Podręczniki:

Biochemia Harpera

Biochemia kręgowców- Minakowski

Biochemia zwierząt- malinowska

Biochemia- Styer

Biochemia- Bańkowski

WYKŁAD 1

AMINOKWASY

BILANS AZOTOWY jest miarą zwiększenia lub utraty zasobu białek organizmu

STAN RÓWNOWAGI AZOTOWEJ- ilość azotu białkowego pobranego z pokarmem= ilość azotu wydalonego.

DODATNI- występuje u rosnących lub podczas odnowy organizmu

UJEMNY- gdy straty przewyższają pobieranie. Pojawia się w stanach choroby, starzenia się

lub niewystarczającego spożycia białka.

Rys 17-15

ZNACZENIE CIĄGŁEGO OBROTU METABOLICZNEGO (TURNOVER) W PRZEMIANIE BIAŁEK

- Pozwala na usunięcie białek nieprawidłowych

- Pozwala na usunięcie białek niepotrzebnych

- Zapewnia regulację stężenia wielkości puli białek i dostosowanie do aktualnych potrzeb

- Zapewnia regulację zaopatrzenia tkanek w aminokwasy

TRAWIENIE

• Trawienie odbywa się wewnątrzjelitowo. Zasadniczą rolę odgrywają tu enzymy trawienne, wytwarzane w błonie śluzowej żołądka i jelit oraz w trzustce, w formie proenzymów.

• Proenzymy są aktywowane dopiero w obecności pokarmu- chroni to tkanki gospodarza przed autolizą

• Błonę śluzową przewodu pokarmowego chroni przed autolizą śluz mukoproteinowy

• Produkty trawienia są wchłaniane, transportowane i poddawane wewnątrzkomórkowym przemianom metabolicznym

Aby substancje białkowe, które są podstawowym źródłem azotu, mogły być przyswojone i przetransportowane muszą najpierw zostać rozłożone.

PODZIAŁ HYDROLAZ:

- Hydrolazy peptydylo- peptydów (pepsyna, trypsyna)

-Hydrolazy peptydylo- aminokwasów (karboksypeptydazy)

-Hydrolazy α-aminoacylo- peptydów (aminopeptydazy)

-Hydrolazy dipeptydów (dipeptydazy)

W ZALEŻNOŚCI OD LOKALIZACJI WYRÓŻNIA SIĘ:

-Proteazy pozakomórkowe (trawienne)

-Proteazy wewnątrzkomórkowe (np. Katepsyny pełnią ważną rolę w dojrzewaniu mięsa po uboju)

Tabela 5.1

Końcowe produkty hydrolizy białek są wchłaniane z jelita cienkiego i żyłą wrotną dostają się do wątroby, gdzie podlegają dalszym przemianom:

• Są zużywane do syntezy białek komórkowych lub osocza

• Są degradowane w procesach deaminacji i dekarboksylacji

• Biorą udział w transaminacji

TRANSPORT AMINOKWASÓW

Izomery L są transportowane aktywnie przez ścianę jelita. W transporcie uczestniczy fosforan pirydoksalu, potrzebna jest energia oraz odpowiednie przenośniki:

• Zależne od Na+ (dla aminokwasów obojętnych, dla fenyloalaniny, metioniny, dla proliny)

• Niezależne od Na+ (dla aminokwasów obojętnych, dla aminokwasów zasadowych)

PRZEMIANY AMINOKWASÓW

• Ogólne

Transaminacja

Deaminacja

Dekarboksylacja

• Szczegółowe

TRANSAMINACJA

Polega na enzymatycznej wymianie grupy aminowej pomiędzy 2-aminokwasem i 2-oksokwasem bez uwalniania amoniaku do środowiska. Katalizowana przez aminotransferazy przy udziale fosforanu pirydoksalu.

Rys 20.4

DEAMINACJA

Wstępna reakcja katabolizmu aminokwasów- usunięcie grupy α-aminowej- powstają oksokwasy

• Oksydacyjna- oksydoreduktazy współdziałające z FAD lub NAD, dehydrogenaza glutaminowa współdziałająca z NAD- inhibitory allosteryczne GTP i ATP

• Desaturacyjna- amoniako-liazy (deaminazy)

DEKARBOKSYLACJA

Usunięcie CO2 przy udziale dekarboksylaz aminokwasowych współdziałających z fosforanem pirydoksalu- powstają aminy :

• Z aminokwasów obojętnych- monoaminy pierwszorzędowe

• Z aminokwasów zasadowych- oligoaminy

• Z aminokwasów kwaśnych- aminokwasy obojętne

Tabela 5.2

CHEMICZNE MODYFIKACJE RESZT AMINOKWASOWYCH

• Fosforylacja- zmiana aktywności biologicznej

• Karboksylacja- znaczenie w krzepnięciu krwi

• Acetylacja- zmniejszona podatnośc na proteolizę

• Metylacja- powstają betainy

• Hydroksylacja- synteza aminokwasów budujących kolagen

• Acylacja- umożliwienie „zakotwiczenia” w błonie

• Prenylacja- przekazywanie sygnałów

• Racemizacja- związana z wiekiem

• ADP-rybozylacja- modyfikacja białek

• Adenylacja- regulacja aktywności enzymów

• Ubikwitynacja- „znakowanie” białek nieprawidłowych

• Sieciowanie poliaminami- stabilizacja cytoszkieletu

• Glikozylacja- przekształcanie w glikoproteinę

• Nieenzymatyczna glikacja- wyznacznik starzenia się białek i procesów patologicznych

PRZEMIANY SZCZEGÓŁOWE

• Aminokwasy rozgałęzione

Transaminacja

Oksydacyjna dekarboksylacja- pochodne CoA

Odwodorowanie

Hydratacja

• Aminokwasy siarkowe

-Metionina jest donorem grup metylowych

-Cysteina bierze udział w syntezie glutationu

• Aminokwasy aromatyczne

-Fenyloalanina i tyrozyna przekształcają się do hormonów

-tryptofan przekształca się do kwasu nikotynowego i stanowi substrat w syntezie tryptaminy, serotoniny i melatoniny

• Arginina- jest substratem do syntezy kreatyny

• Histydyna- daje kwas glutaminowy. Tworzy wraz z β-alaniną karnozynę i anserynę.

Metylowa pochodna- ergotioneina to antyoksydant w nasieniu

Rys 5.20

• Kwas glutaminowy- w wyniku aminacji tworzy glutaminę (magazyn jonów amonowych). W wyniku dekarboksylacji powstaje γ-aminomaślan. W dalszej kolejności w wyniku utleniania i metylacji powstaje karnityna.

• Kwas asparaginowy- w wyniku deaminacji tworzy szczawiooctan a dekarboksylacji- β-alaninę

Rys 5.26

• Glicyna bierze udział w detoksykacji i reaguje z kwasami żółciowymi tworząc glikocholany

Rys 5.31

LOSY SZKIELETÓW WĘGLOWYCH DO CYKLU KREBSA

• Aminokwasy C3: alanina, seryna, cysteina przekształcają się do pirogronianu. Także glicyna po przekształceniu do seryny, treonina i trzy atomy tryptofanu

• Aminokwasy C4: asparaginian i asparagina przekształcają się do szczawiooctanu

• Aminokwasy C5: glutamina, prolina, arginina, histydyna przekształcają się do glutaminianu a potem do α-ketoglutaranu

Metionina, izoleucyna i walina przekształcają się do bursztynyloCoA

WYKŁAD 2

LOSY AZOTU W USTROJU

ŹRÓDŁA AMONIAKU W USTROJU

• Produkt aktywności bakterii jelitowych

• Deaminacja zasad purynowych- adeniny i guaniny oraz zasady pirymidynowej- cytozyny

• Hydroliza glutaminy i asparaginy

• Deaminacja aminokwasów

AMONIAK JEST TOKSYCZNY

• NH₃ + H⁺ NH₄⁺ - alkalizacja

• Zużywanie α-ketoglutaranu- zaburzenia przemian energetycznych

• Nadmiar kwasu glutaminowego i glutaminy zaburza pracę mózgu

DROGI WYDALANIA AZOTU Z USTROJU

• Zwierzęta amonioteliczne NH₃

• Zwierzęta urykoteliczne kwas moczowy

• Organizmy ureoteliczne mocznik

(człowiek, naczelne i pies dalmatyńczyk wydzielają też kwas moczowy, ale jako końcowy produkt rozkładu puryn; pozostałe ssaki wydalają alantoinę

WYKŁAD 3

REGULACJA PRZEMIAN BIAŁEK I AMINOKWASÓW

• Insulina- pobudza syntezę i hamuje rozpad białek mięśni, zwiększa napływ aminokwasów do mięśni, zmniejsza stężenie aminokwasów w osoczu i pulę w wątrobie, zmniejsza syntezę mocznika i straty azotu.

• Glikokortykoidy- hamują syntezę i nasilają rozpad białek w mięśniach, pobudzają syntezę w wątrobie

• Glukagon- działa tylko w wątrobie- hamuje rozpad białek wątrobowych, zwiększa wychwyt wątrobowy aminokwasów.

ROLA NUKLEOTYDÓW

- prekursory DNA i RNA

-związki pośrednie w biosyntezach np. UDP, CTP, ATP- magazyn energii, GTP- aktywacja przenoszenia sygnałów przez błonę

- składniki koenzymów np. NAD, FAD, CoA

-regulatory przemiany materii np. cAMP

ROZPAD HYDROLITYCZNY DNA

- deoksyrybonukleazy I oligodeoksyrybonukleotydy

-deoksyrybonukleazy II oligonukleotydy i 3' nukleotydy

ROZPAD HYDROLITYCZNY RNA

-rybonukleazy oligorybonukleotydy, 2' i 3' nukleotydy cykliczne

Nukleotydazy rozkładają hydrolitycznie nukleotydy do nukleozydów

Fosforylazy nukleozylowe katalizują fosforolitycznie rozszczepienie nukleozydów na wolne zasady i rybozo-1-fosforan (lub deoksyrybozo-1-fosforan)

Fosforybomutaza izomeryzuje rybozo-1-fosforan do rybozo-5-fosforanu- substratu w syntezie PRPP

Fosfodiesterazy - ze śledziony 3' nukleotydy

-z jadu węży 5' nukleotydy

ROZPAD NUKLEOTYDÓW PURYNOWYCH

-deaminacja AMP do IMP

-hydrolityczne rozszczepienie wiązania glikozydowego, usunięcie fosforanu

- utlenienie hipoksantyny do ksantyny

- utlenienie ksantyny do kwasu moczowego

ROZPAD NUKLEOTYDÓW PIRYMIDYNOWYCH

- deaminacja- cytozyna uracyl

- uwodorowanie

- rozszczepienie pierścienia

- dekarboksylacja

- deaminacja β-alanina

-metylocytozyna tymina dihydrotymina

- rozerwanie pierścienia

-deaminacja

- dekarboksylacja

-kwas bursztynowy do cyklu Krebsa

Rys 25.1

SYNTEZA NUKLEOTYDU PURYNOWEGO

-częśc cukrowa pochodzi z PRPP i do tego związku dobudowywane są kolejne elementy pierścienia IMP

-aminacja przy C6 AMP

Utlenianie i aminacja przy C2 GMP

W reakcji „rezerwowej” PRPP zostaje przeniesiony na odpowiednią wolną purynę

Deoksyrybonukleotydy są syntetyzowane przez redukcję rybonukleotydów

KONTROLA- inhibicja poprzez sprzężenie zwrotne

(nadmiar AMP i GMP)

-kontrola syntezy PRPP

SYNTEZA PIERŚCIENIA PIRYMIDYNOWEGO

- karbamoilofosforan + asparaginian pierścień orotanu

Karbamoilofosforan powstaje w cytozolu (do syntezy mocznika w mitochondriach), przy udziale różnych syntetaz karbamoilofosforanowych.

Reakcje różnią się donorem azotu- w syntezie cytozolowej to glutamina a w mitochondrialnej NH₄⁺

SYNTEZA NUKLEOTYDU PIRYMIDYNOWEGO

Orotan przyłącza PRPP OMP

OMP jest dekarboksylowany do UMP

Monofosforany difosforany - kinazy nukleozydo-monofosforanowe o ATP

Di- i trifosforany wymagają kinazy nukleozydodifosforanowej

CTP tworzy się poprzez aminację UTP

dTMP powstaje poprzez metylację dUMP

BIOSYNTEZA BIAŁKA

WĘGLOWODANY

TRAWIENIE

Hydrolityczny rozkład węglowodanów

α-amylaza ślinowa i trzustkowa rozkładają wiązania glikozydowe α 1,4

α-1,6-glukozydazy rozkładają wiązania glikozydowe α 1,6

U przeżuwaczy trawienie wspomagają enzymy wytwarzane przez bakterie

WCHŁANIANIE

Transport wtórnie aktywny

Glukoza i galaktoza wchłaniają się szybko, wbrew gradientowi stężeń, wymagają zużycia energii i jonu sodowego.

Dyfuzja ułatwiona (przez nośnik)

Fruktoza, mannoza, pentozy są wchłaniane zgodnie z gradientem. Transport odbywa się w wyniku tworzenia przejściowego połączenia nośnik-substrat, które ulegając rozpadowi uwalnia substrat do wnętrza komórki .

LOSY WCHŁONIĘTYCH WĘGLOWODANÓW

Transport glukozy przez błonę komórkową:

• Transporter mózgowo-erytrocytarny (kierunek dokomórkowy)

• Transporter wątrobowy (kierunek zmienny)

• Transporter mięśniowy insulinozależny (mięśnie szkieletowe, serce, tkanka tłuszczowa)- kierunek dokomórkowy

Fosforylacja glukozy

Metabolizm glukozy - synteza i rozkład glikogenu

- synteza glukozy

- katabolizm glukozy- glikoliza, cykl pentozowy

GLIKOGEN

• Łatwo uruchamiana zapasowa forma glukozy

• Rozgałęziony polimer o dużej masie cząsteczkowej zbudowany z reszt glukozy połączonych wiązaniami α1,4 i α1,6 glikozydowymi

• Magazynowany głównie w wątrobie i mięśniach szkieletowych

• Występuje w cytoplazmie komórek w postaci ziaren, które zawierają też białka regulatorowe oraz enzymy katalizujące syntezę i degradację glikogenu

METABOLIZM GLIKOGENU

• Regulacja stężenia glukozy we krwi

• Magazyn glukozy dla pracy mięśni

• Różne szlaki metaboliczne

• Hormonalna regulacja (adrenalina, glukagon, insulina, cAMP, fosforylacja)

• Dziedziczne wady enzymatyczne

ROZPAD GLIKOGENU

• Fosforylaza glikogenowa rozszczepia wiązania α 1,4. Powstaje glukozo-1-fosforan - nie „ucieka” z komórek.

• Fosforoliza- rozszczepienie wiązania wywołane przez ortofosforan (w przeciwieństwie do hydrolizy, które odnosi się do rozkładu wywołanego przez cząsteczkę wody)

• Fosforolityczne rozszczepienie glikogenu jest korzystne energetycznie ponieważ

WĄTROBA

• Utrzymuje stałe stężenie glukozy we krwi

• Uwalnia do krwi glukozę potrzebną do pracy mózgu i mięśni szkieletowych dzięki obecności glukozo-6-fosfatazy - hydrolityczny rozpad (brak w mięśniach i mózgu)

Glukozo-6-fosforan + H2O glukoza + P_i

ROZPAD GLIKOGENU

Fosforylaza glikogenowa rozszczepia wiązania α 1,4.

Transferaza i α-1,4-glukozydaza przekształcają rozgałęzioną cząsteczkę w łańcuchową

Fosfoglukomutaza przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan i umożliwia dalsze przemiany

Glukozo-6-fosfataza odszczepia fosfor. Glukoza może „uciec” z komórki. Enzym jest w wątrobie, jelitach i nerkach, BRAK go w mięśniach.

Fosforylaza glikogenowa

Glikogen + P_i Glukozo-1-fosforan + Glikogen

Rozszczepieniu ulegają wiązania pomiędzy C1 końcowej reszty a C4 reszty następnej

Fosfoglukomutaza

Glukozo-1-fosforan Glukozo-6-fosforan

---