biochemia wyklad 2, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA


Biochemia wykład 2

INTEGRACJA METABOLIZMU CZ. I

Utlenianie biologiczne:

Cykl Krebsa

Łańcuch oddechowy

Cykl kwasu cytrynowego:

-wspólny szlak końcowy utleniania węglowodanów, lipidów i białek

- główny proces wytwarzający równoważniki redukujące, które ulegając utlenianiu w procesie fosforylacji oksydacyjnej uwalniają energię do syntezy ATP

- dostarcza prekursorów do biosyntez uczestniczy w glukoneogenezie, transaminacjach, deaminacjach i syntezie kwasów tłuszczowych

- enzymy cyklu są zlokalizowane w macierzy mitochondrialnej

- cykl działa wyłącznie w warunkach tlenowych gdyż wymaga stałego dopływu NAD+ i FAD

- szybkość przemian cyklu zależy od zapotrzebowania komórki na ATP

Funkcja cyklu kwasu cytrynowego

- cykl kwasu cytrynowego jest głównym procesem wytwarzającym równoważniki redukujące, które ulegając utlenianiu w procesie fosforylacji oksydacyjnej uwalniają energię do syntezy ATP.

- cykl kwasu cytrynowego dostarcza prekursorów do biosyntez- uczestniczy w glukoneogenezie, transaminacjach, deaminacjach i syntezie kwasów tłuszczowych.

Sumaryczne równanie cyklu Krebsa

acetylo- CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA

Fosforylacja oksydacyjna:

Przy każdym obrocie cyklu powstaje 12 cząsteczek ATP. Utlenianie jednej cząsteczki glukozy daje 2x 12 cząsteczek ATP.

Cykl kwasu cytrynowego i witamina

- ryboflawina w formie FAD- kofaktor w kompleksie e: dehydrogenazy bursztynianowej

- niacyna w formie NAD- kofaktor dla trzech dehydrogenaz cyklu: izocytrynianowej, α- ketoglutaranowej i jabłczanowej

- tiamina wit. B1 jako DPT- koenzym e: dehydrogenazy α- ketoglutaranowej

- kwas pantotenowy- część koenzymu A, kofaktor związany z aktywnymi resztami kwasów karbksylowych: acetylo- CoA i bursztynylo- CoA.

Szlaki biosyntez

Intermediaty cyklu kwasu cytrynowego dostarczają prekursorów do wielu szlaków biosyntez. Przykładem są:

- synteza kwasów tłuszczowych z cytrynianu

- synteza aminokwaśów następująca po transaminacji alfa- ketoglutaranu

- synteza nukleotydów purynowych i piryminowych z alfa- ketoglutaranu i szczawiooctanu

- szczawiooctan może być przekształcany w glukozę w procesie glukoneogenezy.

- bursztynylo- CoA jest najważniejszym intermediatem w syntezie pierścienia porfirynowego grup hemowych.

Inne mitochondrialne i pozamitochonrialne układy enzymatyczne współdziałające z cyklem Krebsa

  1. Dehydrogenaza pirogronianowa- jest hamowana przez NADH i acetylo- CoA (hamowanie produktem). Jednak u eukariotów enzym ten również podlega kontroli opartej na fosforylacji/ defosforylacji prowadzonej przez kinazę dehydrogenazy pirogronianowej i fosfatazę.

  2. karboksylaza pirogronianiowa- przekształca pirogronian do szczawiooctanu w drodze karboksylacji. Enzym ten zlokalizowany jest w matriks mitochondrialnej i w reakcji używa biotyny jako aktywnego nośnika CO2.

  3. karboksylaza fosfoenolopirogronianowa- katalizuje reakcje przemiany szczawiooctanu do fosfoenolopirogronianu (PEP) poprzez równoczesną dekarboksylację i fosforylację.

Łańcuch oddechowy i fosforylacja oksydacyjna

Proces syntezy ATP zachodzący w wyniku przeniesienia elektronów z NADH lub FAD2 na O2 przez szereg nośników elektronów= fosforylacja oksydacyjna.

Organizacja łańcucha transportu elektronów

  1. Kompleks I (reduktaza NADH- koenzym Q lub dehydrogenaza NADH)

barbiturany (amobarbital, sekobarbital)

pierycydyna A (antybiotyk)

  1. Kompleks II (reduktaza bursztynian- koenzym Q, zawiera dehydrogenazę bursztynianową)

malonian (hamuje kompetycyjnie dehydorgenazę bursztynianową)

  1. Kompleks III (reduktaza koenzym Q- cytochrom c)

Cytochrom c

  1. Kompleks IV (oksydaza cytochromowa)

siarkowodór (H2S)

azydek

cyjanek

  1. Kompleks V (synteza ATP)- odpowiada za syntezę ATP

Transport elektronów z FADH2

FADH2 zostaje utleniony do FAD, gdy oddaje dwa elektrony do reduktazy bursztynian- CoQ (kompleks II), kompleksu białkowego zawierającego centra Fe-S. Komplesk ten przenosi elektrony na ubichinon znajdujący się w głównym łańcuchu transportu elektronów, gdzie ich dalszy transport prowadzi do tworzenia gradientu H+ i syntezy ATP. Natomiast sama reduktaza bursztynian- CoQ nie pompuje jonów H+.

INTEGRACJA METABOLIZMU CZ. I

Czynniki warunkujące utrzymanie homeostazy ustrojowej

Metabolizm to procesy transformacji materii i energii, składające się z sekwencji reakcji enzymatycznych (szlak metaboliczny), gdzie produkt jednej reakcji jest substratem kolejnej reakcji w sekwencji.

Sprawne funkcjonowanie całego organizmu wymaga ścisłej kontroli zawiłej sieci różnych procesów/ szlaków metabolicznych.

Procesy metaboliczne dzielą się na dwie główne grupy:

Celem procesów katabolicznych jest uwolnienie energii z substratów energetycznych i zmagazynowanie jej w postaci ATP oraz przekształcenie składników pokarmowych lub elementów tkanek w postać użyteczną do syntezy innych związków złożonych.

Procesami katabolicznymi są:

Procesy anaboliczne obejmują szlaki biosyntezy, w których proste związki chemiczne są zamieniane w złożone makromolekuły i na ogół nie są prostym odwróceniem szlaków katabolicznych. Procesy te wymagają energii.

Procesami anabolicznymi są:

Związki zawierające reszty fosforanowe (formy przechowywania wysokoenergetycznych fosforanów)

LOKALIZACJA SZLAKÓW METABOLICZNYCH

Cytozol: glikoliza, szlak pentozofosforanowy, synteza kwasów tłuszczowych

Mitochondrium: Cykl Krebsa, fosforylacja oksydacyjna, β- oksydacja kwasów tłuszczowych, synteza ciał ketonowych.

Regulacja hormonalna poziomu cukru we krwi

Insulina- obniża poziom cukru we krwi, produkowana jest przez komórki beta trzustki wysp Langerhansa.

Poziom glukozy we krwi regulowany jest przez hormony (glukagon, adrenalina, noradrenalina, glikokrtykoidy, ACTH).

Glukagon- produkowany jest przez komórki alfa wysp Langerhansa trzustki:

Adrenalina i noradrenalina (rdzeń nadnerczy)- działają podobnie jak glukagon.

Glukagon. Stymulacja wydzielania: niski poziom glukozy, aminokwasy, adrenalina, noradenalina (stres).

Inhibicja wydzielania: wysoki poziom glukozy, insulina.

Efekty metaboliczne w wątrobie: wzrost glukoneogenezy i glikogenolizy:

Podstawowym warunkiem homeostazy ustrojowej jest utrzymanie stałego stężenia glukozy we krwi (4,5 do 5,5 mmol/l na czczo)

Po spożyciu posiłku dochodzi do zwiększenia glukozy we krwi, może wzrosnąć do 6,5-7,2mmol/l (w zależności od liczby, rodzaju i obfitości posiłków).

W czasie głodzenia stężenie glukozy zmniejsza się do około 3,3-3,9mmol/l.

Głównym źródłem glukozy dla ustroju jest pożywienie, a większość węglowodanów po strawieniu pokarmów do fruktozy, glukozy i galaktozy.

W warunkach prawidłowych ogólnoustrojowej gospodarce zasobami energii rozróżnić można okres trawienny (resorpcyjny) i okres potrawienny (poresorpcyjny).

Okres trawienny występuje bezpośrednio po spożyciu posiłku i charakteryzuje się wchłanianiem produktów trawienia spożytych pokarmów z przewodu pokarmowego, zanika całkowicie po około 8 godzinach. Dominują procesy przetwarzania i magazynowania węglowodanów i lipidów.

Okres potrawienny- objemuje czas od kilku do kilkunastu godzin (8-20h) po zakończeniu wchłaniania jelitowego- tzw. stan na czczo. W tym czasie dochodzi do uwalniania glukozy ze zmobilizowanych zapasów (glikogen). Przedłużający się okres poresorpcyjny powoduje przejście organizmu w stan głodu.

Źródła energii

1/ Główne:

- glukoza (4kcal/g)

- aminokwasy (4kcal/g)

- ciała ketonowe (4kcal/g)

- kwasy tłuszczowe (9kcal/g)

2/ Magazynowane

- węglowodany: glikogen wątroby i mięśni szkieletowych

- tłuszcze: triacyloglicerole (TAG) przede wszystkim tkanki tłuszczowej

- białka: aminokwasy jako substrat syntezy glukozy oraz ciał ketonowych

REGULACJA SZLAKÓW METABOLICZNYCH

Sposoby kontroli metabolizmu

  1. niehormonalna regulacja szlaków metabolizmu

- regulacja allosteryczna: aktywność kluczowych enzymów jest modulowana za pomocą aktywatorów i inhibitorów, np. synteza kwasów tłuszczowych, aktywator cytrynian, inhibitor palmitoilo- CoA

- modyfikacja kowalencyjna: kontrola w skutek kaskady reakcji prowadzących do fosforylacji lub de fosforylacji białka enzymatycznego, np. aktywność fosforylazy glikogenowej jest stymulowana przez fosforylację, natomiast aktywność syntezy glikogenowej maleje w skutek fosforylacji

- dostępność substratu i stężenie enzymu: np. cykl mocznikowy i szlak pentozo fosforanowy

- kontrola oddechowa: zapewnia dopasowanie przekształcenia metabolitu przez dany szlak do zapotrzebowania komórki na ATP, np. cykl Krebsa, fosforylacja oksydacyjna, synteza kwasów tłuszczowych.

  1. Hormonalna regulacja szlaków metabolizmu

Kluczową rolę w integracji metabolizmu odgrywają hormony, mające duży wpływ na magazynowanie związków energetycznych i ich mobilizację oraz na procesy metaboliczne z tym związane, Hormony wywierają także bezpośredni wpływ na przepływ metabolitów przez niektóre szlaki, np. insulina, glukagon, aminy aktecholowe, glukokortykosteroidy i inne.

LOSY KLUCZOWYCH METABOLITÓW

Glukozo- 6- fosforan może być przekształcony w:

- glukozę

- glukozo- 1-1 fosforan i użyty do syntezy glikogenu

- pirogronian w procesie glikolizy

- rybozo- 5- fosforan, substrat w reakcjach syntezy nukleotydów, po przejściu przez szlak pentozofosforanowy.

Pirogronian może być przekształcony w:

- szczawiooctan i metabolizowany w cyklu kwasy cytrynowego

- acetylo- CoA przez dehydrogenazę pirogronianową (oksydacyjna dekarboksylacja)

- alaninę w procesie transaminacji

- mleczan w tkance mięśniowej oraz krwinkach czerwonych przez dehydrogenazę mleczanową.

Acetylo-CoA może zostać:

- utleniony do dwutlenku węgla (CO2) w cyklu kwasu cytrynowego

- zużyty w syntezie kwasów tłuszczowych

- przekształcony w 3 -hydroksy- 3- metyloglutarylo CoA (HMG-CoA), który jest prekursorem: cholesterolu, ciał ketonowych.

METABOLICZNY PROFIL WAŻNIEJSZYCH NARZĄDÓW I TKANEK

Nie wszystkie procesy metaboliczne zachodzą we wszystkich komórkach i tkankach. Pewne tkanki specjalizują się w przeprowadzaniu określonych reakcji dlatego importują, eksportują i magazynują różne związki. Metaboliczny profil tkanek zależy w dużym stopniu od kondycji ustroju.

Istotnymi w procesach transformacji materii i energii są:

- wątroba,

- mięśnie szkieletowe,

- tkanka tłuszczowa

- mięsień sercowy

- mózg

Wątroba

- kluczowa rola w metabolizmie i regulacji osoczowych stężeń glukozy oraz innych związków, będących źródłem energii

- dostarcza substraty energetyczne do mózgu, mięśni i innych organów peryferyjnych

- większość związków absorbowanych przez przewód pokarmowy przechodzi przez wątrobę, co umożliwia jej regulowanie stężenia wielu metabolitów we krwi

- odpowiedzialna za utrzymanie poziomu glukozy we krwi w stanie sytości, na czczo i w stanie głowu

- odgrywa centralną rolę w metabolizmie tłuszczowców

- syntetyzuje ciała ketonowe (istotne w stanie głodu)

- syntetyzuje osoczowe lipoproteiny

Mięśnie szkieletowe

- najwyższy odbiorca źródeł energii oraz tlenu z powodu swojej dużej masy w porównaniu z innymi tkankami

- zatrzymują glukozę (nie zawierają glukozo- 6- fosfatazy), gdyż jest ona preferowanym substratem energetycznym, niezbędnym do wyzwolenia znacznej energii (aktywności) w krótkim czasie

- utrzymują duży zapas glikogenu, będącego źródłem energodajnej glukozy podczas wysiłku

- w stanie spoczynku preferowanym przez mięśnie źródłem energii są kwasy tłuszczowe

- białka mięśniowe (aminokwasy) mogą być użyte jako źródło energii

- pirogronian może ulec przemianie w mleczan lub alaninę i w tej postaci wyeksportowany do wątroby stanowiąc substrat dla glukomeogenezy (cykl Cori i cykl glukozo- alaninowy)

Tkanka tłuszczowa

- gromadzi źródło energii w postaci triacylogliceroli, które są niezwykle bogatym metabolicznym substratem energetycznym

- estryfikuje kwasy tłuszczowe i je uwalnia z TAG triacylogliceroli (lipoza hormonozależna)

- w stanie sytości syntezuje TAG z glukozy ii kwasów tłuszczowych zsyntezowanych w wątrobie i eksportuje je w postaci VLDL

- w stanie na czczo TAG są rozkładane do glicerolu i kwasów tluszczowych, eksportowanych do wątroby oraz innych tkanek

Mięsień sercowy

- w odróżnieniu od mięsni szkieletowych jest tkanką pracującą wyłącznie w warunkach tlenowych i obciążenie pracą zmienia się znacznie w mniejszym zakresie niż obciążenie pracą mięśnia szkieletowego

- nie gromadzi zapasów związków energetycznych, dlatego musi być w nie bezustannie zaopatrywany podobnie jak erytrocyty (tzw. tkanki „obowiązkowo glikolityczne”)

- dla mięśnia sercowego substratem energetycznym mogą być glukoza, kwasy tłuszczowe i ciała ketonowe (chętniej wykorzystuje acetooctan niż glukozę).

Mózg

- wyłącznym substratem energetycznym jest glukoza, z wyjątkiem okresu długotrwałego głodowania, kiedy to tkanka mózgowa adaptuje się do metabolizowania ciał ketonowych

- mózg nie ma zapasów związków energetycznych i dlatego potrzebuje stały dopływ glukozy, która swobodnie wnika do tkanki mózgowej w każdym czasie

- kwasy tłuszczowe nie mogą być wykorzystane jako substrat energetyczny, ponieważ wiążą się w osoczu z albuminami i dlatego nie mogą przenikać przez barierę krew- mózg.

- zamiana glukozy jako substratu energetycznego na ciała ketonowe ma ważny wpływ na minimalizację rozkładu białek podczas przedłużonego głodowania.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
biochemia 1 wykład, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA
Medycyna ratunkowa wykład I, Ratownictwo medyczne, medycyna ratunkowa, Medycyna ratunkowa, Urazy
Higiena i epidemiologia 17.12-wyklad, Ratownictwo Medyczne, Pomoce naukowe, Higiena i epidemiologia
zagadnienia na mikrobiologie-wyklady, Ratownicto Medyczne, MIKROBIOLOGIA
edukacja zdrowotna wykład, Ratownicto Medyczne, edukacja zdrowotna
ŻYWIENIE CZŁOWIEKA wykłady, Ratownicto Medyczne, Zdrowie i choroby
Higiena i epidemiologia 10.12-wyklad, Ratownictwo Medyczne, Pomoce naukowe, Higiena i epidemiologia
Wyklad 1 Ratownictwo medyczne zaoczne miazdzyca i zawal serca tekst
Wyklad 2 Ratownictwo Medyczne zaoczne przepisy sekcyjne tekst
Biochemiczne markery chorób stawów, Ratownictwo medyczne, Ortopedia
Transportery glukozy, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA
Izomeria monosacharydów, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA
PEPTYDY, Ratownicto Medyczne, BIOCHEMIA
Badanie biochemiczne krwi, Studia - ratownictwo medyczne, 3 rok, Zawansowane procedury ratunkowe
ZAKRES MATERIAŁU Z BIOCHEMII WYMAGANY, Ratownictwo Medyczne Studia, Giełda, 1. rok, Chemia ogólna, B
Zasady zaliczania przedmiotu do zawieszenia dla ratownictwa, Ratownictwo Medyczne Studia, Giełda, 1.

więcej podobnych podstron