WYKLAD 1

Biochemia=bios-życie+chemia

Nauka badająca skład chemiczny organizmów żywych oraz zachodzące w nich procesy metaboliczne(anaboliczne i kataboliczne) oraz regulacje tych przemian, utrzymujące homeostazę ustrojową zarówno w dojrzałych organizmach, jak i podczas całego rozwoju embrionalnego.

Prawa biochemii:

1.Na przemiany biochemiczne. Składają się wszystkie reakcje zachodzące w żywych układach

2 Żywym układem jest zarówno komórka jak i cały organizm

3. Każdy układ żywy jest utworzony przez zespół niemal identycznych elementów składowych -cząsteczek organicznych i nieorganicznych

4.Układy żywe podlegają prawom chemii i fizyki

5. Reakcje biochemiczne są katalizowane przez enzymy

6. Enzymy to białka katalityczne

6.1 Rybozymy są RNA katalitycznymi

7.Słońce-podstawowe źródło energii dla życia na Ziemi

8.Procesy biochemiczne są kontynuowane z uwolnieniem energii

9.ATP jest wspólną walutą energii, wymienialną we wszystkich formach życia

10.W metabolizmie tlen organiczny

11.Siła protonomotoryczna dostarcza energii do syntezy ATP w:

a)oksydacyjnej fosforylacji u tlenowców

b)fosforylacji fotosyntetycznej u org. fotosyntetyzujących

12.Hydroliza ATP dostarcza energii dla utrzymania gradientów. Gradienty jonowe dostarczają energii dla transportu metabolitów

13. NADH jest nośnikiem H2 (protonów i elektronów) w większości procesów katabolicznych NADPH jest nośnikiem wodoru lub reduktorem w większości procesów anabolicznych

14.Aktywne monomery są prekursorami dla reakcji kondensacji i polimeryzacji

15.Reakcje kondensacji i polimeryzacji generują pirofosforany nieorganiczne, których następcza hydroliza katalizowana przez pirofosfatazy służy podtrzymaniu kierunków tych reakcji biochemicznych aż do ich zakończenia-dlatego powstaje ATP z 2 wysokoenergetycznymi wiązaniami

16.Struktura 1-rzędowa białek rządzi 2- i 3-rzędową

17.Biocząsteczki, które oddziałują interaktywnie ze sobą mają uzupełniającą się strukturę(teoria zamka i klucza)

18. Enzymy mogą być regulowane przez czynniki niekowalencyjne lub allosteryczne oraz przez modyfikacje kowalencyjne np. fosforylacja

19. Regulacje metabolizmu i cząsteczki o aktywności regulacyjnej (np. efektory allosteryczne) postępują szablonowo w sensie fizjologicznym i stanowią molekularną logikę komórki

20. Różne formy życia nieustannie ewoluują do nieznacznie różniących się form, barziej skutecznie zaadaptowanych do rozmnażania

21.DNA-cząsteczka dziedziczności

22.U niektórych wirusów RNA cząst. Dziedziczności

23.DNA-antyrównoległa, podwójna helisa ze sparowanymi zasadami

24.Biosynteza DNA-semikonserwatywna

25.Przepływ informacji we wszystkich podstawowych schematach żywych org. jest z DNA do RNA, z RNA na białko (z pokolenia na pokolenie)

26.U niektórych wirusów z RNA do DNA

27.Kod genetyczny trójkowy i odczyt z mRNA 5'do 3'

28.Kod genetyczny jest uniwersalny

29.Komplementarne parowanie zasad nukleotydów jest antyrównoległe

30.Reakcje wydłużania kw. nukleinowych zachodzą zawsze w kierunku 5'-3'

31.Reakcje wydłużania aminokwasów w syntezie białka zachodzi zawsze od końca aminowego do karboksylowego

32.Geny eukariota są nieciągłe (przerywane)

33.Sekwencje intronowe w RNA są usuwane w reakcji składania eksonów (splicing)

WYKŁAD 2

SYGNALIZACJA MIĘDZYKOMÓRKOWA. WYKORZYSTYWANIE ENERGII ATP

HORMONY-biologicznie czynne, aktywne przekaźniki chemiczne uczestniczące w sygnalizacji miedzykomórkowej

· regulują metabolizm, wzrost, reprodukcję

·wytwarzane i wydzielane przez: -gruczoły wewnątrzwydzielnicze (hormony klasyczne)

-komórki neurosekrecyjne (neurohormony)

-wyspecjalizowane komórki obecne w tkankach

niegruczołowych

Klasyczne gruczoły (endokrynne) są uwalniane do układu krążenia dzięki czemu docieraja do poszczególnych komórek w organizmie. Hormon po dotarciu do powierzchni komórki staje się informacją- sygnałem . może być odebrany, przetworzony, po czym komórka inicjuje kaskady reakcji enzymatycznych:

wiązanie liganda aktywacja receptora transdukcja sygnału aktywacja efektora osłabienie sygnału

dwa pierwsze etapy różnią się dla rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie hormonów

Szlak wewnątrzkomórkowy podąża podobnie w większości komórek i często korzysta z tych samych kaskad enzymatycznych bez względu na typ cząsteczki sygnałowej

Rodzaje przekazywania hormonów przez komórki:

·autokrynia- działa na tę samą komórkę przez którą jest wydzielany

·parakrynia- działa na komórkę leżącą w pobliżu

·endokrynia- działa na komórkę oddaloną od siebie

·justykrynia- adhezja komórek

Kanały jonowe są otwierane po związaniu liganda np. neuroprzekaźnika lub hormonu.

Transdukcja sygnału hormonalnego i efekt biologiczny wymagają:

1. Aktywacji receptora

2. Białka G- wykazują aktywność GTPazową, znaczenie w pośrednictwie między efektorem a receptorem

3. Efektora

4. Wtórnych przekaźników (aktywacja kinaz- uczestniczą w fosforylacji)

5. Specyficznych kinaz białkowych

6. Fosforylacji- defosforylacji

7. Odpowiedzi komórkowej

Białka G są przełącznikami cząsteczek efektorowych

Są trimerami (podjednostki α -zawiera GDP, β γ ) po kilku sekundach podjednostka α inaktywuje się- wymienia GTP na GDP i łączy się z kompleksem βγ. Białko G dysocjuje. Dopóki ligand jest w receptorze cykl może się powtarzać.

Występują 2 grupy cyklaz: jedna do aktywacji wymaga kalmoduliny (białka wiążącego wapń), druga nie.

Współdziałanie podobnych enzymów z receptorem inhibitorowym (wiążącym np. adrenalinę, somatostatynę, prostaglandyny) białka G prowadzi do zahamowania cyklazy adenylowej i spadku stężenia cAMP

Hormon pobudzający- adrenalina( receptorβ)

Hormon hamujący- adrenalina (receptor α2)

Cząsteczki informatorów 2 rzędu (wtórne przekaźniki) wszystkie poza Ca są wytwarzane przez efektory. Wzmacniają sygnał inicjowany przez aktywację receptora hormonem, są zwykle aktywne przez krótki czas, są inaktywowane przez swoiste mechanizmy. Wtórne przekaźniki odgrywają rolę w sygnalizacji i wymianie informacji Są to: cAMP, cGMP, 1,4,5-trifosforan, diacyloglicerol-DAG, jony wapnia

cAMP

-wtórny przekaźnik w szlaku sygnalizacji komórkowej

-stężenie cAMP w komórce szybko wzrasta w regulacji pozytywnej a maleje w regulacji negatywnej

-powstaje z ATP (udział cyklazy adenylowej błony komórkowej) a rozkładany jest przez aktywną fosfodiestrazę

Rola cAMP:

-regulacyjna

-katalityczna

-aktywuje fosfotransferazy

Toksyny krztuśca i cholery działają na poziomie białka G

Toksyna cholery- kowalencyjna modyfikacja białka Gs (hamuje powrót białka G w stan nieaktywny)

Toksyna krztuśca- kowalencyjna modyfikacja białka Gi

Gs- stymulacja cyklazy adenylanowej

Gi- hamowanie cyklazy adenylanowej

IP3 i DAG

-Powstają z prekursorowej cząsteczki i fosfatydyloinozytolu

-Przekształcane w wyniku oddziaływań hormonów z receptorami do PIP i PIP2

-Hydroliza PIP2 przez fosfolipazę C dostarcza DAG i IP3

-DAG pozostaje w błonie i aktywuje kinazę białkową C

-IP3 rozpuszcza się w wodzie, przechodzi do cytoplazmy, wiąże się z receptorem RI w błonie ER, aktywuje uwalnianie Ca2+ do cytoplazmy, wapń aktywuje receptory RR, które po aktywacji powodują dalsze uwalnianie Ca2+ z siateczki -narastająca fala wapniowa- wygasa gdy zapasy Ca wyczerpią się

Wapń

Wtórny przekaźnik, aktywator kinaz dzięki bezpośredniemu wiązaniu ze swoistymi miejscami w kinazach, a wiążąc się z wyspecjalizowanymi białkami np. kalmoduliną reguluje aktywność kinazy

Stężenie Ca w cytoplazmie jest na niskim poziomie(10 -7mol/l)

Przykład szlaku sygnalizacyjnego Ca w komórkach nerwowych gdzie depolaryzacja błony powoduje napływ Ca2+ do kolbki presynaptycznej inicjuje wydzielanie neurotransmiterów do szczeliny synaptycznej

W komórce szlak sygnalizacji Ca pojawia się dzięki sygnałowi generowanemu na powierzchni komórki

Kompleks hormon- receptor nie oddziałuje bezpośrednio na efektor- cyklazę adenylanową, cGMP

Białka G bezpośrednio kontrolują aktywność efektorów. Składają się z 3 podjednostek αβγ i GDP- brak hormonu w receptorze. Podjednostka Gs-GDP nie jest zdolna do aktywacji cyklazy

αGs-GTP ma aktywność GTPazową, hydrolizuje GTP do GDP - powrót do formy nieaktywnej

Hormony działajace przez kinazy tyrozynowe - np. insulina. O wrażliwości komórki na insulinę decyduje obecność receptorów na jej powierzchni (liczba receptorów jest obniżona i funkcja upośledzona w cukrzycy typu 3- odporna na insulinę) Receptor insuliny- tetramer-2α2β

Podjednostki α- od strony zewn. błony komórkowej, tworzą miejsce wiązania insuliny

Podjednostki β- są zależną od insuliny kinazą tyrozynową

GLUT4- nośnik glukozy do wnętrza komórki, zależny od insuliny w tkance tłuszczowej i mięśniowej

GLUT1-3- niezależne od insuliny, rezydują w błonie komórkowej innych tkanek na stałe

WYKŁAD 3

METABOLIZM-UTLENIANIE I GENEROWANIE ENERGII

METABOLIZM- przemiana materii, suma wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w komórkach organizmu

KATABOLIZM- grupa procesów i ciągów reakcji prowadzących do rozpadu- dostarczają energię

ANABOLIZM- szlaki metaboliczne prowadzące do syntezy większych cząstek z mniejszych- pochłaniają energię

Strategia metabolizmu sprowadza się do:

· Syntezy ATP i wytwarzania potencjału redukcyjnego (NADPH+H+)

· Syntezy elementów budulcowych do różnego rodzaju biosyntez

ATP nie jest trwały, ma bogate energetycznie wiązania bezwodnikowe, uwalnia energię- ok.27kJ

Fosfokreatyna- wyższy zapas łatwo dostępnej energii, rozpada się na kreatynę (zostaje uwolniony pirofosforan)

Reakcje kataboliczne:

białka wielocukry tłuszcze

aminokwasy cukry proste kw. tłuszcz., glicerol

NH3 glukoza CO2

H2O

produkty zbędne

W reakcjach katabolicznych zachodzi degeneracja żywności i biochemiczna produkcja energii

Ostatecznymi produktami katabolizmu są: CO2, H2O, ATP

ATP - uniwersalnym nośnikiem energii o wysokim potencjale przenoszenia fosforanów, co jest wykorzystane jako źródło energii podczas skurczu mięśni, aktywnym transporcie, wzmacnianiu sygnałów, biosyntezach

Hydroliza ATP powoduje wzrost stosunku stężenia produktów do substratów ok. 100mln razy, reakcje termodynamicznie niekorzystne ulegają przekształceniu w korzystne

ATP wytwarza w utlenianiu glukozę, kw. tłuszcz. i aminokwasy w wyniku fosforylacji wymagającej O2

Fosforylacja substratowa też dostarcza energię (nawet w warunkach beztlenowych). Intermediatem jest acetylo-CoA

Jednostka acetylowa ulega utlenieniu do CO2 w cyklu Crebsa i tworzy się równoważnik redukcyjny NADH2 i FADH2

CYKL CREBSA

Odpowiada za 2/3 całkowitego utleniania związków węgla

CO2 otrzymany z grupy acetylowej i atomów O2 pochodzacych z H2O jest wydalany jako produkt zbędny NADH+H+ i FADH2 przekazują protony i elektrony na łańcuch oddechowy

Energia zmagazynowana w wysokoenergetycznych elektronach NADH+H+ i FADH2 wykorzystywana jest do syntezy ATP z ADP podczas fosforylacji oksydacyjnej, która może funkcjonować tylko w warunkach tlenowych

Istotą cyklu Crebsa jest dostarczenie równoważników transportujących wysokoenergetyczne elektrony na tlen, powstaje 1cz GTP oraz ATP. Służy generowaniu ATP dzięki dostarczaniu NADH+H+ i FADH2, dostarcza intermediatów do biosyntez

Lokalizacja cyklu Crebsa -matrix mitochondrialne, łańcuch oddechowy- wewn. błona mitohondrium

Do wnętrza mitochondrium musi być dostarczony tlen- ostatni akceptor elektronów

ŁAŃCUCH ODDECHOWY

Przenośnikiem jest NADH, zachodzi zmiana energii swobodnej, potencjał redoks substancji jest miarą jej powinowactwa do elektronów. Różnica potencjałów wynosi 1140mV. W normalnych warunkach transport elektronów z NADH+H+ do O2 jest bardzo korzystny G= -109kJ/mol

Występują 4 kompleksy enzymatyczne:

1. dehydrogenaza NADH FMN Fe-S ubichinon

2. bursztynian [ FAD Fe-S ] ubichinon

dehydrogenaza bursztynianowa

3. koenzym Q cytochrom c / reduktaza UQ-cyt c1

4. oksydaza cytochromowa

1,3,4- są pompami protonowymi

2- nie jest

Transport elektronów powoduje powstanie gradientu protonowego. Całkowity gadient składa się z dużej siły wynikającej z potencjału błonowego, mniejszej siły wynikającej z gradientu stężenia H+. Obie siły tworzą całkowitą siłę protonomotoryczną -wywiera presję na powrót H+. Wykorzystanie gradientu protonowego do syntezy ATP umożliwia syntaza w błonie. Enzym tworzy hydrofilową drogę w poprzek wewn. błony, pozwala na przepływ protonów- są one użyte do niekorzystnej reakcji między ADP i Pi dostarczając ATP

Transportowi 2 elektronów do łańcucha oddechowego przez NADH2 towarzyszy powstanie 3cz. ATP, a przez FADH2 2cz. Syntaza ATP może syntetyzować ATP wykorzystując gradient H+ i pompować protony wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Kierunek działania zależy od wielkości elektrochem. gradientu protonowego. Regulacja szybkości fosforylacji oksydacyjnej przez poziom ADP nazywa się kontrolą oddechową.

Wydajność przekształcania energii utleniania w wysokoenergetyczne wiązania ATP jest rzędu 40%. Wydajne wykorzystanie energii swobodnej oddychania jest możliwe tylko w małych porcjach, dlatego w skład szlaków utleniania wchodzi tyle intermediatów

Bilans: 3NADH+H+ 3*3=9ATP

1FADH2 1*1=2ATP

1GTP 1ATP

=10ATP

Inhibitory transportu elektronów:

· rotenon, amytal, amobarbital - hamują transport w kompleksie 1 uniemożliwiając wykorzystanie NADH+H+ jako substratu

· karboksyna - uniemożliwia wykorzystanie FADH2 z dehydrogenazy bursztynianowej

· antymycyna A - hamuje przepływ w oksydazie cytochromowej

*cyjanek i azydek - reagują z formą żelazową hemu a3

*tlenek węgla - reaguje z formą żelazawą hemu a3

Rozprzęgacze fosforylacji oksydacyjnej to rozpuszczalne w lipidach substancje, przenoszą protony na druga stronę błony mitochondrialnej np.2,4-dinitrofenol (DNP) W ich obecności

elektrony są transportowane lecz brak syntezy ATP- siła elektromotoryczna uległa rozproszeniu

· oligomycyna - hamuje przejście protonów przez syntazę ATP do matrix mitochondrialnej

Rozprzęganie fosforylacji oksydacyjnej może być zjawiskiem biologicznie korzystnym. Służy jako źródło ciepła do utrzymania stałej temperatury u zwierząt hibernujących, u ssaków przystosowanych do niskich temperatur. Tkanka tłuszczowa brunatna jest bogata w mitchondria z termogeninami - białkami rozprzęgającymi.

WYKŁAD 4

METABOLIZM WĘGLOWODANÓW - PRZEMIANY ODPOWIADAJĄCE ZA GENEROWANIE ENERGII W ATP

Glukozo-6-fosforan

Glukozo-1-fosforan szlak pentozowy

Glikoliza 6-fosfopirogronian

Glikogen

pirogronian

Fruktozo-6-fosforan

Pirigronian

W warunkach beztlenowych w mięśniach powstaje mleczan i alanina. W wątrobie mleczan przekształcany jest w cukier w procesie glukoneogenezy

Fosforoliza glikogenu:

Pi

Glikogen glukozo-1-fosforan + glikogen

fosforylaza

glikogenowa

mutaza- przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan, produktem przejściowym jest glukozo-1,6-bisfosforan

Glikogen jest polisacharydem rozwidlonym

Na hydrolizę łańcucha działają:

· fosforylaza ( uwolnionych 8 cząsteczek glukozo-1-fosforanu)

· transferaza (przenosi 3 reszty z miejsca rozwidlenia)

· α-1,6-glukozydaza (uwolniona 1 cząsteczka glukozy)

Glikoliza -tor przemian katabolicznych monosacharydów

W OUN w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O

W mięśniach szkieletowych w warunkach beztlenowych powstaje mleczan

w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O

W erytrocytach w warunkach beztlenowych powstaje mleczan

glikoliza 2ATP

1cz glukozy fruktozo-1,6-bisfosforan 2cz aldehydu 3-fosfoglicerynowego

zainwestowana energia rozszczepienie 6-węglowego cukru do 2cz 3-węglowego

później odzyskana

2cz pirogronianu

faza uzyskiwania energii

2 NADH

4 ATP

fosforylacja substratowa zachodzi gdy nie ma fosforylacji oksydacyjnej, bo nie ma tlenu

Glikoliza zachodzi w cytoplazmie

Podczas aktywacji glukozy - strata energii

W wątrobie - glukokinaza (ma dużą wartość Km)

W mięśniach - heksokinaza (mała wartość Km)

W warunkach beztlenowych brak możliwości regeneracji NAD, dlatego zachodzi utlenianie pirogronianu, powstaje mleczan i etanol

Wynik netto glikolizy: 2cz ATP i 2cz NADH(w warunkach beztlenowych)

2cz pirogronianu

W warunkach beztlenowych:

Pirogronian mleczan

NADH+H+ NAD+

dehydrogenaza

mleczanowa

glukoza

2ADP 2NAD+ NAD+

glikoliza

2ATP 2NADH+H+

2cz pirogronianu regeneracja

Produkcja mleczanu jest ślepym zaułkiem metabolizmu. Dalsze losy mogą zajść po jego przekształceniu w pirogronian. Powód: regeneracja NAD+. Komórki tworzące mleczan przekazują część obciążenia metabolizmu na wątrobę.

Cykl Corich - przekształcenie mleczanu w glukozę w wątrobie

Wątroba Mięśnie

Glukoza glukoza

6-P K 2-P glikoliza

glukoneo- R

geneza Pirogronian E pirogronian

W

Mleczan mleczan

Glikoliza w erytrocytach to krótkie obejście głównego szlaku. Wytwarzany jest intermediat - 2,3-bisfosfoglicerynian

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu do acetylo-CoA:

Glukoza

Pirogronian

Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej

Acetylo-CoA

CO2 lipidy

Porównanie regeneracji cytoplazmatycznych NAD w różnych tkankach:

· beztlenowa glikoliza w pracujących mięśniach i erytrocytach

NADH+H+ pirogronian

NAD mleczan

· mostek glicerolo fosforanowy (glikoliza tlenowa w mięśniach i mózgu)

· mostek jabłczanowo-asparaginianowy (glikoliza tlenowa w wątrobie i sercu)

Bilans energetyczny całkowitego spalania glukozy do CO2 i H2O:

w mięśniach szkieletowych = 36ATP

w sercu = 38ATP

Fosfofruktokinaza - enzym kluczowy w kontroli glikolizy

Efekt Pasteura - inhibicja (ok.7x) glikolizy przez oddychanie tlenowe, wynika głównie z inhibicji fosfofruktokinazy przez cytrynian, ATP, H+

Silnym allosterycznym aktywatorem fosfofruktokinazy wątrobowej jest fruktozo-2,6-bisfosforan, działa przez zwiększenie powinowactwa enzymu do fruktozo-6-fosforanu i osłabienie hamującego efektu ATP

Alternatywne drogi katabolizmu glukozy - szlak pentozofosforanowy w tk. tłuszczowych , erytrocytach, korze nadnerczy, gruczołach mlecznych. Produkty: NADPH+H+ (do biosyntezy kwasów tłuszczowych i sterydów, utrzymuje glutation w stanie zredukowanym oraz regularność błon komórkowych) i rybozo-5-fosforan (składnik RNA, DNA, FAD, ATP, koenzymu acetylo-CoA). Jest też szlakiem przemian pentoz do fruktozo-6-fosforanu i aldyhydu 3-fosfoglicerynowego

Translokaza i transadenolaza odpowiadają zaz wiązanie cyklu fosfopentozowego z glikoliząy

WYKŁAD 5

GLUKONEOGENEZA I METABOLIZM TŁUSZCZÓW

Glukoneogeneza - synteza glukozy z prekursorów niecukrowych. Zachodzi w wątrobie oraz warstwie korowej nerek (1/10 produkcji watrobowej)

Glukoza jest podstawowym materiałem energetycznym mózgu (dzienne zapotrzebowanie 120g), ważnym materiałem energetycznym erytrocytów, zawartość w płynie ustrojowym ok. 20g, ilość łatwo dostępnej glukozy z glikogenu ok. 190g, zapasy glukozy pokrywają zapotrzebowanie na 1 dzień dlatego organizm wytwarza glukozę z niewęglowodorowych prekursorów.

Nie jest odwrotnością glikolizy

Prekursory niecukrowe glukozy: mleczan, aminokwasy (alanina), glicerol - jako pirogronian, szczawiooctan, fosfodihydroksyaceton

Enzymy glukoneogenezy są zlokalizowane w cytoplazmie z wyjątkiem karboksylazy pirogronianowej obecnej w mitochondriach i glukozo-6-fosfatazy związanej z wewn. stroną błony ER

Enzymy glikolizy: heksokinaza, fosfofruktokinaza, kinaza pirogronianowa

Enzymy glukoneogenezy: glukozo-6-fosfataza, fruktozo-1,6-bisfosforan, karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa, karboksylaza pirogronianowa

Pirogronian szczawiooctan - fosfoenolopirogronian

(reakcja nieodwracalna)

Karboksylaza pirogronianowa - grupą prostetyczną jest biotyna. Biotyna ulega karboksylacji gdy acetylo-CoA wiąże się z enzymem. Acetylo-CoA jest aktywatorem allosterycznym karboksylazy pirogronianowej

1 etap - z ATP do atomu N-1 biotyny - enzymu - przyłączany jest CO2 i powstaje karboksybiotyna

2 etap - grupa karboksylowa przekazana na pirogronian

duże stężenie acetylo-CoA to sygnał że są potrzebne większe ilości szczawiooctanu. Gdy jest dużo ATP szczawiooctan zużywany jest w glukoneogenezie, gdy brak ATP szczawiooctan łączy się z acetylo-CoA i wchodzi w cykl Crebsa

Glukoza powstaje w ostatnim etapie glukoneogenezy w świetle ER:

· glukozo-6-fosforan przenoszony jest przez białko T1 do światła ER

· ulega hydrolizie do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy

· glukoza i P1 są przenoszone do cytoplazmy za pomocą pary białek transportujących

· nośnik glukozy - zbliżony do typu białek w błonie komórkowej (GLUT)

· potrzeba 5 białek do przekształcania cytoplazmatycznego glukzo-6-fosforanu w glukozę

· mózg i mięśnie nie zawierają glukozo-6-fosfatazy dlatego wolna glukoza nie może być wytwarzana w tych organach

Przeciwstawna regulacja glukoneogenezy i glikolizy w wątrobie:

· gdy 1 proces nieaktywny, 2 bardzo aktywny

· szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, a szybkość glukoneogenezy od stężnia mleczanu i innych prekursorów glukozy

· stężenie fruktozo-2,6-bisfosforanu jest duże w stanie syntezy pokarmu a małe w głodzie

Podczas głodowania dominuje glukoneogeneza

W sytości, po posiłku uwalniana jest insulina - stymuluje ekspresję fosfofruktokinazy pirogronianowej i dwufunkcyjnych enzymów wytwarzających i degradujących fruktozo-2,6-bisfosforan

PRZEMIANY I TRANSPORT LIPOPROTEIN DO OSOCZA

Wątroba jest miejscem tworzenia lipoprotein o bardzo małej gęstości - VLDL transportujących triacyloglicerole z wątroby do innych tkanek oraz lipoproteiny o dużej gęstości - HDL -„dobry”

Cholesterol, transportujący nadwyżki cholesterolu z innych tkanek do wątroby

Enzymy uczestniczące w trawieniu tłuszczowców: trzustkowa lipaza, lipaza lipoproteinowa (rozkłada triacyloglicerole chylomikronów, VLDL), lipaza wątrobowa, fosfolipazy AA AD C D (substratamisą fosfolipidy)

Kwasy tłuszczowe jako źródło energii:

Triacyloglicerole magazynują skondensowaną energię - są zredukowane. Utlenienie 1g kwasu tłuszczowego wyzwala 37,7kJ, a cukru lub białek 16,7kJ. Są hydrolizowane z udziałemlipaz kontrolowanych przez cAMP. Kwasy tłuszczowe rozkładają się przez kolejne usuwanie jednostek dwuwęglowych. Przed utlenieniem są wiązane z koenzymem A

Karnityna - przenosi zaktywowane, długołańcuchowe kwasy tłuszczowe do matrix mitochondrialnej, pośredniczy trtanslokaza

Transport acylokarnityny do mitochondrium jest sprzężony z przenoszeniem karnityny. Karnityna nie jest potrzebna, by średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe (C8 i C10) acylo-CoA wnikały do mitochondrium

Beta-oksydacja kwasów tłuszczowych

W każdym cyklu następuje utlenianie - katalizuje dehydrogenaza CoA

uwodnienie - katalizuje hydrataza enolo-CoA

utlenianie - dehydrogenaza L-3-hydroksyaculo-CoA

tioliza - acetytransferaza acetylo-CoA (B-ketotiolaza)

Każdy obrót cyklu utleniania dostarcza acetylo-CoA, NADH+H+, FADH2

Podczas całkowitego utleniania palmitynianu powstaje 13ATP

W procesie aktywacji palmitynianu zużywane są 2 wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe (ATP - AMP+Pi)

Netto dostarcza 129ATP

jeśli dominuje rozkład tłuszczów powstają ciała ketonowe

Niedobór węglowodanów w diecie - małe stężenie szczawiooctanu, bo zużywany jest do syntezy glukozy (przycukrzyca, głód) w glukoneogenezie - niedostępny do kondensacji z acetylo-CoA (acetylo-CoA wykorzystany do tworzenia acetooctanu, acetonu, D-3hydroksymaślanu)

Acetooctan - głównym miejscem ketogenezy są mitochondria watroby, skąd acetooctan i 3-hydroksymaślan dyfundują do krwi, są transportowane do tkanek obwodowych

Acetooctan i 3-hydroksymaślan są źródłem energii w procesie oddychania. Mogą ulec przekształceniu do 2cz acetylo-CoA - do cyklu Crebsa

Mięsień sercowy i kora nerki preferują acetooctan a nie glukozę

Długotrwałe głodowanie - acetooctan pokrywa zapotrzebowanie mózgu na materiał energetyczny w 75% Duże stężenie w krwi - dostatek jednostek acetylowych, zmniejszenie szybkości lipolizy.

Metabolizm ciał ketonowych

Z 1 mola acetylo-CoA powstaje 12 moli ATP w cyklu Crebsa i łańcuchu oddechowym, przekształcając ß-hydroksymaślan w acetooctan dostarczając NADH

Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie. Enzymy uczestniczące - syntazy kwasów tłuszczowych. Intermedianty biosyntezy są wiązane kowalencyjnie. Kwasy tłuszczowe są wydłużane przez kolejne dobudowywanie jednostek dwuwęglowych. Aktywowanym donorem jest malonylo-ACP. Reakcja przebiega kosztem energii z dekarboksylacji - uwolnienie CO2. Związkiem redukującym jest NADPH+H+. Elongacja katalizowana jest przez wieloenzymowy kompleks, wstrzymana na etapie zsyntetyzowania 16-węglowego palmitynianu. Do tworzenia malonylo-CoA potrzebne są węglowodany.

Kluczowym miejscem kontroli w syntezie kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetylo-Coa - powstaje wtedy malonylo-CoA

Cytrynian stymuluje karboksylazę acetylo-CoA. Przy nadmiarze ATP i acetylo-CoA następuje wzrost stężenia cytrynianu - przyspieszenie syntezy kwasów tłuszczowych.

WYKŁAD 6

METABOLIZM TŁUSZCZOWCÓW I AMINOKWASÓW

Po posiłku - synteza kwasów tłuszczowych

Na czczo - utlenianie kwasów tłuszczowych w wątrobie

Glikogen glukozo-6-fosforan glukoza

Synteza kwasów materiał

tłuszczowych energetyczny

VLDL

Tłuszcze z wątroby są transportowane do tkanek - tłuszczowej - skąd kwasy są transportowane do wątroby

Glukoza (z wątroby) VLDL (z wątroby)

Glukoza kwas tłuszczowy

Glicerolo-3-fosforan tłuszczowce

acylo-CoA

trtiacyloglicerole

lipaza zależna od hormonu

gliecrol kwas tłuszczowy

Synteza triacylogliceroli (schemat)

Synteza fosfolipidów (schemat)

Metabolizm sfingolipidów (schemat)

Biosynteza cholesterolu

2 acetylo-CoA

cholesterol

sole żółciowe hormony steroidowe

Acetylo-CoA hamuje reduktazę HMG CoA

· żywienie cholesterolem

· głodzenie (brak substratów)

· fosforylacja enzymu

· glukagon

· lowastatyna (lek z grupy statyn na choroby sercowo - naczyniowe)

Mewalonian aktywuje reduktazę HMG CoA

· insulina, hormony tarczycyKwasy tłuszczowe powstają w wątrobie z cholesterolu. Pierwotne magazynowane są w woreczku żółciowym np. kwas chenodeoksycholinowy, kwas cholowy

Wtórne kwasy żółciowe - w jelicie np. kwas litocholowy, kwas deoksycholowy

Ulegają dekoniugacji i wchłanianiu zwrotnemu przez śluzówkę - w połączeniu z albuminami wracają do wątroby -tzw. Krążenie wątrobowo-jelitowe

W wątrobie są sprzęgane z glicyną lub tauryną i wydzielane do żółci

Poza kwasami w żółci występuje cholesterol, sole żółciowe, fosfolipidy

Dużo cholesterolu w żółci - jest wytrącany w postaci kamieni żółciowych

Wydzielanie żółci do jelita jest główną drogą wydalania cholesterolu, bo u ludzi szkielet steroidu nie może utleniać się do CO2 i H2O

Powstawanie hormonów steroidowych z cholesterolu

W komórkach nadnerczy cholesterol jest magazynowany w postaci estrów cholesterolu. Po hydrolizie - wolny - jest przekształcany w progesteron

Cholesterol

Pregnenolm

Progestageny

Glukokortykoidy mineralkortykoidy androgeny

np. kortyzol np. aldosteron np. estrogeny

Synteza witaminy D (schemat)

Metabolizm aminokwasów

Pula aminokwasów - aminokwasy z diety i z proteolizy endogennych białek

Zmniejszenie puli wynika z katabolizmu aminokwasów, syntezy białka i innych związków

Całkowita utrata dzienna azotu poprzez mocz, skórę, kał jest równa całkowitej ilości azotu dostarczonego do organizmu = równowaga azotowa organizmu u zdrowych i dorosłych osób

Jeśli straty azotu są mniejsze niż ilość dostarczanego do organizmu azotu - dodatni bilans azotowy - u zdrowych rosnących dzieci i u rekonwalescentów

Jeśli straty azotu są większe niż ilość dostarczana do organizmu - ujemny bilans azotowy - u ludzi ze schorzeniami prowadzącymi do zaniku tkanek oraz u ludzi głodujących. Może zagrażać życiu. Gdy aktynomiozyna mięśni ulega degradacji uwalnia się 3-metylohistydyna wydalana z moczem i jest miarą rozpadu białek mięśni

Aminokwasy mogą być substratami w utlenianiu biologicznym - transaminacja i oksydeaminacja dostarczają łańcuchów węglowodorowych, które mogą być źródłem energii

Cykl mocznikowy - zachodzi w wątrobie, detoksykacja amoniaku do mocznika

Na wytwarzanie 1 cząsteczki mocznika są zużywane 2g amoniaku (2ATP) i 1g asparaginianu (1ATP)

Losy szkieletu węglowego amoniaku:

· aminokwasy ketogenne rozkładane do acetylo-CoA lub acetoacetylo-CoA - powstają ciała ketonowe (leucyna, lizyna)

· aminokwasy glukogenne rozkładane do pirogronianu lub metabolitu cyklu Crebsa a z nich powstaje glukoza

Wyłącznie glukogenne: alanina, arginina, asparaginian, asparagina, cysteina, glutamina, glutaminian, glicyna, histydyna, metionina, seryna, walina

Ketogenne i glukogenne: izoleucyna, fenyloalanina, treonina, tyrozyna, tryptofan

---