecka i pobraniu krwi, wykonuje się ilościowe oznaczenie fenyloalaniny, najczęściej metodą chromatografii gazowej ze spektometrią masową, bo nie tylko trzeba wykryć, ale oznaczyć ilościowo stężenie fenyloalaniny. W momencie ustalenia rozpoznania u dziecka do mniej więcej 7 - go roku życia, czyli tak długo jak kształtuje się OUN podaje się dietę z wyeliminowaniem fenyloalaniny, są takie gotowe preparaty w aptece, bezpłatne dla tych dzieci. Dziecko takie może nie będzie noblistą, ale będzie normalnym człowiekiem z prawidłowym ilorazem inteligencji bez tych wszystkich objawów o których tu mówiłem. Po to żeby stwierdzić, czy aby rodzice stosują aby tą dietę, okresowo przy wizytach kontrolnych pediatra może zlecić oznaczenie kwasu pirogronowego w moczu, przypominam jest to droga boczna. Jeśli fenyloalanina jest dostarczana to ten kwas można wykryć w moczu i to jest jedyne zastosowanie tego oznaczenia, proszę przypadkiem nie powiedzieć, że służy to do diagnostyki fenyloketonurii. Bo jeśli w czwartym miesiącu życia u kogoś zdiagnozujemy fenyloketonurię to będzie miał IQ = 35, nie 20. W rodzinach w których wystąpiła fenyloketonuria konieczne jest przeprowadzenie diagnostyki prenatalnej, poprzez analizę DNA płodu. Test Guthrie'go jest niezwykle prosty, tani, skuteczny i wspaniały i dlatego znalazł również zastosowanie w diagnostyce innych chorób metabolicznych dotyczących przemiany aminokwasów, których różnica polega jedynie na tym, ze inny inhibitor jest dodany, który jak łatwo zgadnąć musi być podobny do aminokwasu, którego nadmiar chcemy wykryć i tak znalazło zastosowanie używanie tego testu w diagnostyce Maple Sirup Disease, homocystynurii, tyrozynemii i hiperlizynemii, gdzie odpowiednie analogi tych aminokwasów zostają w tym teście wykorzystane. Ponieważ te defekty enzymatyczne występują relatywnie rzadko dlatego też nie jest to badanie screeningowe, nie wykonuje się tego jako screeningu. Jedynym screeningiem jest wykonanie tego badania na fenyloketonurię. Ktoś mógłby zadać pytanie skoro jest tak dobrze to dlaczego jest tak źle, czemu skoro jest taka wspaniała diagnostyka to dlaczego są przypadki fenyloketonurii? Za to odpowiadają błędy organizacyjne, często jest tak duży ruch na porodówkach, albo tak mama prosi, że chciała by już z dzidziusiem następnego dnia pójść do domu, że zostaje stamtąd wypisana, lub wysłana do położnej, która ukłuje ją w piętę, albo w coś innego, a niektóre matki nie chciały by żeby ich dzieci były kłute i nie idzie na to badanie i może mieć akurat pecha, że jej dziecko ma akurat fenyloketonurię. Test Guthrie'go - tak ta diagnostyka na całym świecie wygląda.

Alkaptonuria

Patogeneza:

• Gromadzenie kwasu homogentyzynowego

• Wiązanie się z kolagenem w chrząstce

• Odkładanie się w chrząstkach międzykręgowych

• Zapalenie stawów

• Hiperpigmentacja chrząstki

• Wydalanie się kwasu homogentyzynowego z moczem

• Charakterystyczna barwa moczu

Drugi defekt obejmuje defekt wzoru tyrozyny i to jest alkaptonuria. Defekt ten polega na braku oksygenazy, lub jak kto woli oksydazy homogentyzynianowej, w rezultacie nie powstaje kwas maleinoacetooctowy, ale z tym nie ma żadnej tragedii, że on nie powstaje bo on nie jest specjalnie do niczego potrzebny, natomiast gorsza sytuacja, że gromadzi się kwas homogentyzynowy. Kwas ten wykazuje szczególną predylekcję do tkanek bradytroficznych, czyli słabo unaczynionych i przez to słabo poddanych perfuzji tkankowej i w tych, że tkankach szczególnie lubi przytulić się do kolagenu, to szczególnie są chrząstki, szczególnie chrząstki stawowe, a szczególnie krążek międzykręgowy, więzadła kręgosłupa przednie, następnie chrząstki małżowiny usznej i z czasem gromadzący się kwas homogentyzynowy jako ciało obce wywołuje odczyn zapalny. Takie osoby przypominają jako żywo taka chorobę idiopatyczną, czyli samoistną, która nazywa się zesztywnienie stawów kręgosłupa, czyli choroba Bechterewa, to są osoby z tak usztywnionym kręgosłupem, że jak ktoś ich woła na ulicy to nie odwracają głowy tylko cali się odwracają. Te osoby szukają pomocy reumatologa, mają bardzo charakterystyczne przebarwienie białkówki, taki złogi brunatno - rdzawe. Na trop, że może to być alkaptonuria naprowadza wydalanie moczu, który to po oddaniu na powietrze utlenia się i przyjmuje ciemnobrunatną barwę, natomiast to nie jest istota choroby, więc proszę nie mówić, że istotą choroby jest sikanie na kolor brunatny. Istotą jest zapalenie stawów w odczynie na gromadzący się alkapton, czyli kwas homogentyzynowy. Każdy w szkole średniej o tej chorobie usłyszał - taki klasyczny przykład jeden gen - jeden enzym, taka chorobę opisał Garot pod koniec ubiegłego stulecia. Przypominam, ze do kolokwium obowiązuje biosynteza amin katecholowych i melanin, obowiązuje biosynteza hormonów tarczycy i katabolizm amin katecholowych, wraz z interpretacja wydalania tychże metabolitów z moczem, czyli kwasu wanilinomigdałowego i homowanilinowego.

Kolejnym defektem, rzadko występującym, a przede wszystkim nie prowadzącym do żadnych poważnych następstw, poza tym, że za bardzo nie można się opalać, ale to nie jest w modzie w tej chwili, to jest defekt polegający na niezdolności syntezy melanin, czyli albinizm, który może przyjmować skórną, oczną, ale to nie jest nic ciekawego.

Tryptofan

Jeszcze przyjrzeć się należy tym aminokwasom, które kończą swój żywot na acetyloCoA, bo tamte kończyły na acetoacetyloCoA, jest to mianowicie tryptofan. Najważniejszy punkt w tryptofanie to jest działanie oksydazy tryptofanowej, jest on indukowalnym wewnętrznym aktywatorem, podobnie jak ATC-aza, kolejny enzym w kompleksie MEpyr_1-3, czyli karbamoilotransferaza asparaginianowa, powstaje formylokinurenina, następnie działa enzym formamidaza, powstaje kinurenina i następnie powstaje 3 - hydroksykinurenina, a na obydwa te metabolity działa enzym kinureninaza, jest to enzym, który do swojej aktywności wymaga fosforanu pirydoksalu i w przypadku niedoboru tej witaminy tor zbacza i wydziela nam się z moczem kwas ksanturenowy, ale to już było omawiane w zeszłym semestrze, należy się tego nauczyć, również należy się nauczyć powstawania kwasu nikotynowego i jego amidu, czyli rola tryptofanu w biosyntezie witaminy PP, następnie kwasu pikolinowego - jego rola we wchłanianiu cynku, oraz tytułem przypomnienia rola tryptofanu w metabolizmie serotoniny, metabolit serotoniny w srebrzaku - kwas 5 - hydroksyindolooctowy i dalej przemiana w szyszynce tryptofanu poprzez metylację, acetylację do melatoniny i funkcja melatoniny.

serotonina

tryptofan 5 - hydroksytryptofan

alanina

antranilan formylokinurenina

kinurenina

3 - hydroksykinurenina ksantureninian

alanina

3 - hydroksyantranilan

noradrenalina glutaryloCoA acetyloCoA

27

alanina cysteina glicyna seryna treonina

asparagina

asparaginian

leucyna

lizyna

fenyloalanina

tryptofan

tyrozyna

izoleucyna

leucyna

tryptofan

fenyloalanina

tyronina

asparaginian

asparagina

glutaminian

arginina

glutamina

histydyna

prolina

kreatyna

puryny

glikokonjugaty

porfiryny

CO₂

THF

N₅formiminoTHF

putrescyna + CO₂

glutaminian

glicyna

bursztynian

cysteina

CO₂

propionyloCoA

CO₂

Kinureninaza, PLP

---