1. Wymiana i transport gazów oddechowych.

W transporcie gazów oddechowych, czyli tlenu i dwutlenku węgla, uczestniczą erytrocyty oraz osocze. Erytrocyty prawie w całości transportują tlen dostający się do organizmu oraz około 20% dwutlenku węgla powstającego w czasie procesów przemiany materii. Osocze rozprowadza pozostałe 80% CO2. Transport tlenu w erytrocytach może odbywać się dzięki hemoglobinie. Taką połączoną z tlenem hemoglobinę nazywa się oksyhemoglobiną, a reakcję która prowadzi do jej powstania, utlenowaniem. W naczyniach włosowatych płuc, gdzie stężenie tlenu jest wysokie, a dwutlenku węgla niskie, tlen przenika do erytrocytów i hemoglobina zostaje przekształcona w oksyhemoglobiną. Ponieważ komórki zużywają tlen w reakcjach przemiany materii, stężenie tego gazu jest tam niższe niż erytrocytach dopływających z płuc. Dzięki temu odbywa się dyfuzja tlenu z erytrocytów do komórek, skąd jednocześnie przenika do erytrocytów dwutlenek węgla. Hemoglobina, chociaż doskonale przystosowana do transportu gazów oddechowych, wykazuje również zdolność łączenia się z trującym tlenkiem węgla (czadem). · Powstający związek jest bardzo trwały, dlatego połączona z tlenkiem węgla hemoglobina zostaje zablokowana i nie może przenosić tlenu.

2. Równowaga kwasowo-zasadowa

1. skład płynów ustrojowych

Głównym kationem obszaru wewnątrzkomórkowego jest jon potasowy, natomiast stężenie kationu sodowego jest małe; wynosi ono niewiele więcej niż kilka milimoli na litr, a nie przekracza 40 mmoli/ litr. Podobnie zawartość jonu wapniowego jest nieznaczna, praktycznie żadna. Drugim zasadniczym kationem płynów komórkowych jest jon magnezowy. Głównymi anionami rozpuszczonymi w wodzie wewnątrzkomórkowej są nie dyfundujące przez błony komórkowe estry organiczne kwasu fosforowego i białka. Anionów nieorganicznych jest mało. Występują tylko niewielkie ilości jonów wodorowęglanowych, a jonów chlorkowych jest znikomo mało. Prawdopodobnie pokaźna ilość jonów magnezowych i potasowych tworzy mało zdysocjowane połączenia z białkami i fosforanami nieorganicznymi.

Przeważającym kationem płynów pozakomórkowych jest jon sodowy. Jon wapniowy występuje w znacznie mniejszym od jonu sodowego stężeniu, jednakże jest go o wiele więcej niż w płynach komórkowych. Natomiast stężenie kationów potasowych i magnezowych w płynach pozakomórkowych jest o wiele mniejsze niż w komórkach. Głównymi anionami są jony chlorkowe i wodorowęglanowe. Fosforanów, obecnych tylko w postaci jonów nieorganicznych, jest mało, podobnie jonów białczanowych (ok. 7% w osoczu, mniej niż 0,5% w płynach śródmiąższowych).

Jony Osocze Płyn śródmiąższowy Płyn wewnątrzkomórkowy

Kationy

Na 152 146 10

K 6 4 150

Ca 6 4 -

Mg 3 2 40

Aniony

HCO₃ 30 30 10

Cl 106 113 -

HPO₄ ^2- 6 4 130

SO₄^2- 1 1 130

Organiczne 7 7

Białka 17 1 60

H₂CO₃ 3 2 1

2. węglanowy układ buforowy osocza i płuc

W osoczu najbardziej podstawowe znaczenie ma układ HCO₃^-/CO₂+H₂O. Jego właściwość buforowania zależy nie tyle od pojemności buforowej, która nie jest duża, ile od możliwości wydalania kwasu węglowego w płucach jako dwutlenku węgla i woda.

Zgodnie z równaniem Hendersona-Hasselbacha, w osoczu pH wynosi 7,4 i wykładnik kwasowej pK₁, układu HCO₃^-/CO₂+H₂O równa się 6,1.

Stężenie dwutlenku węgla w osoczu wynosi około. 1,15 mmol/litr, zatem stężenie jonów wodorowęglanowych wynosi

[HCO₃]=1,15*20(stosunek stężeń molowych jonów do dwutlenku węgla i wody) = = 23 mmol/l

Jeżeli do osocza przedyfunduje z tkanek np. 1,55 mmol jonów hydronowych, to zgodnie z reakcją

H₃O⁺ + HCO₃^- < --- > CO₂ + 2 H₂O

Ilość dwutlenku węgla zwiększy się i wyniesie

1,15+1,55=2,7 mmol/l

Stężenie jonów wodorowęglanowych zmaleje i wyniesie

23-1,55=21,45 mmol/l

Zatem otrzymuje się dla osocza

pH=6,1+lg(21,45/2,7) = 7

czyli powinien nastąpić spadek pH do niebezpiecznej wartości granicznej. Jednakże dwutlenek węgla jest usuwany z osocza w płucach i jego stężenie we krwi po opuszczeniu płuc nie przekracza wartości 1,15 mmol/l. Zatem pH osocza będzie wynosić

pH = 6,1+lg(21,45/1,15) =7,37

czyli zachodzi jedynie minimalny wzrost stężenia jonów hydronowych.

Lepsza wentylacja płuc przez głębsze i częstsze oddychanie zmniejsza ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym i przyczynia się do zwiększenia wydalania tego gazu z osocza, a tym samym sprzyja podwyższaniu pH krwi. Przeciwnie, oddychanie zwolnione i płytkie powoduje wzrost ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla, w następstwie czego zwiększa się kwasowość osocza. Zgodnie z tym, pH krwi jest funkcją dwu zmiennych - stężenia jonów wodorowęglanowych i stężenia dwutlenku węgla.

3. kwasica i zasadowica

Zaburzenia stanu równowagi kwasowo-zasadowej mogą przebiegać ze zmianami pH krwi lub bez zmian. W pierwszym przypadku ma się do czynienia z kwasicą lub zasadowicą nie wyrównanymi, w drugim - z wyrównanymi. W kwasicy wyrównanej pH krwi nie spada poniżej 7,30, w zasadowicy wyrównanej nie przekracza 7,45. Ogólnie biorąc, przyczyną kwasicy może być albo nadmiar dwutlenku węgla, albo niedobór jonów wodorowęglanowych we krwi. Podobnie niedobór dwutlenku węgla albo nadmiar jonów wodorowęglanowych we krwi powoduje zasadowicę

Kwasica wywołana nadmierną zawartością dwutlenku węgla we krwi, czyli tzw. kwasica oddechowa jest następstwem niedostatecznej wymiany gazów oddechowych w płucach. Przyczyną tego zaburzenia może być zmniejszona pobudliwość ośrodka oddechowego spowodowana np. uszkodzeniami mózgu, zatruciem morfiną lub środkami nasennym. Niedostateczna wymiana gazów oddechowych w płucach powoduje wzrost ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla we krwi i powietrzu pęcherzykowym. W rezultacie dwutlenek węgla jest źle wydalany i źle buforowany we krwi sieci naczyń włosowatych. W okresie niewyrównania ogromnie wzrasta ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla, wzrasta stężenie jonów wodorowęglanowych i całkowita zawartość dwutlenku węgla we krwi, zmniejsza się wartość ilorazu [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] i wartość pH. Wyrównanie zaburzenia jest dokonywane przez nerki, które wydalają zwiększone ilości jonów amonowych i hydronowych oraz wchłaniają zwrotnie zwiększone ilości jonów wodorowęglanowych. W okresie wyrównania zawartość całkowita dwutlenku węgla jest duża, stężenia dwutlenku węgla rozpuszczonego i jonów wodorowęglanowych zwiększają się proporcjonalnie, iloraz [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] i pH mają wartości prawidłowe. Zwiększa się wydalanie jonów amonowych i hydronowych w moczu.

Kwasicę spowodowaną niedoborem jonów wodorowęglanowych we krwi określa się jako kwasicę metaboliczną. Jest ona następstwem wytwarzania lub nagromadzania w ustroju nadmiaru „nielotnych” kwasów. Może to być kwas beta-hydroksymasłowy i acetooctowy w cukrzycy, fosforowy i siarkowy oraz kwasy organiczne w stanach niewydolności nerek (kwasica nerkowa), wreszcie może to być również kwas mlekowy wytwarzany w ustroju podczas nadmiernych wysiłków fizycznych lub gromadzony w stanach niedotlenienia, krwotocznych. Wymienione kwasy są buforowane głównie przez układ węglanowym, w rezultacie ustrój traci w postaci dwutlenku węgla znaczne ilości anionu wodorowęglanowego. W okresie niewyrównania obserwuje się ogromne zmniejszenie stężenie jonów wodorowęglanowych, spadek ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla i jego całkowitej zawartości; wartość ilorazu [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] i pH krwi maleje. Wyrównanie zaburzenia odbywa się dzięki wzmożonej wentylacji płuc wskutek pobudzenia ośrodka oddechowego przez wzrost ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla i stężenia jonów hydronowych. Powoduje to szybsze usuwanie dwutlenku węgla z krwi. Nerka wzmaga wchłanianie zwrotne jonów wodorowęglanowych i związane z tym wchłanianie jonów sodowych. Wzrasta wydalanie jonów amonowych i hydronowych. W okresie wyrównania całkowita zawartość dwutlenku węgla jest mała, zmniejszenie stężenia rozpuszczonego w osoczu dwutlenku węgla i jonów wodorowęglanowych jest proporcjonalne, iloraz [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] i pH mają wartości prawidłowe. Wydalanie jonów amonowych i hydronowych w moczu wzrasta.

Przyczyną zasadowicy spowodowanej niedoborem dwutlenku węgla we krwi, nazywanej również zasadowicą oddechową, jest wzmożona wymiana gazów oddechowych w płucach jako następstwo czynników wywołujących hiperwentylację płuc. Mogą to być silne bodźce psychiczne, pobudzenie ośrodka oddechowego. W okresie niewyrównania ciśnienie cząsteczkowe dwutlenku węgla szybko się zmniejsza, podobnie stężenie jonów wodorowęglanowych i całkowita zawartość dwutlenku węgla, wzrastają wartości ilorazu [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] i pH. Kompensacja zaburzenia zależy od nerek, które zwalniają wydalanie jonów hydronowych i amonowych oraz bardzo zmniejszają wchłanianie zwrotne jonów wodorowęglanowych

Zasadowica spowodowana nadmiarem jonów wodorowęglanowych, nazywana zasadowicą metaboliczną, jest następstwem spożycia substancji o charakterze zasadowym (np. NaHCO₃), utraty jonów potasowych (lub ich niedobór w pokarmie). Jej występowanie objawia się w okresie niewyrównania ogromnym zwiększeniem stężenia jonów wodorowęglanowych we krwi oraz zwiększeniem zawartości całkowitego dwutlenku węgla. Wartość ilorazu [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] zwiększa się, podobnie jak pH. Wyrównanie następuje w wyniku zmniejszenia wentylacji płuc, wpływu podwyższenia pH na ośrodek oddechowy, przez zmniejszenie wydalania jonów hydronowych i amonowych w moczu oraz przez zmniejszenia wchłaniania zwrotnego jonów wodorowęglanowych. Po wyrównaniu zawartość dwutlenku węgla pozostaje duża, ale stężenia jonów wodorowęglanowych i dwutlenku węgla rozpuszczonego w osoczu wzrastają proporcjonalnie, dzięki czemu iloraz [HCO₃^-]/[CO₂+H₂O] oraz pH pozostają w normie. Ilość jonów amonowych i hydronowych wydalanych w moczu maleje.

3. Definicja i funkcje krwi

Krew to tkanka łączna złożona, ze względu na skład i pochodzenie składników. Składa się ona z zespołu komórek, spełniających określone czynności oraz z płynu pozakomórkowego, czyli osocza. Komórki krwi stanowią mniej niż połowę objętości krwi. Woda osocza stanowi prawie 1/3 całości wody pozakomórkowej ustroju.

Czynności fizjologiczne krwi są bardzo różnorodne, dadzą się sprowadzić do zadań transportowych, regulujących i obronnych. Spośród zadań transportowych należy transport gazów krwi (tlen i dwutlenek węgla), w czym biorą udział przede wszystkim komórki krwi - erytrocyty. Natomiast przez osocze transportowane są przede wszystkim substancje hormonalne, metabolity o charakterze substancji odżywczych (glukoza, aminokwasy, kwasy tłuszczowe) oraz końcowe produkty przemiany materii (mocznik, kreatynina, bilirubina itp.). zadania regulacyjne obejmują między innymi regulację gospodarki wodnej, elektrolitowej i kwasowo-zasadowej, w tym obserwuje się współdziałanie zarówno komórek krwi, jak i osocza.

Krwinka czerwona nie posiada jądra ani rybosomów, dlatego nie może się dzielić ani syntetyzować białka. Nie posiada mitochondriów, dlatego nie mogą przetwarzać substratów energetycznych torem tlenowym. Jedynym substratem zużywanym przez te komórki jest glukoza, a jedynym procesem produkującym energię na ich potrzeby jest glikoliza beztlenowa. Są konsumentem glukozy i producentem mleczanu. Nie korzystają z tlenu, który wiążą, transportują i udostępniają innym komórkom. Cytoplazma erytrocytów jest roztworem hemoglobiny o stężeniu nie mniejszym niż 33%.

Osocze otrzymuje się w warunkach laboratoryjnych poprzez wirowanie krwi pełnej w obecności substancji hamującej jej krzepnięcie (antykoagulant). Stanowi ono około połowy objętości krwi. Ponad 90% osocza to woda. Wśród innych składników krwi dominują białka, a w mniejszych ilościach występują tłuszcze, drobnocząsteczkowe składniki organiczne i jony nieorganiczne. Jeżeli wynaczyniona krew zostanie pobrana do naczynia bez koagulantu, po kilku minutach krzepnie. Skrzep obkurcza się (retrakcja), uwalniając płyn zwany surowicą.

Surowica nie zawiera białka krzepnącego - fibrynogenu i niektórych składników białkowych, które zużywają się w czasie krzepnięcia krwi. Zostaje natomiast wzbogacona o pewne składniki uwalniane z płytek krwi oraz odłączanie fibrynogenu.

4. Budowa i znaczenie hemu

Główna czynność erytrocytów polega na transporcie tlenu i dwutlenku węgla. Czynność tę spełnia hemoglobina, która występuje w erytrocytach w niezwykle dużym stężeniu. Hemoglobina występująca w erytrocytach ludzi dorosłych (Hb A) zbudowana jest z dwóch par łańcuchów polipeptydowych, każda para składa się z jednego łańcucha alfa i jednego beta. Każdy łańcuch zawiera jedną grupę hemową wiążącą tlen. Drugorzędowa struktura hemoglobiny charakteryzuje się obecnością wielu odcinków lewoskrętnej spirali. Struktura trzeciorzędowa, czyli przestrzenna konfiguracja obu łańcuchów, ma charakter globularny. Podobną strukturę ma mioglobina, a także inne białka hemowe. Jednak tylko hemoglobina i mioglobina mają zdolność odwracalnego wiązania tlenu bez zmiany wartościowości żelaza.

Właściwość ta wynika ze składu aminokwasowego oraz struktury przestrzennej tej części łańcuchów polipeptydowych, które tworzą bezpośrednie otoczenie grupy hemowej.

Grupa hemowa to pierścień porfirynowy i dwuwartościowy jon żelaza, znajdujący się pośrodku pierścienia i w jednej z nim płaszczyźnie. Żelazo to tworzy 4 wiązania koordynacyjne z atomami azotu układu porfirynowego, piąte wiązanie koordynacyjne łączy żelazo hemu z azotem histydyny globiny. Szóste miejsce koordynacji żelaza w hemoglobinie jest wolne, natomiast w oksyhemoglobinie zajęte przez tlen.

Czwartorzędowa struktura cząsteczki hemoglobiny to przestrzenne ułożenie obu par łańcuchów względem siebie takiego rodzaju, że w środku cząstki tworzą pustą przestrzeń. Do przestrzeni tej są skierowane głównie niepolarne reszty aminokwasów, co nadaje jej wybitnie hydrofobowy charakter. Ma to być czynnikiem współdziałającym w utrzymaniu odwracalności łączenia żelaza z tlenem, jak również elementem zapewniającym stabilność cząsteczki.

5. Procesy degradacyjne hemoglobiny

Początkowo hemoglobina ulega utlenieniu w układzie siateczkowo - śródbłonkowym, które polega na przejściu jej jonu żelaza dwudodatniego w jon trójdodatni i rozerwaniu wiązania między pierścieniem I a II układu porfirynowego. Uwalnia się trójdodatni jon żelaza, CO i zielony barwnik: biliwerdyna. Z kolei biliwerdyna redukuje się, powstaje pomarańczowa bilirubina, która jako wolna lub jako glukuronid przedostaje się do wątroby i jest przekazywana do żółci. Głównie glukuronid bilirubiny jest odpowiedzialny za charakterystyczne zabarwienie tej wydzieliny.

Dalsza przemiana bilirubina dokonuje się w jelicie, przy udziale flory bakteryjnej. Zachodzi to redukcja, co daje mezobilirubinę, potem redukowane są inne grupy (metynowe), powstaje bezbarwny urobilinogen, który może być wytworzony w wątrobie. Kolejną przemianą jest utlenienie urobilinogenu do urobiliny (pomarańczowa) i sterkobiliny (żółta).

Część barwników żółciowych wraca do wątroby, lecz większość - częściowo po dalszym rozpadzie do dwupirolowych fragmentów - zostaje wydalona z kałem, któremu nadaje charakterystyczne zabarwienie. Powstały z mezobilirubinogenu sterkobilinogen i urobilina są wydalane również i z moczem. W schorzeniach wątroby bądź niedrożności przewodów żółciowych bilirubina dostaje się do krwi, mózgu i tkanek (żółtaczka).

6. Omówić dokładnie skład osocza (białka i niebiałkowe składniki osocza)

Większość białek osocza powstaje w wątrobie. Jedynie immunoglobuliny powstają w limfocytach i komórkach plazmatycznych.

Albumina - stanowi około 60% wszystkich białek osoczowych i około 25% wszystkich białek syntetyzowanych w wątrobie. Albumina jest białkiem globularnym, zbudowanym z pojedynczego łańcucha. Nie zawiera składników cukrowych. Nie jest wydalana drogą nerkową.

Albumina zapewnia około 80% ciśnienia onkotycznego osocza, przez co jest najistotniejszym elementem regulującym przepływ płynów poprzez ścianę śródbłonka. Ciśnienie hydrostatyczne krwi wymusza filtrację płynu z krwi do przestrzeni pozanaczyniowej, natomiast wysokie ciśnienie albuminy osoczowej przyciąga wodę z powrotem do wnętrza łożyska naczyniowego.

Cząsteczka albuminy cechuje się zdolnością wiązania wielu substancji drobnocząsteczkowych, jak: kwasy tłuszczowe, tyroksyna, kortyzol, hem, bilirubina i inne metabolity. Również składniki mineralne, a wśród nich co najmniej połowa wapnia występuje w osoczu w postaci związanej z albuminą. Także substancje obce dla organizmu (ksenobiotyki), a wśród nich wiele leków, wiążą się niekowalencyjnie z albuminą.

Transtyretyna­ - uczestniczy w transporcie retinolu (witaminy A) z wątroby do tkanek pozawątrobowych. Ponadto wiąże i transportuje tyroksynę.

Białka wiążące hormony steroidowe - hormony steroidowe mają własne białka wiążące. Większość krążących steroidów wiąże się z transkortyną, a hormony płciowe z globuliną wiążącą hormony płciowe.

Haptoglobina - jest główny składnikiem wiążącym hemoglobinę, uwalnianą z krwinek czerwonych w trakcie ich rozpadu. Kompleksy hemoglobina : haptoglobina są usuwane przez układ siateczkowo - śródbłonkowy.

W następstwie hemolizy wewnątrznaczyniowej, hem odłącza się od hemoglobiny. Jon żelaza utlenia się, zamieniając hem w hematynę. Zarówno hem, jak i hematyna wiążą się z hemopeksyną. Kompleks taki podlega endocytozie przez wątrobę. W przypadkach intensywnej hemolizy pojemność wiążąca hemopeksyny zostaje wyczerpana. W tej sytuacji nadmiar hematyny wiąże się niekowalencyjnie z albuminą osoczową, zamieniając ją w methemalbuminę.

Obecność transferyny, haptoglobiny i hemopeksyny ułatwia wiązanie żelaza w organizmie i zapobiega jego utracie drogą nerkową. Dzieje się tak dzięki wiązaniu Fe z tranferyną, hemoglobiny z haptoglobiną i hemu z hemopeksyną.

Antyproteazy osoczowe - inhibitory proteaz są ważnymi regulatorami wielu procesów, a przede wszystkim różnych reakcji proteolizy towarzyszących krzepnięciu krwi i fibrynolizie. Ponadto wywierają hamujący efekt na enzymy proteolityczne, uwalniane

z komórek w trakcie procesów zapalnych.

• alfa2 - makroglobulina - wiąże się z wieloma proteazami, a powstałe kompleksy: proteaza : inhibitor są fagocytowane przez komórki układu siateczkowo - śróbłonkowego i trawione przez enzymy lizosomalne tych komórek.

• alfa1 - antyproteaza - jest inhibitorem wielu enzymów o centrach serynowych, wśród nich elastazy i kolagenazy uwalnianej z krwinek białych. Wrodzony jej niedobór nasila się w organizmie procesy proteolizy. Jedną z nich jest rozedma płuc. Brak tego inhibitora zwiększa aktywność enzymów trawiących białka przegród międzypęcherzykowych i powstania pęcherzy rozedmowych.

Immunoglobuliny - wszystkie immunoglobuliny są zdolne do wiązania z odpowiednim antygenem, tworząc kompleks antygen : przeciwciało. Powstawanie tego kompleksu jest pierwszym etapem w eliminacji antygenu. Kompleks taki może być poddany endocytozie przez komórki układu siateczkowo - śródbłonkowego, gdzie zarówno antygen, jak i przeciwciała są rozkładane przez hydrolazy lizosomalne.

Szczególną właściwością immunoglobulin jest ich mnogość i zróżnicowanie molekularne. Każda immunoglobulina jest skierowana przeciwko swoistemu antygenowi. Ta różnorodność umożliwia organizmowi rozpoznawanie i eliminowanie niemal wszystkich obcych antygenów makromolekularnych.

7. Biologiczna rola białek krwi

Białka są głównymi składnikami osocza, regulującymi ciśnienie osmotyczne. Zapewniają właściwe rozmieszczenie wody pomiędzy wnętrzem łożyska naczyniowego a tkankami pozanaczyniowymi. Białka osoczowe wiążą i transportują szereg substancji drobnocząsteczkowych. Przenoszą składniki odżywcze i cząsteczki regulacyjne do miejsca ich przeznaczenia. Wiążą produkty rozpadu niektórych makrocząsteczek i przenoszą je do układu siateczkowo-śródbłonkowego, gdzie te ulegają endocytozie i degradacji lizosomalnej. Niektóre białka osoczowe są naturalnymi inhibitorami enzymów proteolitycznych. Ma istotne znaczenie w regulacji wszelkich procesów zachodzących z udziałem tych enzymów, a przede wszystkim w hamowaniu aktywności proteaz uwalnianych w przebiegu procesów zapalnych i w zapobieganiu krzepnięciu krwi wewnątrz łożyska naczyniowego. Białka zwane immunoglobulinami lub przeciwciałami uczestniczą w inaktywacji czynników infekcyjnych, rozpoznawanych jako obce organizmowi antygeny.

Osoczowe, białkowe czynniki krzepnięcia zapewniają krzepliwość krwi w przypadku przerwania ciągłości ściany naczyniowej, chroniąc organizm przed nadmierną utratą krwi. Do krwi przenika część białek pochodzących z uszkodzonych komórek. Ilość ich zdecydowanie narasta w przebiegu chorób związanych z martwicą komórek, np. zawał mięśnia sercowego czy ostre zapalenie trzustki. Wśród nich występują białka enzymatyczne, których obecność i aktywność jest łatwiej wykrywalna i mierzalna od innych białek. Obecność białek komórkowych w osoczu, a zwłaszcza enzymów jest wykorzystywana w celach diagnostycznych.

8. Krzepnięcie krwi

Zasadniczą reakcją krzepnięcia jest zamiana fibrynogenu, rozpuszczalnego białka fibrylarnego na nierozpuszczalną fibrynę (włóknik). Reakcja ta ma charakter proteolizy i jest katalizowana przez peptydazę nazywaną trombiną. Pierwsza faza procesu krzepnięcia polega na wytworzeniu tromboplastyny, lipoproteidu występującego w tkankach, z których może być wyzwolony przez mechaniczne uszkodzenie komórki. Osocze nie zawiera czynnej tromboplastyny. Powstaje ona przy współudziale 6 czynników występujących w osoczu i fosfolipidu pochodzącego z krwinek płytkowych. Zawarty w osoczu czynnik XII zaktywowany przez zetknięcie z szorstką powierzchnią, powstałą na skutek skaleczenia, tworzy z czynnikiem XI (poprzednikiem tromboplastyny osocza - PTA) tzw. czynnik tromboplastyczny. Ten ostatni przy współdziałaniu z obecną w osoczu globuliną antyhemofilową (czynnik VIII) i „składnikiem tromboplastycznym osocza” (czynnik IX) i fosfolipidem z krwinek płytkowych tworzy nieczynną tromboplastynę. Jej aktywacja wymaga zawartych w osoczu czynnika V oraz jonów wapniowych (czynnik IV). Tromboplastyna tkankowa z prokonwertyną (czynnik VII), czynnikiem X i jonami wapnia wytwarza konwertynę, która z czynnikiem V wytwarza protrombinazę działającą bezpośrednio na protrombinę (czynnik II), występującą w osoczu jako jedna z alfa2 - globulin. Zamiana protrombiny w trombinę stanowi drugą fazę krzepnięcia. Trzecia fazą jest przejście fibrynogenu w fibrynę.

Powstająca fibryna tworzy trójwymiarową sieć, w której pustych przestrzeniach zatrzymane są krwinki. Po pewnym czasie następuje skurcz sieci fibrynowej i wyciśnięcie ze skrzepu surowicy, tj. osocza nie zawierającego skrzepu (retrakcja skrzepu). Pozostawiony w jałowych warunkach skrzep ulega po kilku godzinach lub dniach rozpuszczeniu (fibrynoliza) pod wpływem plazminy, enzymu powstającego z nieczynnego plazminogenu we frakcji globulinowej.

9. Funkcja nerek

Główne zadania nerek to:

• usuwanie z moczem szkodliwych produktów przemiany materii,

• zatrzymywanie składników niezbędnych dla organizmu, które ulegają przefiltrowaniu do moczu pierwotnego (resorpcja),

• regulacja objętości płynów ustrojowych,

• wpływ na ciśnienie tętnicze krwi (układ renina-angiotensyna-aldosteron),

• wpływ na prawidłową erytropoezę (produkcja erytropoetyny),

• wpływ na równowagę kwasowo-zasadową (pH krwi), dzięki możliwości zakwaszania moczu,

• wpływ na układ kostny przez produkcję aktywnych postaci witaminy D₃.

10. Omówić kolejne etapy powstawania moczu

W naczyniach krwionośnych kłębków nefronów zachodzi przesączanie osocza do torebek kłębuszków nerkowych. Ten przesącz zawiera wszystkie składniki osocza oprócz białek, które nie przedostają się przez ściany naczyń krwionośnych kłębków. Określa się go zazwyczaj jako przesącz pierwotny, który jest materiałem dla wytwarzania moczu w kanalikach nefronu.

Przesącz pierwotny w kanalikach proksymalnych zostaje wchłonięty w 70-80%, tak że do pętli nefronu dociera ciecz pozbawiona w warunkach normalnych glukozy, części mocznika, aminokwasów, kreatyny, pirogronianu, mleczanu i pokaźnej ilości jonów. Całkowicie wchłonięte są jony potasowe i ponad 80% jonów sodowych i chlorkowych. pH jest obniżone w stosunku do osocza, ponieważ część jonów wodorowęglanowych jest również wchłonięta zwrotnie. Wchłanianie zwrotne w kanalikach proksymalnych jest względnie niezależne od składu i objętości cieczy (wchłanianie obligatoryjne). Ostateczne wytworzenie moczu dochodzi do skutku podczas przepływu przesączu pierwotnego przez pętlę nefronu (pętlę Henlego), kanalik kręty dystalny i przewód zbiorczy. Następuje tam dalsza utrata wody. W kanaliku dystalnym zachodzi dalsze wchłanianie zwrotne jonów sodowych, chlorkowych, wodorowęglanowych uzależnione od składu, stężenia i pH cieczy przepływającej przez kanalik (wchłanianie fakultatywne).

11. Współczynnik oczyszczania i próg nerkowy

Współczynnik oczyszczania (clearence) - tą nazwą określa się liczbę mililitrów osocza, z której w czasie przepływu przez nerkę została usunięta w ciągu minuty określona ilość substancji w nim obecnej. Współczynnik oczyszczania oblicza się znając stężenie danego związku w moczu, stężenie jego w osoczu oraz objętość minutową moczu.

Jeżeli substancja wydalana z moczem nie ulega wchłanianiu zwrotnemu, ani wydalaniu w kanalikach, to wartość liczbowa jej współczynnika oczyszczania C równa się objętości osocza, jaką przesącza się przez kłębki w ciągu minuty. Objętość tą określa się jako przesączanie minutowe. Substancją, która jest usuwana z osocza jedynie przez przesączanie, a nie ulega wchłanianiu, jest na przykład insulina. Wartość współczynnika oczyszczania insuliny równa się 125 ml/min i odpowiada wartości przesączania minutowego.

Zgodnie z powyższym, jeżeli współczynnik oczyszczania jakiegoś składnika osocza ma wartość 125 ml/min, oznacza to, że zostaje on wydalony przez nerkę bez wchłaniania i dodatkowego wydalania, jedynie wskutek prostego przesączania. Wartości C mniejsze od 125 ml/min świadczą o częściowych wchłanianiu w kanalikach, większe - o wydalaniu nie tylko wskutek przesączania przez kłębki, lecz również i przez nabłonek kanalików. Jeżeli C równa się zeru, to zachodzi całkowite wchłanianie zwrotne.

Glukoza, aminokwasy, woda, jony sodowe, chlorkowe i potasowe, mocznik, kwas moczowy mają C< 125 ml/min albo równy zeru.

Kreatynina, jony amonowe, kwas moczowy mają C> 125 ml/min.

Próg nerkowy - graniczne stężenie substancji we krwi, po przekroczeniu którego substancja nie jest całkowicie resorbowana z moczu pierwotnego w procesach resorpcji kanalikowej w nefronach nerki i pojawia się w moczu ostatecznym (dla glukozy wynosi 10 mmol/l = 180 mg/100 ml).

12. Omów dokładnie składniki moczu fizjologicznego, podać w jakich przemianach ustrojowych powstają

W moczu normalnym najważniejszym składnikiem chemicznym obok wody, jest mocznik, ostateczny produkt przemiany białkowej ssaków i częściowo płazów, końcowy produkt przemiany związków purynowych większości ryb słodkowodnych. U ptaków i gadów miejsce mocznika zajmuje kwas moczowy jako końcowy produkt azotowy przemian związków białkowych i puryn. Kwas moczowy występuje również w znacznie mniejszych ilościach u człowieka i małp człekokształtnych, a śladowo u innych ssaków, jako produkt przemiany puryn. U większości ssaków końcowym produktem przemian związków purynowych jest alantoina (w moczu człowieka i małp występuje śladowo), u płazów i ryb łososiowatych - kwas alantoinowy, a u ryb karpiowatych i szczupaka - mocznik i kwas glioksalowy.

Ilość mocznika w moczu wynosi dobowo w gramach:

Człowiek ok. 30

Pies 3-12

Bydło 60-100

Koń 70-150

W moczu kręgowców występują poza tym: kreatynina (jej ilość stała, niezależna od diety), indykan zwierzęcy, aminy, aminokwasy, hormony sterydowe, urochrom, kwas hipuronowy i kwas fenaceturowy.

Ilość aminokwasów w moczu jest bardzo mała, stanowi około 3% aminokwasów zawartych w moczu pierwotnym. W największych ilościach wydalane są histydyna i pochodna cysteiny - tauryna, następnie - glicyna i glutamina. W moczu zwierząt (Zwłaszcza roślinożernych) występują dodatkowo parakrezol i dwufenole, kwasy fenylosiarkowe oraz produkty sprzężenia fenoli z kwasem glukuronowym. Dla moczu ptaków typowy jest kwas orniturowy.

Jony występujące w moczu w największych ilościach to chlorkowy, sodowy, potasowy, fosforanowy (jedno- i dwuzasadowe u mięsożernych, dwu- i trójzasadowe u roślinożernych), siarczanowy i amonowy. Poziom jonów siarczanowych zależy głównie od ilości i jakości spożytego białka bogatego w siarkę. Mocz charakteryzuje stały stosunek siarki i azotu (1:5). W moczu zwierząt będących na diecie mięsnej wzrasta ilość amoniaku.

W moczu występują również składniki związane ze specyfiką przyjmowanego pokarmu lub leków.

13. Omów patologiczne składniki moczu

Ze zmniejszoną ilością jonów sodu i chloru w mocz spotkamy się w głodzie, podczas powstawania wysięków i przesięków oraz w stanach gorączkowych; ze zmniejszoną ilością samych jonów chlorkowych przy długotrwałych wymiotach.

Zwiększenie ilości siarczanów u trawożernych zachodzi podczas głodu (zużycie własnego białka) oraz po zadaniu siarczanów w formie leków. Ilość fosforanów u trawożernych zwiększa się przy nieżytach przewodu pokarmowego, jak również przy osteomalacji.

Zwiększona ilość szczawianów występuje w stanach gorączkowych, głodzie albo przy zaburzeniach przewodu pokarmowego (morzysko u koni).

Kwas mlekowy pojawia się na skutek spowolnienia procesów utleniających w tkankach, po wyczerpującej pracy mięśniowej, przy zatruciach kurarą, tlenkiem węgla, alkaloidami, niewydolności wątroby. W głodzie cukrowym lub przy niemożności przyswajania cukru przez organizm (cukrzyca), przy robaczycach oraz w większości chorób gorączkowych (zwłaszcza u osobników młodych) pojawiają się w moczu ciała ketonowe. Na skutek degeneracji tłuszczowej nerek (zatrucia fosforem, sublimatem, przewlekłe choroby zakaźne) w moczu występują tłuszczowce i cholesterol.

Obecność cukrów w moczu jest zjawiskiem patologicznym. Najczęściej spotykanym cukrem jest glukoza, występująca przy cukrzycy, ciężkich schorzeniach OUN (w większości przypadków wścieklizny), na skutek zatrucia alkoholem, alkaloidami, chloroformem. W moczu patologicznym można spotkać również pentozy, które pojawiają się przy ciężkich schorzeniach wątroby i zaawansowanej cukrzycy. Galaktozę stwierdzono w moczu osesków przy schorzeniach jelitowych i przy przejściu z diety mlecznej na pokarm stały.

W chorobach przewodu pokarmowego, przy zwiększonych procesach gnilnych w jelitach grubych, występują w moczu fenole oraz kwas indolooctowy. Przy intensywnym zużywaniu białka mięśni pojawia się kreatyna, a przed atakami dny - kwas moczowy. W stanach żółtaczkowych zjawiają się w moczu kwasy żółciowe oraz barwniki żółciowe. Podczas poważnych schorzeń wątroby, w związku z zahamowaniem dezaminacji aminokwasów, występuje zwiększenie ilości aminokwasów (aminoacyduria). Obecność białka w moczu wskazuje z reguły na schorzenie nerek lub dróg odprowadzających mocz. Obserwuje się ją m.in. w chorobach zakaźnych, rozległych oparzeniach skóry i przy zatruciach metalami ciężkimi; przejściowo (poniżej 0,5%) - po znacznych wysiłkach oraz w przebiegu ciąży. W związku z nadmiernym rozpadem krwinek czerwonych pojawia się w moczu hemoglobina. Duża ilość hemoglobiny występuje w przebiegu hemoglobinurii u koni oraz piroplazmozy u bydła. Zwiększona ilość urobilinogenu spotykamy w moczu przy uszkodzeniu wątroby, zwiększonym rozpadzie czerwonych ciałek krwi oraz w stanach gorączkowych.

Urochrom występuje w zwiększonych ilościach przy schorzeniach wątroby.

14. Budowa i podział hormonów

Hormon jest substancją regulacyjną, produkowaną (najczęściej) przez wyspecjalizowany narząd gruczołowy i transportowaną poprzez krew do komórek docelowych, czuli takich, które na swojej powierzchni, w cytoplazmie lub w jądrze posiadają receptor wiążący dany hormon. Niektóre hormony są produkowane przez komórki rozproszone po różnych tkankach. Związanie hormonu przez receptor uruchamia ciąg reakcji pobudzających bądź hamujących określone procesy metaboliczne

Podział hormonów w zależności od miejsca wytwarzania:

• hormony gruczołów dokrewnych - powstają w wyspecjalizowanych narządach czyli gruczołach dokrewnych,

• hormony tkankowe - produkowane są w wyspecjalizowanych komórkach rozrzuconych w tkankach różnych narządów,

• hormony działające ogólnie lub miejscowo - komórki pełniące inne wyspecjalizowane funkcje.

Podział hormonów w zależności od budowy chemicznej:

• pochodne kwasów tłuszczowych

• hormony steroidowe

• pochodne aminokwasów

• polipeptydy

Podział hormonów w zależności od miejsca powstawania w komórce:

• pochodne kwasów tłuszczowych -

• hormony tkankowe

• hormony steroidowe pochodne cholesterolu -

• kora nadnerczy

• pochodne aminokwasów -

• podwzgórze

• część gruczołowa przysadki

• część pośrednia przysadki

• szyszynka

• tarczyca

• przytarczyce

• trzustka

• rdzeń nadnerczy

• jądra

• jajniki - komórki pęcherzyków jajnikowych, komórki ciałka żółtego

• polipeptydy -

• hormony przysadki

15. Mechanizm działania hormonów

Ogólnie działanie hormonów polega na aktywacji lub dezaktywacji pewnych mechanizmów komórkowych w tkankach docelowych (narządach docelowych). Na przykład insulina tak wpływa na komórki, że aktywuje mechanizmy pobierania glukozy, co powoduje spadek stężenia glukozy we krwi. Aktywacja lub dezaktywacja odbywa się przez łączenie ze specyficznymi błonowymi lub wewnątrzkomórkowymi receptorami. Wiele hormonów ma działanie wzajemnie antagonistyczne - np. insulina i glukagon. Insulina powoduje spadek stężenia glukozy we krwi, a glukagon wzrost jej stężenia. Wśród hormonów można wyróżnić grupę, której zadaniem jest regulacja czynności innych hormonów. Na przykład hormon tyreotropowy (TSH) wydzielany przez przedni płat przysadki mózgowej wpływa na zwiększenie wydzielania hormonów tarczycowych - tyroksyny, a także trójjodotyroniny. Poza tym TSH wpływa na zwiększenie ukrwienia gruczołu tarczowego, a także taką przebudowę strukturalną pęcherzyków tarczycowych, która pozwala sprostać wymogom zwiększonej czynności hormonalnej. Tę grupę nadrzędnych "nadzorców" nad innymi gruczołami dokrewnymi nazywamy hormonami tropowymi. Nad hormonami tropowymi kontrolę sprawuje wyższe piętro nadzoru. Znajduje się ono w części mózgu nazywanej podwzgórzem. Podwzgórze produkuje hormony uwalniające i hamujące, które wpływają na wzrost lub spadek wydzielania hormonów tropowych produkowanych przez przysadkę. I tak, istnieje tyreoliberyna powodująca uwalnianie (zwiększenie wydzielania) hormonu tropowego - TSH (hormon tyreotropowy), a także somatostatyna, która zmniejsza wydzielanie hormonu wzrostu przez komórki przysadki mózgowej. Ogólnym mechanizmem działającym w obrębie układu hormonalnego jest ujemne sprzężenie zwrotne. Produkt wydzielany przez dany gruczoł dokrewny np. tarczycę - czyli tyroksyna (T4) (a także bezpośrednio trójjodotyronina), wpływa hamująco na gruczoł dokrewny nadzorczy czyli przysadkę mózgową. Powoduje to spadek wydzielania TSH przez przysadkę i z kolei hormonów tarczycy. Spadek nie może przekroczyć pewnej określonej granicy, gdyż wówczas ujemny wpływ maleje, co pozwala na ponowne produkowanie większych ilości TSH. Jest to element homeostazy i system ten działając we wzajemnym sprzężeniu, utrzymuje równowagę hormonalną organizmu.

16. Różnica między enzymami a hormonami

17. Budowa i klasyfikacja witamin

Z punktu widzenia chemicznego witaminy należą do różnych grup związków organicznych, a jedynie ich znaczenie dla organizmów żywych pozwala opisywać je pod wspólną nazwą. Z tego też powodu tradycyjnie witaminy dzieli się na:

• rozpuszczalne w wodzie

• witamina C (kwas askorbinowy)

• witamina B₁ (tiamina) - składa się z dwóch części: pirymidynowej i tiazolowej, zespolonych mostkiem metylenowym

• witamina B₂ (ryboflawina) - składa się z pierścienia dimetyloizoalloksazyny, która wiąże się z rybitolem

• witamina B₃ (niacyna, witamina PP, kwas nikotynowy, amid kwasu nikotynowego)

• witamina B₅ (kwas pantotenowy) - składa się z beta - alaniny i kwasu pantoinowego

• witamina B₆ (pirydoksyna, pirydoksal,adermina) - pirydoksyna, pirydoksamina, pirydoksal lub ich fosforylowane pochodne

• Witamina B₇ (biotyna, witamina H) - zawiera pierścień tiofenowy i imidazolowy oraz pięciowęglowy łańcuch boczny zakończony grupą karboksylową

• witamina B₁₁ (kwas foliowy) - składa się z pterydyny i kwasu para-aminobenzoesowego oraz od jednej do siedmiu reszt glutaminianu

• witamina B₁₂ (cyjanokobalamina) - zaliczana do porfiryn

• Witamina P (mieszanina pochodnych flawonoidowych np. hesperydyna, rutyna)

• rozpuszczalne w tłuszczach

• Witamina A (retinol i jego pochodne) - są to związki 20-węglowe, zawierające pierścień sześciowęglowy z jednym podwójnym wiązaniem.

• Witamina D (cholekalcyferol i pochodne)

• Witamina E (tokoferol) - związek dwupierścieniowy, zawiera pierścień aromatyczny i sześcioczłonowy pierścień heterocykliczny z atomem tlenu.

• Witamina K (fitochinon, menadion) - związek dwupierścieniowy, z których jeden ma charakter aromatyczny, a drugi chinonowy z kilkoma podstawnikami

18. Awitaminozy, hipowitaminozy, hiperwitaminozy

Awitaminoza - schorzenie polegające na całkowitym braku w organizmie witaminy lub ich zestawu. Powoduje różnorodne zakłócenia przemiany materii z objawami charakterystycznymi dla poszczególnych witamin.

Awitaminoza witaminy A prowadzi do:

• kurzej ślepoty;

• rozmiękania rogówki (keratomalacja);

• zespołu suchego oka (xerophtalmia);

Awitaminoza witaminy B1 prowadzi do choroby Beri beri.

Awitaminoza witaminy PP prowadzi do pelagry.

Awitaminoza witaminy B12 prowadzi do niedokrwistości megaloblastycznej.

Awitaminoza witaminy C prowadzi do choroby zwanej szkorbut.

Awitaminoza witaminy D prowadzi do krzywicy.

Awitaminoza witaminy K prowadzi do słabej krzepliwości krwi.

Hiperwitaminoza - zespół objawów chorobowych wywołany nadmiarem witamin w organizmie, dotyczy on przede wszystkim witamin rozpuszczalnych w tłuszczach: A, D, E i K. Przeciwieństwem jest awitaminoza.

Nadmiar witaminy A - powoduje odwapnienie kości i zaburzenia pracy nerek.

Nadmiar witaminy D - nadmiar witaminy D może powodować nudności, wymioty, świąd skóry, ból oczu, biegunka, wzmożone oddawanie moczu, obfite pocenie się jak również odkładanie się nadmiernych ilości wapnia w tkankach miękkich, w wątrobie, nerkach, płucach, sercu i naczyniach krwionośnych. Skutkami przedawkowania witaminy D przez ciężarne i karmiące kobiety mogą być deformacje płodu i choroby kości u noworodka.

Nadmiar witaminy E - zbyt duże dawki witaminy E mogą spowodować zaburzenia czynności przewodu pokarmowego, uczucie zmęczenia i osłabienia. Na szczęście przedawkowanie tej witaminy zdarza się bardzo rzadko, gdyż normalnie 60% dawki dziennej wydalane jest wraz z kałem.

Nadmiar witamin z grupy B - hiperwitaminoza witaminy B1 objawia się drżeniem mięśni i kołataniem serca, a witaminy B2 - świądem, drętwieniem kończyn oraz uczuciem palenia i kłucia.

Nadmiar witaminy C - objawami przedawkowania kwasu askorbinowego są zaburzenia w układzie pokarmowym i nerwowym, wysypka skórna, uzależnienie, może przyspieszenie tworzenia się kamieni nerkowych (u osób mających problemy z nerkami).

Hipowitaminoza - zespół objawów wywołanych zbyt małą ilością jednej lub kilku witamin w organizmie. Występuje na skutek niedoboru witamin w diecie (hipowitaminoza pierwotna) lub w efekcie upośledzenia wchłaniania witamin z pokarmu, działania leków albo zwiększonego zapotrzebowania w przebiegu chorób lub w czasie ciąży (hipowitaminoza wtórna).

19. Funkcje katalityczne witamin (koenzymy)

Witamina B_{1 -} tiamina

Poprzez fosforylację tiamina przechodzi w pirofosforan tiaminy - TPP. Funkcja koenzymatyczna TPP polega na wiązaniu alfa-ketokwasów w procesie oksydacyjnej dekarboksylacji i przenoszeniu aldehydów.

Witamina B₂ - ryboflawina

Koenzymy flawinowe - FMN i FAD, biorą udział w przemianach oksydoredukcyjnych większości aminokwasów do ketokwasów i aktywnych nasyconych kwasów tłuszczowych w nienasycone.

Witamina B₃ - niacyna

Niacyna jest kwasem nikotynowym lub jego amidem. Produkty pokarmowe zawierają niacynę w postaci NAD i NADP. Są one hydrolizowane w przewodzie pokarmowym. Wolna niacyna i wolny niacynamid są absorbowane w jelicie cienkim i transportowane do tkanek, gdzie ponownie wbudowują się do NAD i NADP.

Witamina B₅ - kwas pantotenowy

Składa się z beta-alaniny i kwasu pantoinowego. Jest niezbędnym substratem do biosyntezy koenzymu A i fosfopanteteiny, będącej składnikiem syntazy kwasów tłuszczowych, a ściślej jednej z jej domen, określanej symbolem ACP.

Witamina B₆ - pirydoksyna

Fosforan pirydoksalu stanowi grupę prostetyczną aminotransferaz. Ponadto uczestniczy w innych reakcjach związanych z metabolizmem aminokwasów, porfiryn i glikogenu np. jest koenzymem dekarboksylazy glutaminianowej, syntazy kwasu delta-aminolewulinowego czy fosforylazy glikogenowej.

Biotyna

Bierze udział w przenoszeniu dwutlenku węgla przy wkładzie energetycznym ATP. Jest ona dawcą dwutlenku węgla na rzecz acetylo~S~CoA w biosyntezie kwasów tłuszczowych i w karboksylacji kwasu pirogronowego do szczawiooctowego.

Kwas foliowy

THF (tetrahydrofolian) funkcjonuje jako przenośnik fragmentów jednowęglowych, które wiążą się z jednym lub dwoma azotami (są to grupy metylowe, hydroksymetylowe, formylowe i forminowe). Bierze udział w przemianach glicyny, seryny, tryptofanu i histydyny, biosyntezie puryn i nukleotydów purynowych.

Kwas foliowy stymuluje procesy krwiotwórcze w organizmie, niedobory odbijają się na spowolnieniu syntezy DNA, a także włączanie do DNAuracylu zamiast tyminy

Witamina B₁₂ - kobalamina

Koenzym bierze udział w procesie izomeryzacji i transmetylacji.

Witamina C

Nie jest typowym koenzymem, ale dzięki właściwościom redukującym bierze udział w wielu procesach metabolicznych poprzez przenoszenie elektronów - powstawanie kolagenu, metabolizm tyrozyny, biosynteza noradrenaliny.

20. Biochemia widzenia

Mechanizm widzenia zależny jest od witaminy A, jej aktywnych form - retinolu i retinalu. Retinal jest transportowany z wątroby do tkanek pozawątrobowych w kompleksie z białkiem wiążącym retinol: RBP. Głównymi komórkami docelowymi dla retinolu związanego z RBP są komórki nabłonka, które mogą utleniać retinol do retinalu, a retinal do kwasu retinowego.

Retinal odgrywa zasadniczą rolę w mechanizmie procesu widzenia. Stanowi on grupę prostetyczną rodopsyny, białka komórek siatkówki - zwanego także purpurą wzrokową. Składa się z opsyny i 11-cis-retinalu. Kwant świetlny powoduje izomeryzację cis-retinalu do trans- retinalu. Izomeryzacja ta powoduje zmiany konformacyjne w rodopsynie, które zmieniają potencjał błonowy komórek siatkówki, a to przetwarza się na sygnał elektryczny, przesyłany przez nerw wzrokowy do mózgu.

21. Kwasy żółciowe - skład i znaczenie

Żółć jest mieszaniną związków organicznych i nieorganicznych. Jej głównymi składnikami są lecytyna (fosfatydylocholina) i sole kwasów żółciowych.

Kwasy żółciowe zawierają 24 atomy węgla. Nie posiadają wiązań podwójnych. Najobficiej występującymi kwasami żółciowymi są: kwas cholowy i deoksycholowy, w mniejszej ilości występują kwasy: litocholowy i chenodeoksycholowy.

Obecność polarnych grup karboksylowych i hydroksylowych nadaje kwasom żółciowym, jako jedynej grupie lipidów, rozpuszczalność w środowisku wodnym. Kwasy żółciowe mają charakter amfipatyczny. Ich grupy są hydroksylowe są skierowane na jedną stronę płaszczyzny pierścienia, a grupy metylowe na drugą. Dlatego cząsteczka kwasu żółciowego ma stronę niepolarną, skierowaną ku fazie tłuszczowej i stronę polarną, skierowaną ku fazie wodnej.

Dzięki tej właściwości kwasy żółciowe pełnią funkcję emulgatorów wobec nierozpuszczalnych w wodzie triacylogliceroli i innych lipidów. Zwiększają stopień dyspersji tłuszczów w treści jelitowej, zwiększając przez to dostępność lipazy trzustkowej do substratu lipidowego. Ponadto, wiążą się z cholesterolem, umożliwiając mu rozpuszczalność w żółci i wydalanie poprzez przewód pokarmowy.

22. Wątroba - funkcja biochemiczna i detoksykacyjna

W wątrobie zachodzi większość procesów biosyntezy i rozpadu. W wątrobie zachodzi biosynteza większości białek osoczowych, głównie albumin, a także białek uczestniczących w krzepnięciu krwi. Wątroba przekształca toksyczny amoniak w nietoksyczny mocznik. Produkuje kwasy żółciowe. Przekształca hem w barwniki żółciowe. Uczestniczy w tworzeniu kompleksów lipoproteinowych osocza, zamienia toksyczne ksenobiotyki w nietoksyczne produkty.

Glukoza wchłonięta w przewodzie pokarmowym przechodzi do wątroby, gdzie ulega przemianie w kierunkach: do glikolizy tlenowej (70-90% glukozy), szlaku pentozofosforanowego. Przy dostatecznej przemianie glukozy, część tego cukru jest magazynowana w postaci glikogenu, którego zawartość może osiągać nawet 8% masy tego narządu.

Narząd ten nie tylko zużywa cukry, lecz także je syntetyzuje drogą glukoneogenezy. Substratami zużywanymi w tym procesie jest pirogronian, mleczan, glicerol i szkielety węglowe aminokwasów glukogennych. Wątroba posiada ponadto zestaw enzymów pozwalających na przetwarzanie fruktozy i galaktozy.

W wątrobie zachodzi zarówno degradacja, jak i biosynteza kwasów tłuszczowych. Wątroba przetwarza kwasy tłuszczowe pochodzące z osocza i produkuje je na potrzeby innych narządów. Degradacja kwasów tłuszczowych zachodzi przez beta-oksydację do acetylo~S~CoA.

Wątroba przetwarza mleczan będący produktem glikolizy beztlenowej, zachodzącej w mięśniach szkieletowych i w krwinkach czerwonych. W wątrobie zachodzi proces ketogenezy, który nasila się w przebiegu cukrzycy i choroby ketonowej, ciała ketonowe nie są zużywane przez wątrobę, przechodzą one do krwi.

23. Układ pokarmowy - funkcja biochemiczna

W układzie pokarmowym zachodzi trawienie i wchłanianie związków chemicznych zawartych w pokarmie. Dochodzi tam do rozkładu białek, tłuszczów, wielocukrów, kwasów nukleinowych i innych na związki prostsze, które podlegają procesowi wchłaniania. Enzymy biorące udział w procesie trawienia, należą głównie do klasy hydrolaz i katalizują rozpad związków przy udziale wody, czyli powodują ich hydrolizę.

U ludzi, proces trawienia zaczyna się już po pobraniu pokarmu do jamy ustnej. Dochodzi tam do zwiększenia wydzielania śliny, która zawiera enzym trawienny - amylazę ślinową. Pożywienie jest rozdrabniane, mieszane ze śliną i przeżuwane za pomocą zębów i języka. Amylaza rozpoczyna trawienie węglowodanów zawartych w pożywieniu. Następnie pokarm formowany jest w kęs pokarmowy i jest w trakcie połykania przemieszczany przez gardło i przełyk do żołądka.

W żołądku pokarm mieszany jest z sokiem żołądkowym, który ze względu na wysokie stężenie kwasu solnego inaktywuje amylazę ślinową. Jednak do momentu zakwaszenia pokarmu amylaza ślinowa jest wciąż aktywna - w konsekwencji 20-40% wielocukrowców zostaje rozłożonych. W żołądku trawione są głównie białka, dzięki wydzielanej tam pepsynie, a lipaza żołądkowa zapoczątkowuje trawienie tłuszczów, ale tylko zemulgowanych (których źródłem są m.in. jajka i mleko). Brak trawienia tłuszczów jest spowodowanych brakiem emulgacji - żółć jest wydzielana dopiero do dwunastnicy.

Dalsze trawienie przebiega w jelicie cienkim. Treść pokarmowa jest partiami przekazywana do dwunastnicy. Hormony jelitowe (sekretyna, cholecystokinina) pobudzają wydzielanie żółci, soku jelitowego oraz soku trzustkowego. W jelicie cienkim, a zwłaszcza w dwunastnicy ma miejsce zasadnicze trawienie. Kwaśna treść pokarmowa przechodząca z żołądka, jest neutralizowana przez zasadowy sok trzustkowy, w celu umożliwienia działania enzymów trawiennych takich jak amylaza trzustkowa, chymotrypsyna, trypsyna, lipaza i innych.

Do dwunastnicy wydzielana jest również żółć zawierająca sole żółciowe, których zadaniem jest zemulgowanie tłuszczów, co czyni je bardziej podatnymi na działanie lipazy. Tłuszcze są trawione przez lipazę trzustkową (wraz z kolipazą), która działa tylko w fazie wodnej, więc tylko na powierzchni. W wyniku trawienia powstają wolne kwasy tłuszczowe i 2-monoglicerydy, które są formowane wraz z kwasami żółciowymi w micele. W tej formie są one transportowane do rąbka szczoteczkowego enterocytów i tam wchłaniane. W jelicie cienkim wchłaniane są małocząsteczkowe związki, będące produktami hydrolizy. Następuje tu również trawienie bakteryjne, które polega na rozkładzie niestrawionych kawałków pokarmu znajdujących się między kosmkami jelitowymi przez bakterie.

W jelicie grubym ulega wchłanianiu woda oraz pewna pula witamin.

24. Metaboliczny profil - mięśnie, tkanka tłuszczowa

Mięśnie

W mięśniu szkieletowym nie zachodzi glukoneogeneza, funkcjonuje natomiast glikogenogeneza i glikogenoliza. Glukoza dostarczana do mięśnia szkieletowego, w ilości przekraczającej jego aktualne potrzeby energetyczne, jest przetwarzana w glikogen. W przypadku niedoboru glukozy uruchamia się glikogenoliza, której produktem jest glukozo-1-fosforan. Ten ostatni izomeryzuje do glukozo-6-fosforanu, który włącza się do glikolizy. Komórki mięśniowe, w odróżnieniu od komórek wątrobowych, nie posiadają bowiem glukozo-6-fosfatazy. Powstający glukozo-6-fosforan nie może być przekształcony w wolną glukozę.

Swoistą cechą metabolizmu energetycznego komórki mięśnia jest zdolność do natychmiastowego odtwarzania zużytego ATP z innych związków bogatych w energię. Jednym z nich jest fosfokreatyna, drugim ADP.

Mięśnie są głównym producentem aminokwasów endogennych. Powstaje w nich około 50% aminokwasów syntetyzowanych w organizmie, głównie alaniny, która transportowana jest do wątroby.

Głównym składnikiem mięśni jest woda, mięśnie szkieletowe zawierają jej około 70-80%. Dodatkowo występują fosforany, siarczany i chlorki, zwłaszcza potasu, poza tym magnezu, sodu, wapnia i żelaza.

25. Mleko - omów podstawowe składniki mleka

Synteza białek mleka, tj. kazeiny, β-laktoglobuliny i α-lakto-albuminy odbywa się w komórkach wydzielniczych gruczołu mlecznego. Odcinki wydzielnicze to system pęcherzyków i cewek, zbudowany z piramidowych komórek zakończonych mikrokosmkami (Cichocki, Kompendium histologii). Białka tworzone są w 90% z wolnych aminokwasów, a w pozostałej części z peptydów i glukoproteidowych frakcji globularnych, doprowadzanych z krwią do komórek mlekotwórczych. Pozostałe białka: albumina surowicy krwi i immunoglobuliny przenikają do mleka bezpośrednio z krwi. Źródłem aminokwasów potrzebnych do syntezy białek mleka jest dieta; u bydła pochodzą one z paszy oraz z drobnoustrojów obficie rozwijających się w żwaczu, trawione w dalszych odcinkach przewodu pokarmowego.

Do wytworzonych frakcji kazeinowych dołączany jest w aparacie Golgiego fosfor w postaci reszt ortofosforowych. Następnie wiązaniem estrowym zostaje przyłączona seryna, co umożliwia samoistne formowanie się miceli kazeinowych z udziałem jonów wapniowych, fosforanowych i cytrynianowych. Ze wszystkich związków azotowych obecnych w mleku wyróżnia się: związki azotowe niebiałkowe (5%), kazeinę (75-80%), białka serwatkowe (15-20%).

• Kazeina - to najważniejsze białko mleka. Kazeina występuje w mleku w postaci miceli tworzących roztwór koloidalny. Micele mają kształt sferyczny, ich średnica to 50-250 nm. Masa micelarna to 100-150 mln Da. Micele są wyraźnie widoczne pod mikroskopem. Struktura miceli jest porowata, a jej cząstki wypełniają mniej niż połowę objętości. Sprzyja to wiązaniu wody, jonów, laktozy i enzymów

• Albuminy - są reprezentowane przez alfa-lakto-albuminę, β-lakto-globulinę i albuminę serum, tzw. albuminę surowicy krwi. Białka te w mleku występują w rozproszeniu i są bardzo trudne do wydzielenia w postaci skrzepu. Białka te nie zawierają fosforu, natomiast bogate są w lizynę, a β-lakto-globulina ulega denaturacji podczas silnego ogrzania, co ma niekorzystny wpływ na wydzielanie skrzepu przy pomocy podpuszczki.

• Globuliny wysokocząsteczkowe (immunoglobuliny). W dużych ilościach występują w siarze. Obserwuje się je również u krów z zapaleniem wymienia (mastitis). Produkowane są przez komórki plazmatyczne występujące w gruczołach mlecznych. Wyróżnia się 3 grupy immunoglobulin:

• Typ G (IgG) - stanowi 90% całości globulin mleka bydła (u ludzi dominują IgA), o masie cząsteczkowej 150-170 tys.

• Typ M (IgM) - o masie cząsteczkowej 0,9-1 mln.

• Typ A (IgA)- o masie cząsteczkowej 300-500 tys.

Cukier mleczny, laktoza, jest w całości wytworem gruczołu mlekowego krowy. W 80% powstaje z glukozy a w 20% z octanów.

• Laktoza jest najważniejszym węglowodanem mleka. Laktoza jest dwucukrem zbudowanym z D-glukozy i D-galaktozy, które są połączone wiązaniem β-glikozydowym pomiędzy 1. węglem galaktozy a 4. węglem glukozy. Galaktoza występuje zawsze w formie β, a glukoza w α lub β. Laktoza należy do cukrów redukujących. Ulega również wielokierunkowym zmianom pod wpływem bakterii i drożdży. Pierwszym etapem tych przemian jest najczęściej hydroliza przy udziale enzymów laktazy. Powstałe w ten sposób cukry proste: glukoza i galaktoza w warunkach tlenowych utleniają się do CO₂ i H₂O, natomiast w warunkach beztlenowych ulegają fermentacji: alkoholowej i mlekowej. Laktoza jest odporna na wysokie temperatury, nawet 120°C.

Tłuszcz mleczny - Tworzony jest z glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerol powstaje w trakcie przemian glukozy, a nasycone kwasy tłuszczowe z fermentacji błonnikowej zachodzącej w żwaczu. Nienasycone kwasy tłuszczowe stanowiące od 3 do 5% tłuszczu dostarczane są z paszą, a następnie rozprowadzane z limfą lub w połączeniach lipoproteinowych z krwią. Część kwasów nienasyconych pochodzących z paszy ulega jednak uwodornieniu (nasyceniu) w żwaczu przez mikroflorę fermentacyjną.

• Ogólna zawartość tłuszczu mlecznego w mleku to 2,7 - 5,5%. Blisko 80% masy tłuszczu reprezentują kuleczki o średnicy 2-6 mikronów. Na powierzchni kuleczek są tzw. otoczki fosfolipidowobiałkowe. Natomiast wewnątrz jest półpłynny tłuszcz. Tłuszcz mleczny chemicznie jest tzw. tłuszczem właściwym, czyli estrem glicerolu i kwasów tłuszczowych (98%). Pozostałe 2% stanowią: cholesterol, fosfolipidy, karoteny, witaminy. Podstawowe kwasy tłuszczowe: linolowy, linolenowy i arachidowy stanowią grupę niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT, witamina F). W mleku krowim występuje również dużo kwasu oleinowego. Głównym fosfolipidem mleka jest lecytyna, która ma zdolności stabilizowania emulsji.

Substancje mineralne

• Wapń.Ok 2/3 całego wapnia związane jest z kazeiną w postaci dwu- i trójwapniowego fosforanu. 10% wapnia występuje w formie jonowej, a ok. 20% jako niezjonizowane węglany, fosforany i cytryniany.

• Fosfor.W postaci fosforanów wapnia, magnezu i potasu. Związany jest także estrowo z kazeiną, tłuszczami i cukrowcami.

• Potas. Występuje głównie w postaci wolnych jonów. Zawartość potasu zależna jest od zawartości sodu. Im mniej sodu, tym więcej potasu.

• Chlor, Sód. Występują w mleku jako wolne jony, ale w ścisłym powiązaniu z jonami wapnia i potasu. Zasadnicza rola chloru i sodu polega na utrzymaniu odpowiedniego ciśnienia osmotycznego mleka (wspomaga ono również laktozę).

• Magnez. Występuje w mleku zarówno w postaci związków rozpuszczonych (73-75% ogólnej ilości), jak i w postaci koloidalnej - fosforanów i cytrynianów. Tylko niewielka ilość magnezu (15%) występuje jako wolne jony. Magnez wpływa na stabilność termiczną mleka.

• Kwas cytrynowy. Jest on syntetyzowany w gruczole mlekowym; spełnia rolę czynnika buforującego. W 90% tworzy rozpuszczalne sole wapnia, magnezu i potasu.

Witaminy

• Witamina A. Wytwarzana przez organizm krowy z karotenu pobieranego z paszą. Następnie z krwią transportowana jest do gruczołu mlecznego. Witamina A gromadzona jest głównie w tłuszczu mleka;

• Witamina D. Powstaje w organizmie zwierzęcia lub bezpośrednio w mleku, a nawet w paszy: ze steroli pod wpływem promieni UV. W mleku obecny jest cholesterol w ilości 0,012% i w witaminę D może się on przekształcać przez naświetlenie mleka lub po spożyciu.

• Witamina E (tokoferol). Jej źródłem jest pasza zadawana krowie. Dlatego w sezonie pastwiskowym mleko jest bogatsze w witaminę E niż w sezonie zimowym.

• Witaminy z grupy B. Są wytwarzane przez mikroflorę (drobnoustroje) w żwaczu i jelitach.

pH mleka wynosi ok. 6,5

26. Metabolizm ksenobiotyków - biotransformacja i detoksykacja

Ksenobiotykiem jest każda substancja nie będąca naturalnym składnikiem żywego organizmu:

-

substancja egzogenna

-materiał antropogenny o strukturze nie występującej w przyrodzie,

do których organizmy nie przystosowały się na drodze wcześniejszej ewolucji.

Główne grupy substancji obcych dla człowieka to:

- leki,

- pestycydy,

- niektóre substancje celowo dodane do żywności,

- zanieczyszczenia środowiska zewnętrznego

Metabolizm ksenobiotyków w organizmie obejmuje:

- rozmieszczenie (dystrybucja)

- przemiany biochemiczne ( biotransformacja)

- wydalanie

- wchłanianie (absorbcja)

METABOLIZM SUBSTANCJI CHEMICZNYCH

Substancje chemiczne do tkanek i narządów dostają się po przeniknięciu przez błony biologiczne na zasadzie transportu:

- biernego

- nośnikowego

- aktywnego

Zostają wówczas pokonane bariery nabłonkowe poszczególnych układów oraz błony białkowo-lipidowe oddzielające różne tkanki od płynów ustrojowych. Związki silnie polarne np. kwasy sulfonowe lub aminy czwartorzędowe, czy też substancje bardzo lotne np. eter etylowy nie ulegają przemianom metabolicznym w ustroju człowieka. Wydalane są w swej pierwotnej formie. Większość ksenobiotyków ulega biotransformacji. Wydalane są z ustroju w postaci metabolitów.

 

1. Metabolity są mniej toksyczne w stosunku do substratu

lub wręcz stają się nietoksyczne -

detoksykacja

2. Metabolity te mogą stawać się bardziej toksyczne niż

dostarczony do organizmu substrat.

 

W związku z tym na określenie przemian wewnątrzustrojowych

ksenobiotyków używany jest termin “biotransformacja”. Celem biotransformacji ksenobiotyków jest zwiększenie ich

rozpuszczalności w wodzie (czyli zwiększenie ich polarności)

dzięki czemu ułatwione jest ich wydalanie z ustroju. Bardzo silnie hydrofobowe ksenobiotyki mogłyby przebywać w tkance tłuszczowej niezmiernie długo.

FAZA PIERWSZA

1. hydroksylacja - podstawienie grupy hydroksylowej do łańcuchów bocznych węglowodorów aromatycznych i barbituranów

2. epoksydacja - przyłączenie do podwójnego wiązania atomu tlenu z utworzeniem pierścienia trójczłonowego: (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) metabolity epoksydowe mogą wykazywać działanie mutagenne i rakotwórcze

3. oksydatywna dezaminacja - utlenienie amin endogennych (aminy katecholowe, poliaminy, histamina) -> do ketonów pod wpływem oksydazy aminowej w obecności NADPH i tlenu cząsteczkowego

4. desulfurylacja - podstawienie tlenu w miejsce siarki (insektycydy fosfororganiczne, tiobarbiturany) -> ulegają biotransformacji do metabolitów z reguły bardziej toksycznych

5. redukcja związków nitrowych - odpowiednie reduktazy w warunkach beztlenowych przekształcają aromatyczne związki nitrowe i azozwiązki (nitrobenzen, chloramfenikol) do amin pierwszorzędowych.

FAZA DRUGA

1. Glukuronidacja - reszta glukuronidowa z kwasu UDP-glukuronowego przy udziale enzymów -transferaz glukuronylowych - ulega związaniu przez tlen, azot lub grupę siarkową z substancjami, które posiadają grupy wodorotlenowe, karboksylowe, aminowe i sulfhydrolowe. Wiele związków np. fenole, sterole, alanina, kwas benzoesowy wydalane są pod postacią glukuronidów.

2. Sprzęganie z siarką i siarczanami (sulfatacja)

- fenole, alkohole pierwszo- i drugorzędowe, aminozwiązki alifatyczne i aromatyczne po reakcji sprzęgania z siarczanem przechodzą w estry siarkowe, cyjanowodór i cyjanki przechodzą w rodanki (izotiocyjaniany), niektóre metale przechodzą w siarczki.

3. Sprzęganie z glutationem

- sprzęganie substratu z aktywną grupą glutationu (reszta sulfhydrylowa SH cysteiny). Koniugaty glutationowe ulegają dalszym przemianom: odszczepienie grupy glutamylowej i glicynowej, przyłączenie grupy aminowej.

4. Metylowanie i acetylowanie - reakcje te mają dużą rolę w przemianach endogennych np. adrenalina jest metylowana do noradrenaliny, natomiast w metabolizowaniu obcych związków organicznych zachodzą rzadziej.

---