Biochemia- XVII - 21.03.2001

Metabolizm alkoholu etylowego zachodzi w wątrobie i jest zależny od 2 enzymów. Pierwszym jest dehydrogenaza alkoholowa - to jest enzym, którego koenzymem jest NAD⁺, jest zlokalizowany w wątrobie i jest enzymem cynkozależnym. Metabolizuje rozmaite alkohole, ale najwyższe powinowactwo do tego enzymu wykazuje alkohol etylowy - to znalazło zastosowanie praktyczne, ponieważ alkohol etylowy jest odtrutką w przypadku zatrucia innymi alkoholami, głównie alkoholem metylowym, jak ktoś się wybierze na bocznicę kolejową po alkohol, a nie do sklepu. Dawniej gdy alkohol był na kartki to substytutem alkoholu etylowego był glikol etylenowy, czyli płyn Borygo (do chłodnic samochodowych). Po alkoholu metylowym traci się wzrok, bo tak działają pochodne mrówkowe, natomiast po glikolu etylenowym dochodziło do ostrej niewydolności nerek, do wytrącania się szczawianów w drogach moczowych, a także do zgonu jeśli ktoś nie trafił na oddział dializ. Tego typu zatrucia były dosyć częste, np. na komuniach, bo sprzedali w sklepie nie to co trzeba. W wyniku tego pierwszego W wyniku pierwszego etapu metabolizmu powstaje metabolizmu etanolu powstaje aldehyd octowy. Jest on odpowiedzialny za szereg objawów, które obserwuje się następnego dnia po spożyciu alkoholu, które można ogólnie nazwać dezintegracją osobowości, a tak naprawdę to się nazywa kac. Następny etap metabolizmu zależny jest od dehydrogenazy aldehydowej, która jest oksydazą zależną od molibdenu i posiada żelazo niehemowe w swojej budowie, ten enzym również występuje w wątrobie i również zajmuje się metabolizmemuczestniczy w metabolizmie innych aldehydów, nie tylko aldehydu octowego.

Dehydrogenaza alkoholowa

Etanol Aldehyd octowy

Dehydrogenaza aldehydowa

Aldehyd octowy Kwas octowy

STOP

Disulfiram (Esperal)

Od sprawności tego enzymu zależy czy na drugi

dzień po spożyciu jest kac, czy go nie ma. Znane

są defekty dehydrogenazy aldehydowej warunkowanealdehydowej uwarunkowane genetycznie u niektórych ludów azjatyckich i te osoby mają wyjątkowo słabą głowę, ponieważ następnego dnia jeśli jest niesprawny ten enzym to ich to zniechęca od konsumpcji następnym razem, szczególnie razem. Szczególniedużo takich osób mieszka w Japonii, dlatego sake cieszy się dużym powodzeniem zwłaszcza poza Japonią. Tak więc kluczowe znaczenie ma aldehyd octowy, jego metabolizm aldehyd octowy można zablokować.octowy. Jego metabolizm można zablokować. Lek, który tu blokuje nazywa się disulfiram - tj. inhibitor dehydrogenazy aldehydowej, w efekcie gromadzi się aldehyd octowy i doprowadza do bólu głowy, nudności, wymiotów i w taki sposób leczy się nałogowych alkoholików, to jest preparat jako antikol, albo do wszycia podskórnego jako esperal. który blokuje dehydrogenazę aldehydową to Disulfiram, czyli Antikol, a do wszywania podskórnego Esperal, stosowane do leczenia nałogowych alkoholików. Zahamowanie aktywności dehydrogenazy aldehydowej powoduje nagromadzenie aldehydu octowego, co prowadzi do bólów głowy, nudności, wymiotów. Ostatnio był taki dobry felieton w „Gazecie Wyborczej” o prof. Falandyszu - ten pan jest nałogowym alkoholikiem i na prośbę swojej żony wszywał sobie granat w tyłek, to jest w rzeczywistości taki granat bo jeśli przy obecności disulfiramu spożyje się alkohol etylowy, to gromadzi się taki aldehyd octowy ze wszystkimi tego konsekwencjami, z uczuciem duszności, kołatania serca, co ma skłonić alkoholika do zaniechania picia alkoholu.

Teraz trzeba trochę legend rozwiać. Jest rzeczą wiadomą, że niektóre grupy etniczne, które spożywają alkohol w umiarkowanych ilościach mają mniejszą zapadalność na choroby układu krążenia, ale większą zapadalność na marskość wątroby. Ja w czasie studiów pracowałem w jednym z uniwersytetów na południu Europy, gdzie cały oddział to były marskości wątroby i nowotwory (hepatoma), a przyczyną było spożycie dużych ilości alkoholi, zwłaszcza wina w tych krajach. Natomiast istotnie spożycie wina, zarówno czerwonego jak i białego, jak i generalnie dieta bogata w warzywa, owoce, bogata w kwasy tłuszczowe jednonienasycone, w mikroelementy, ryby, sprzyja generalnie mniejszemu ryzyku wystąpienia chorób układu krążenia i stąd zainteresowanie, czy aby jak się zwiększy spożycie alkoholu, to zmniejszy się częstość występowania chorób układu krążenia. Alkohol przede wszystkim ma niekorzystny wpływ, ponieważ w toku metabolizmu alkoholu metylowego podczas metabolizmu alkoholu etylowego przy użyciu tego pierwszego enzymu - dehydrogenazy alkoholowej (enzym NAD - zależny, dehydrogenaza aldehydowa to enzym FAD - zależnym) z udziałem dehydrogenazy alkoholowej i dehydrogenazy aldehydowej (enzymów zależnych od NAD)powstaje dużo równoważników redukcyjnych, które zostają wykorzystane do syntezy trójglicerydów, one początkowo są eksportowane w zwiększonej ilości na obwód, czyli rośnie stężenie VLDL-i, czyli z czasem obserwujemy obraz tak jak w hiperlipoproteinemii typu czwartego, natomiast z czasem trójglicerydy gromadzą się w kom. wątrobowej, doprowadzają do zwyrodnienia tłuszczowego kom. wątroby, do stłuszczenia wątroby i do marskości wątroby. Szczególnie jeśli spożyciu większej ilości alkoholu towarzyszy dieta bogatokaloryczna, bogatocukrowa i bogatotłuszczowa. Szczególne ostrzeżenie dla osób popijających wódką golonko i spożywających dużo piwa, które jest wysokokaloryczne. Wiadomo, że spożywający duże ilości alkoholu etylowego mają podwyższone stężenie HDL w osoczu, kwestią dyskusyjną jest czy te HDL-e mają działanie ochronne, bo odbywa się to w mechanizmie zablokowania CETP.

Kolejna sprawa to działanie toksyczne alkoholu etylowego, które każdy na sobie może przetestować przy spożyciu nawet przeciętnych dawek etanolu: zahamowanie wydzielania wazopresyny, zarówno z podwzgórza jak i z przysadki mózgowej, w rezultacie dochodzi do diurezy, która nie kontrolowana prowadzi do odwodnienia. Osocze staje się hipertoniczne i następuje przesunięcie wody z tkanek (zasada osmozy). W wyniku tego, że następuje odwodnienie z przestrzeni wewnątrzkomórkowej do przestrzeni zewnątrzkomórkowej następuje przesunięcie wody na zasadzie dyfuzji. Z moczem uciekają elektrolity głównie: Na, K, Ca, Mg, co w konsekwencji doprowadza do dyselektrolitemii. Skutkiem tego jest kołatanie serca (należy wypić następnego dnia szklankę soku pomidorowego dla uzupełnienia potasu) i drżenie rąk. W efekcie odwodnienia następuje „kurczenie się mózgu”, następuje pociąganie opony twardej, która jest dobrze unerwiona, i ból głowy - taka jest patogeneza bólu głowy w wyniku picia etanolu, jeśli równocześnie nie pijemy napojów niealkoholowych.

Ponieważ gromadzi się zredukowany NADH + H⁺ kom. rozumie, że nagromadziły się równoważniki redukcyjne, czyli sobie mówi „mam dużo energii”, w efekcie dochodzi do zahamowania glikolizy, a ta glikoliza która przebiega biegnieprzebiega, biegnie do mleczanu z kilku powodów:

Kwas pirogronowy przy użyciu zredukowanego NAD-u redukuje się do mleczanu przy udziale dehydrogenazy mleczanowej, poza tym alkohol wypłukuje witaminę B₁, także B1 tak, że dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianiu do acetyloCoA również jest zaburzona. W efekcie dochodzi do kwasicy mleczanowej, obniżenia stężenia glukozy - mózg staje się głodny i gorzej pracuje następnego dnia. Rozwijają się objawy hipoglikemii z osłabieniem, poceniem się, drżeniem rąk, kołataniem serca w związku z uruchomieniem układu współczulnego. Podsumowanie tego co się nazywa second day syndrome - mianowicie gromadzenie aldehydu octowego, który odpowiedzialny jest za efekty toksyczne alkoholu etylowego w naszym organizmie. Następna sprawa to gromadzenie się wolnych rodników, powstających w toku metabolizmu alkoholu etylowego. Stąd ważne jest stosowanie zmiataczy wolnych rodników, uważa się, że najlepiej działają sowie jajka, ale mogą być też kurze. Tam jest dużo cysteiny, która się utlenia do cystyny. Kolejny mechanizm to jest odwodnienie, objawy hipoglikemii i bardzo ważna sprawa - metanol. Praktycznie każdy alkohol kupowany jako alkohol etylowy posiada domieszkę alkoholu metylowego, co nie zależy od ilości gwiazdek i ceny. Najmniej metanolu jest w czystym spirytusie rektyfikowanym, trochę jest w wódce, stosunkowo najwięcej metanolu zawiera burbon, czyli amerykańska whisky robiona z kukurydzy. Po burbonie ma prawo boleć głowa ponieważ metanol metabolizuje się tym samym torem i powstaje aldehyd mrówkowy, który jest silnie toksyczny. To są aspekty negatywne, ale są także pozytywne co sprawia, że alkohol etylowy jest najstarszym lekiem świata obok opium.

Teraz wybieramy się do mitochondrium i zajmujemy się dwoma torami metabolitycznymi, które się tam odbywają, mianowicie cyklem Krebsa i łańcuchem oddechowym. To są zagadnienia o które rzadko pytam, ale zwrócę uwagę na to co z punktu lekarskiego widzenia jest bardzo istotne. Trzeba nauczyć się wszystkich enzymów łańcucha oddechowego i inhibitorów hamujących łańcuch oddechowy, dezintegrujących sprzężenie między łańcuchem, a fosforylacją i takich które zaburzają transport, czy to ADP, ATP, czy protonów H⁺ do wnętrza mitochondrium, najczęściej pytam po co jest cykl Krebsa. Czasem pokazujepokazuję taki schemat, gdzie są wszystkie tory metaboliczne i każę znaleźć acetyloCoA, nie szukajcie go po rogach. Są dwa cele cyklu Krebsa: cel anaboliczny i cel kataboliczny, czyli cykl Krebsa ma w zasadzie charakter amfiboliczny, czyli dwojaki. Cel kataboliczny to wspólna końcowa wspólna, końcowadroga wszystkich związków, która ma dostarczyć energię w naszym organizmie. W tym miejscu to wszystko co jemy (nikt nie spożywa osobno cukrów, białek, albo tłuszczów, tylko wszystko razem, to się nazywa potrawa) zostaje w przewodzie pokarmowym rozłożone na czynniki pierwsze: kwasy tłuszczowe, aminokwasy, glicerol, cukry proste itd., czyli żegnają się te produkty z potrawą i to już przestaje być już potrawą, być potrwą. potem każdy element płynie swoim torem metaboliczny Potem każdy element płynie swoim torem metabolicznymi znowu mają jeden wspólny punkt spotkań i to jest właśnie cykl Krebsa. Gdzie, albo jako acetyloCoA - tak jest w przypadku glikolizy i beta - oksydacji, albo na innych produktach pośrednich cyklu Krebsa - w przypadku szkieletu węglowego aminokwasów - kończy się żywot tych substancji. To jest ostateczna droga mająca na celu uwolnienie dużej ilości równoważników redukcyjnych, które są swoistym czekiem na energię. Ta energia zostaje zrealizowana w łańcuchu oddechowym i fosforylacji oksydacyjnej. Druga bardzo ważna sprawa związana z cyklem Krebsa to jest to punkt wyjściowy do wielu niezwykle istotnych syntez w naszym organizmie - syntez związków złożonych. Dla lekarza istotne jest, że w pewnych sytuacjach metabolicznych cykl Krebsa jest zablokowany, ponieważ jest to przemiana absolutnie tlenowa nie może zachodzić w warunkach beztlenowych! Dlatego wszystkie długi tlenowe - hipoksja tkankowa zadłuża cykl Krebsa. Z jednej strony acetyloCoA nie może być utleniany z konsekwencjami w postaci ketogenezy, a z drugiej strony dochodzi do zaburzeń w syntezie związków, które tam mają początek swojego metabolizmu. Głównie są to sterydy, kwasy tłuszczowe i glukoza z glukoneogenezy.

Cukrowce w przewodzie pokarmowym dostają się do naszego organizmu - przekształcają się w glukozę albo w jakieś produkty pochodne jak fruktozo-1-fosforan, czy fruktoza. Glukoza jest spalana do pirogronianu, pirogronian przekształca się do acetyloCoA, to samo dzieje się z kwasami tłuszczowymi i szkieletem węglowym aminokwasów, czyli wspólna droga do spalenia substancji, które zjadamy. W przypadku glikolizy sprawa jest prosta, następuje przemiana w kwas pirogronowy, równoważniki redukcyjne zostają zużyte przez dehydrogenazy, które współpracują z NAD-em, NAD⁺ zostaje przekazany do mitochondrium, gdzie zostaje odtworzony do NADH + H+, jeśli nie ma tlenu to wszystko kończy się na kwasie pirogronowym, który dla odtworzenia równoważników redukcyjnych musi się zredukować do kwasu mlekowego i całej tej pięknej energii nie ma.

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa zaczyna się od tego, że acetyloCoA musi być dostarczony do mitochondrium - jest to związek dwuwęglowy, na niego czeka związek czterowęglowy, mianowicie szczawiooctan. Z ich połączenia powstaje sześciowęglowy cytrynian. Następnie mamy pierwszą utratę CO₂, powstaje pięciowęglowy alfa - keto - glutaran. Mamy następną utratę CO₂ - powstaje czterowęglowy sukcynyloCoA, dalej mamy związki czterowęglowe, bursztynian, fumaran, jabłczan i odtworzony zostaje szczawiooctan. Generalnie mamy wprowadzone dwa atomy węgla w acetyloCoA (z glikolizy, lub beta - oksydacji, lub glikolizy, beta-oksydacji lubspalania szkieletu węglowego aminokwasów) i dwie cząsteczki CO₂ zostają uwolnione - bilans równa się zero.

Pierwsza reakcja: acetyloCoA + szczawiooctan = cytrynian, reakcję katalizuje syntaza cytrynianowa, dalej mamy reakcję, która zachodzi w kilku etapach ale ona jest tu dla uproszczenia tak pokazana, mianowicie cytrynian przy udziale akonitazy, albo hydratazy cis-akonitanowej ulega przekształceniu dwuetapowemu, poprzez kwas akonitowy do izocytrynianu i pierwszy enzym utleniający, który współpracuje z NAD-em to jest dehydrogenaza izocytrynianowa, czyli na tym etapie przy udziale NAD-u powstają 3 mole ATP poprzez wędrówkę w łańcuchu oddechowym i poprzez fosforylację oksydacyjną. Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę izocytrynianową biegnie dwuetapowo. W pierwszym etapie powstaje szczawiobursztynian, on ulega dekarboksylacji, powstaje alfaketoglutaran, tu następuje ubytek pierwszego CO₂, powstał nam alfaketoglutaran, który jest alfaketokwasem, alfa-ketokwasem,czyli dla niego charakterystyczna reakcja to jest taka, jak wprowadzenie przeprowadzeniepirogronianu w acetyloCoA, czyli dekarboksylacja oksydacyjna z całym kompleksem pirofosforanu tiaminy, kwasu liponowego itd., wszystko to wymaga odświeżenia, zapamiętania, ten mechanizm reakcji będzie od Państwa wymagany. Ponieważ ostatecznym akceptorem dehydrogenazy alfaketoglutaranowejalfa-ketoglutarowej jest NAD, wcześniej lipazaliponian, potem NAD, tu znowu trzy cząsteczki ATP mogą powstać. Powstaje nam sukcynyloCoA, tu mamy miejsce gdzie się przekształca sukcynyloCoA w bursztynian, jedyne miejsce gdzie fosforylacja jest fosforylacją nieoksydacyjną tylko substratową na poziomie substratu i powstaje jedna cząsteczka ATP. Tym się zajmuje tiokinaza, czyli syntaza bursztynianowa. Powstał nam bursztynian, na niego z kolei działa dehydrogenaza bursztynianowa, to jest jedyny enzym cyklu Krebsa, który współpracuje z FAD-em, a nie z NAD-em. W związku z miejscem, na które wrzuca równoważnik redukcyjny w łańcuch oddechowym powstają nam dwie (2) cząsteczki ATP, a nie trzy, jak przy NAD. Po działaniuW wyniku działania dehydrogenazy bursztynianowej powstaje fumaran, czyli kwas fumarowy, następnie działa fumaraza, czyli hydrataza fumaranowa, przyłączenie cząsteczki wody i powstaje jabłczan. W tym miejscu również mamy reakcje utleniania - dehydrogenaza jabłczanowa, która współpracuje z NAD-em, utlenia jabłczan do szczawiooctanu i się cała zabawa zakończyła.

Podsumowując: w tym miejscu przy udziale dehydrogenazy izocytrynianowej powstały trzy (3) cząsteczki ATP, kolejne trzy (3) przy udziale dehydrogenazy alfaketoglutaranowej, to mamy w sumie sześć (6), jedna powstała w fosforylacji substratowej, to mamy siedem(7), dwie powstały z FAD przy udziale dehydrogenazy bursztynianowej to mamy już dziewięć (9) i trzy (3) powstały z dehydrogenazy jabłczanowej, czyli mamy w sumie dwanaście (12) cząsteczek ATP, na cząsteczkę acetyloCoA którą wprowadzono do cyklu Krebsa. Jak do tego jeszcze dodamy przemianę pirogronianu w mleczanw acetylo-CoA, która jest też reakcją dekarboksylacji oksydacyjnej, czyli kolejne trzy cząsteczki ATP, a z glukozy powstają dwa pirogronianydwie cząsteczki pirogronianu, czyli mamy sześć (6) cząsteczek ATP na jedną cząsteczkę glukozy powstałych w reakcji dekarboksylacji oksydacyjnej pirogronianu. W ruchu wygląda to następująco (animacja), kondensacja, powstanie cytrynianu, następnie cytrynian nam się przekształci w izocytrynian, dehydrogenaza cytrynianowa utlenia nam go, poprzez szczawiobursztynian powstaje alfaketoglutaran, odłącza się CO₂, dehydrogenaza alfaketoglutarowa przekształca sukcynyloCoA w kolejne trzy (3) cząsteczki ATP, fosforylacja substratowa, przemiana sukcynyloCoA w bursztynian, dehydrogenaza bursztynianowa - jedyny enzym, który posiada FAD, fumaran, hydrataza fumaranowa przekształcająca w jabłczan i dehydrogenaza jabłczanowa odtwarza szczawiooctan. I to wszystko w małym paluszku Państwa obowiązuje. To jest ten pierwszy aspekt sprawy, czyli aspekt kataboliczny.

Teraz aspekt anaboliczny: w cyklu Krebsa ma swój rodowód kilka grup. Pierwsza i bardzo dobrze Państwu znana to poprzez karboksykinazę fosfoenolopirogronianową ze szczawiooctanu powstaje fosfoenolopirogronian. Droga biegnie w kierunku glukozy, czyli glukoneogeneza. Następny ważny tor metaboliczny, który bierze swój tor metaboliczny z cytrynianu, tj. synteza kwasów tłuszczowych i cholesterolu, czyli generalnie steroidów. To kolejny tor metaboliczny. Dalej z alfaketoglutaranualfa ketoglutaranu, poprzez transaminację transaminację, powstaje glutaminian, z niego mogą powstawać inne aminokwasy, a to jest niezbędne do syntezy puryn. Szczawiooctan przez transaminację daje asparaginian, a z niego inne aminokwasy, również tam się rozpoczyna synteza pirymidyn. Pirogronian transaminuje ulega transaminacjido alaniny, nie jest to składnik cyklu Krebsa, ale spokrewniony z cyklem Krebsa. Wreszcie bardzo ważna reakcja - reakcja inicjująca syntezę hemu - mianowicie kondensacja sukcynyloCoA z glicyną.

Czyli podsumowując rola anaboliczna cyklu Krebsa - to rola w glukoneogenezie, w syntezie kwasów tłuszczowych i steroidów, w syntezie puryn, pirymidyn i innych aminokwasów (innych od glutaminianu) i synteza hemu poprzez kondensację sukcynyloCoA z glicyną. Dokładnie te tory muszą być znane włącznie z enzymami w to zaangażowanymi. Z tej dwoistej natury cyklu Krebsa wynika, że to nie jest takie perpetum mobile, ale wymaga ciągłej dostawy substancji. Z tego względu, że substancjereakcje syntezy wyciągają produkty pośrednie cyklu Krebsa do syntez i gdyby nie było dostawy produktów pośrednich na poszczególne etapy cyklu Krebsa, cykl w pewnym momencie przestał być przestałby byćcyklem i uległ byuległby przerwaniu. Te reakcje, które dostarczają produktów pośrednich w cyklu Krebsa, to są tzw. reakcje dopełniające zwane inaczej reakcjami anaplerotycznymi. Reakcje anaplerotyczne dzielą się na dwie grupy: pierwsza grupa to są tzw. asymilacje CO₂ w tkankach zwierzęcych, z jedną z nich, kluczową dla prawidłowego przebiegu metabolizmu związków wysokoenergetycznych w organizmie, to już się Państwo spotkali poprzednim razem. A druga grupa reakcji to są reakcje kataboliczne aminokwasów, czyli innymi słowy rozpad szkieletu węglowego, który to kończy się w pewnych produktach pośrednich cyklu Krebsa. W ten sposób cykl Krebsa jest zasilany w coraz to nowe cząsteczki tych produktów pośrednich.

Zacznijmy od tych reakcji anaplerotycznych cyklu Krebsa - karboksylacja pirogronianu lub fosfoenolopirogronianu z powstaniem szczawiooctanu, czyli są to te sławne tłuszcze spalające się w ogniu węglowodanów - karboksylacja pirogronianu do szczawiooctanu. reakcje, które tłumaczą znane powiedzenie, że tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów.Pirogronian również może się przekształcać w jabłczan i fumaran, reakcja kluczowa fumaran. Reakcją kluczowądla przemiany kwasów tłuszczowych nieparzystowęglowych, przemianajest ich przemiana w propionyloCoA, a ten poprzez metylomalomylo do sukcynyloCoA. Ale to jest świetnie znane bo dzisiaj było o to pytanie. Wreszcie aminokwasy kończą swój żywot na wybranych produktach cyklu Krebsa pośrednich i tak te aminokwasy prowadzą do acetyloCoA, te prowadzą do szczawiooctanu, te prowadzą do fumaranu, te prowadzą do alfaketoglutaranualfa ketoglutaranu, a te do szczawiobursztynianu.

Łańcuch oddechowy

Jest to układ pewnych kompleksów enzymatycznych znajdujących się w błonie wewnętrznej mitochondrium, w którym to następuje wędrówka elektronów, są one tam dostarczane jako równoważniki redukcyjne, głównie z cyklu Krebsa, ale także z beta - oksydacji glikolizy oksydacji, glikolizyi ta wędrówka jest siłą napędową do uzyskiwania ATP. W łańcuchu oddechowym wyróżnia się cztery kompleksy wieloenzymowe. Pierwszy kompleks nosi nazwę - reduktaza NADH:ubichinon. Co ma ten kompleks wieloenzymowy dać? Jeśli równoważniki redukcyjne z enzymów, które współpracują z NAD-em zostają dostarczone do tego pierwszego kompleksu wieloenzymowego, następuje utlenienie NAD-u po to NADH+ H+ po to,żeby wrócił jako zregenerowany nukleotyd do enzymu z enzymu, zktórym współpracuje, natomiast równoważniki redukcyjne zostają przekazane na ubichinon, czyli CoQ, stąd nazwa reduktaza NADH:ubichinon. Takich dehydrogenaz, które współpracują z NAD-em jest wiele, bo to są prawie wszystkie te które występują w cyklu Krebsa w glikolizie i w szeregi innych przemianKrebsa, glikolizie i szeregu innych przemianach. Niektóre dehydrogenazy współpracują z FAD-em, chociażby poznana w cyklu Krebsa dehydrogenaza bursztynianowa, poznana dehydrogenaza acyloCoA z beta - oksydacji. One przekazują równoważniki redukcyjne na kompleks drugi. On nazywa się reduktaza FADH₂ ubichinon. Kompleks trzeci to są rozmaite cytochromy: b, c₁. Kompleks czwarty nosi nazwę oksydazy cytochromowej, składa się z cytochromu a oraz a_3. Poza tymi czterema kompleksami wieloenzymowymi występują dwa składniki łańcuch oddechowego o dużej ruchliwości. Te kompleksy są kompleksami nieruchliwymi, one po prostu są w błonie ale ponieważ między nimi musi występować ruch elektronów, tymi ruchliwymi składnikami jest przede wszystkim ubichinon, który przyjmuje formę utlenioną jako ubichinon, lub występuje w formie zredukowanej jako ubichinol. Drugim składnikiem wędrownym w błonie jest cytochrom c. Dzięki tym dwóm pośrednikom ubichinonowi, czyli CoQ₁₀ dwom pośrednikom: ubichinonowi, czyli CoQ, i cytochromowi c, możliwy jest jest możliwytransport elektronów między tymi elementami łańcucha oddechowego.

Ruch elektronów, o czym Państwo już pewnie wiecie ze szkoły podstawowej, podporządkowany jest takiej zasadzie, że od bardziej elektroujemnej do bardziej elektrododatniejodbywa się od bardziej elektroujemnego do bardziej elektrododatniego ogniwa, co sprawia, że od ruch elektronów następuje od pierwszego do czwartego kompleksu i tylko oksydaza cytochromowa, czyli a + a₃ ma zdolność dokonania ostatecznej egzekucji na tlenie, czyli redukcji czteroelektronowej tlenu z powstaniem wody - żaden z pozostałych elementów tego łańcucha takiej zdolności nie ma. Dlatego jeśli w wyniku trywialnego, często przypadkowego lub samobójczego zatrucia, najczęściej tlenkiem węgla, cyjankiem lub siarkowodorem, dojdzie do zablokowania oksydazy cytochromowej, efekt jest taki, że nie można zredukować tlenu i dochodzi do śmierci z uduszenia kom., żaden z pozostałych elementów nie posiada zdolności zredukowania czteroelektronowego tlenu. W obrębie kompleksu pierwszego, trzeciego i czwartego znajdują się pompy protonowe.

Te pompy protonowe wyrzucają protony z wewnątrz mitochondrium, czyli z matrix do przestrzeni międzybłonowej poprzez nieprzepuszczalną dla nich błonę wewnętrzną mitochondrium. Wskutek czego wyrzucone z wnętrza protony tworzą gradient elektrochemiczny na błonie, tzn. zewnętrzna powierzchnia błony wewnętrznej jest elektrododatnia, natomiast wnętrze jest elektroujemne. W warunkach prawidłowych błona jest nieprzemakalnabłona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla protonów wodorowych. Wszystkie substancje, które noszą nazwę rozprzęgaczy łańcucha oddechowego, sprawiają, że błona staje się dla protonów przepuszczalna, w związku z czym gradient elektrochemiczny zanika. A wytworzenie gradientu elektrochemicznego jest conditio sine qua non tego, żeby wytworzyć siłę napędową, która sprawia, że poprzez kanał protonowy protony wodorowe mogą wjeżdżać „wjeżdżać”do wnętrza matrix mitochondrialnego i ten kanał protonowy z kolei jest siłą napędową syntazy ATP. Czyli najpierw dostarczenie równoważników redukcyjnych uruchamia łańcuch oddechowy, siła napędowa pochodząca z tego łańcucha oddechowego napędza wyrzut protonów na zewnątrz, czyli do przestrzeni wewnątrzbłonowej, w okolicy kompleksu pierwszego, trzeciego i czwartego, czyli tam gdzie są te kompleksy zlokalizowane stabilnie w błonie, powstaje gradient elektrochemiczny i poprzez kanał protonowy zbudowany z wielu białek, z wielu podjednostek (nieistotne jakich) następuje przemieszczenie protonu do wnętrza mitochondrium i energia z tego pochodząca zostaje przekształcona w ATP, poprzez działanie syntazy ATP. Czyli musi być prawidłowo dostarczany ADP do wnętrza kom., ATP musi być wymiatany na zewnątrz, tylko wtedy jest prawidłowy gradient. Inhibitor - atraktylozyd, zaburza ruch ADP i ATP, w związku z czym zaburza prawidłowy przebieg, łańcuchaprzebieg łańcucha oddechowego i fosforylacji oksydacyjnej. Teraz można sobie to zobaczyć w kolorkach. Równoważniki redukcyjne zostają wrzucone na kompleks pierwszy. Tu jest kompleks pierwszy, tu jest trzeci, a tu czwarty, a tu mamy wędrujący ubichinon, a tu cytochrom c, w obrębie tych trzech kompleksów, występuje pompa protonowa, która wyrzuca protony na zewnątrz, tworząc gradient.

Tu widać jak elektrony zaczynają nam wędrować: przewędrowały przy pomocy CoQ₁₀, następnie na kompleks trzeci, cytochrom c przekazuje dalej do kompleksu czwartego, a tutaj już następuje redukcja tlenu, powstała nam cząsteczka wody, a siłą napędową przez ten kanał protonowy, następuje uruchomienie syntazy tlenku azotu syntazy ATPi jeśli rzecz rozpoczęła się od kompleksu pierwszego, czyli z tych, które współpracują z NAD-em dehydrogenazod dehydrogenaz, które współpracują z NAD, powstają trzy (3) cząsteczki ATP. To wszystko co Państwu powiedziałem, czyli ten napęd uzyskiwany przez wyrzucanie protonów wodorowych, nosi nazwę teorii hemiosmotycznej Mitchella.

Markery stresu oksydacyjnego

Stres oksydacyjny - to jest wielki problem w medycynie, ponieważ jest cała koncepcja chorób wolnorodnikowych, ale ten stres oksydacyjny w wielu sytuacjach ma znaczenie korzystne. Stres oksydacyjny w nowotworze jest bardzo ważny, aby sobie pewne rzeczy uświadomić, że oczywiście jeśli ktoś wierzy w to (a są tacy co wierzą), że przyczyną nowotworów jest stres oksydacyjny, inni wierzą, że miażdżycy, że cukrzycy, że starzenia, każdy może sobie wierzyć w co chce. To prewencja tych schorzeń - jeśli ktoś w to wierzy, to jest spożywanie antyoksydantów, natomiast jeśli już ktoś ma pecha i ma nowotwór, to jeśli obżera się antyoksydantami, działa na własną niekorzyść, dlatego, że te komórki są pozbawione aktywnych enzymów antyoksydacyjnych, są kom. zmutowanymi, czyli generalnie u nich aktywność wolnorodnikowa jest duża, a poza tym terapia, którą się stosuje, stosowanie cytostatyków, stosowanie radioterapii, która wywołuje radiolizę wody i powstanie wolnych rodników, na celu ma wygenerowanie wolnych rodników, na które kom. nowotworowa jest bardziej wrażliwa, niż kom. prawidłowa, dlatego wtedy stosowanie antyoksydantów dowodzi nieznajomości biochemii. Ponieważ są lekarze zalecający antyoksydanty pacjentom, którzy są leczeni z powodu nowotworów, chemio- i radioterapią, no jest to działanie przeciw naturze.

Jakie zastosowanie mają markery stresu oksydacyjnego? Jak ktoś wierzy, że te wolne rodniki są źródłem wszelkiego zła, no i będzie planował jakąś terapię u swojego pacjenta to chce wiedzieć ile jest tych wolnych rodników. A pacjent, który będzie kupował za ciężką kasę antyoksydanty, które są parafarmaceutykami i które są drogie, to będzie chciał wiedzieć czy to u niego skutkuje, (beta karoteny, ubichinony, witamina E) to pacjent będzie chciał wiedzieć czy te leki u niego obniżyły aktywność wolnorodnikową. Mamy tu różne substancje. Jedne bardziej przydatne inne mniej. Są takie, które trudno oznaczyć, których oznaczenie kosztuje krocie, są taki, takie,które łatwo oznaczyć, ale generalnie na wstępie chciałbym Państwu powiedzieć, że dobry klinicysta nie potrzebuje oznaczania markerów stresu oksydacyjnego.

Klasyfikacja markerów stresu oksydacyjnego

• Całkowita pojemność antyoksydacyjna osocza

• Enzymy antoksydacyjne

• Antyoksydanty nieenzymatyczne

• Markery syntezy tlenku azotu

• Stabilne końcowe produkty tlenku azotu

• Oksydowane białka

• Oksydowane lipidy

• Izoprostany

• Oksydowany DNA

Zacznijmy od całkowitej pojemności antyoksydacyjnej osocza - jaka jest zasada metody? Gdy jakąś substancję utlenia się, przez to, że ona się utleni zmienia swoje właściwości, najczęściej tą właściwością jest pomiar fluorescencji - więc jak się utleni to jest mniej fluorescencyjna. Równocześnie podaje się próbkę osocza, jeśli tam są obecne antyoksydanty, to te wolne rodniki mają się z nimi rozprawić, w związku z czym dodanie osocza ma przeciwdziałać utlenieniu tego wskaźnika fluorescencyjnego, czyli fluorescencja ma się dłużej utrzymać. Jak to skalibrować? Trzeba mieć jakiś antyoksydant syntetyczny, takim jest substancja o nazwie Trolox C i podaje się tą aktywność totalną antyoksydacyjną w jednostkach tej substancji mianowanej, tej substancji odniesienia. Jest kilka metod. Najbardziej popularna to metoda TRAP, inna metoda nazywa się FRAP. Przydatność tego wszystkiego jest niewielka, w publikacjach podkreśla się, że może to być przydatne dla oceny całkowitej aktywności antyoksydacyjnej np. u pacjentów z cukrzycą typ 2 (DM2) gdzie jak wiadomo gotowość prooksydacyjna jest wzmożona. Natomiast obecność pewnych substancji, które mają działanie antyoksydacyjne zaburza tą zdolność metody do oceny antyoksydantów, uniemożliwia interpretację wyniku uzyskanego tą metodą,szczególnie jeśli u pacjenta jest podwyższone stężenie bilirubiny, lub podwyższone stężenie kwasu moczowego Co w sytuacji klinicznej zwłaszcza u tych pacjentów nie jest rzadką sytuacją. bilirubiny lub kwasu moczowego.

Enzymy antyoksydacyjne - (SOD, GSH - Px, CAT) - ze względu na koszt oznaczenia, różne problemy metodyczne, różne normy, nie są to badania, które weszły do szerokiej praktyki laboratoryjnej, raczej wykonuje się je w celach laboratoryjnych, albo w krwi pełnej, albo w hemolizatach krwinek - nie mają znaczenia praktycznego jak np. OB.

Antyoksydanty nieenzymatyczne - jest cały szereg oznaczania glutationu, głównie metodą chromatografii wysokociśnieniowej, czyli HPLTHPLC, oznaczanie witaminy E, C, beta -karotenu, koenzymu Q₁₀, który można oczywiście kupić w aptekach, na ulotce jest napisane, że przeciwdziała wszystkiemu co się da, a poza badaniami na zwierzętach, które dowodzą, że faktycznie zmniejsza ilość generowanych wolnych rodników, to żadnych poważnych opracowań dowodzących skuteczności ubichinonu w jakiejkolwiek prewencji nie ma. Ja już wspominałem przy witaminach, że jedyna witamina, która ma jakiekolwiek podstawy, ale to jedno jedyne badanie to jest witamina E.której oznaczanie ma jakiekolwiek podstawy to witamina E

Markery syntezy tlenku azotu - to jest istotna sprawa, bo jak pamiętamy, że tlenek azotu może rozrabiać jako wolny rodnik, a szczególnie staje się niegrzeczny jeśli się spotka z rodnikiem ponadtlenkowym, a tak się dzieje jeśli jest nie w pełni sprawna dysmutaza ponadtlenkowa. Jeśli rodnik ponadtlenkowy nie zostaje w porę zmieciony to wtedy spotyka się z NO i powstają tzw. peroksyazotyny. Peroksyazotyny mają szczególne powinowactwo do niektórych aminokwasów zwłaszcza cysteiny i tyrozyny, a ponieważ tyrozyna to jest część wewnątrzkom. receptorów katalitycznych i autofosforylacja częścireszty tyrozyny w części wewnątrzkomórkowej receptora katalitycznego ma kluczowe znaczenie dla aktywności tego receptora, to może doprowadzać do dysfunkcji receptorów katalitycznych, a to są głównie receptory dla czynników wzrostu. Oprócz tego te peroksyazotyny nie lubią się z grupami tiolowymi obecnymi w rozmaitych białkach, mają powinowactwo do lipidów, DNA i oddziaływują również z cząsteczkami białek.

Stabilne końcowe produkty tlenku azotu - najczęściej ilość wytworzonego tlenku azotu oznacza się poprzez oznaczenie azotynów i azotanów. Nie jest to dobry parametr ze względu na krótki okres półtrwania, ulegają wydaleniu z moczem (okres półtrwania = około 1,5h), czyli jeśli chcieć to raz w ciągu doby wykonywać to taki parametr jest nie przydatny. Skoro są wydalane z moczem to wszystko zależy od filtracji kłębkowej, jeśli jest zmniejszona (niewydolność nerek), to dochodzi do zwiększenia stężenia w osoczuosoczu, niezależnego od ilości tworzenia. Niektórzy proponują oznaczanie pochodnych azotynów i azotanów w dobowej zbiórce moczu. Wadą tego jest to, że jest to metoda o średniej czułości, duża zmienność biologiczna utrudnia uzyskanie jakiejś normy laboratoryjnej. W ostatnim okresie zwraca się uwagę na bardzo ważny produkt działania tlenku azotu - modyfikowana tyrozyna. Taki markerem jest 3 - nitrotyrozyna oznaczana głównie metodą HPLC, ma być markerem tworzenia się tlenku azotu.

Oksydowane białka - w wyniku działania wolnych rodników dochodzi do pewnych modyfikacji w obrębie łańcucha bocznego, niektóre białka w wyniku tego działania ulegają degradacji, powstają połączenia międzybiałkowe, natomiast dosyć istotne w oznaczeniach są pochodne karbonylowe tych aminokwasów, które są szczególnie podatne na oksydację (Lys, Arg, Pro, Tre). Poszczególne produkty też oznacza się metodą HPLC, inna metoda to metoda spektrofotometryczna, tzw. metoda z ). 2,4 - dinitro - fenylohydrazyną (DNPH

AOPP (Advenced Oxydation Proteins Product Advanced Oxydation Protein Products= produkty zawansowanej produkcji oksydacjibiałek) - marker oznaczany metodami spektrofotometrycznymi i immunologicznymi.

Oksydowane lipidy - występują tzw. produkty pierwotne tu są tzw. hydroksynadtlenki, które są bardzo nietrwałe, trudne do oznaczenia - oznacza się je metodą chromatografii gazowej sprzężonej ze spektometrią masową, czyli metoda GC/MS i produkty wtórne, które powstają z rozpadu tychże hydroksynadtlenków, taki, który najczęściej jest oznaczany to jest dialdehyd malonowy, jest to metoda bardzo gruba, próbuje się tą metodę optymalizować po to żeby inne związki nie interferowały z kwasem tiobarbitulowym. Ponieważ tak naprawdę to nie jest tylko dialdehyd malonowy, nazywa się te produkty jako TBARS (Tio Barbituring ThiobarbituricAcid Reacting Substances = substancje reagujące z kwasem tiobarbitulowymtiobarbiturowym), inny produkt to tzw. 4 - hydroksyalkenal, który jest również produktem degradacji modyfikowanych lipidów.

Izoprostany - to jest modny marker, to są produkty przemian prostanoidów, one prostanoidów. Izoprostanypowstają w sposób nieenzymatyczny, pod wpływem działania wolnych rodników na fosfolipidy, w których tosą kwasy tłuszczowe, z których to powstają eikozanoidy, są zlokalizowane. których powstają eikozanoidy.Takim najczęściej oznaczanym to jestoznaczanym izoprostanem jest 8 - izoprostan. Jest to substancja uważana za marker stresu oksydacyjnego, marker procesu zapalnego, bo w ognisku zapalnym aktywność wolnorodnikowa kom. zapaleniotwórczych jest szczególnie wzmożona. Ten produkt jest lubiany ponieważ jest stabilny, można go przez wiele tygodni przechowywać zamrożony w -70' C. Czyli można nazbierać próbek w celach naukowychMożna więc nazbierać próbek do oznaczeń stężenia 8-izoprostanu, a im więcej próbek puszcza się równocześnie oznacza się równocześnie,tym mniejszy jest błąd pomiaru. Metoda oznaczania to chromatografia masowa ze spektometrią masowym (tych urządzeń jest niewiele), ale również są opracowane metody immunofluorescencyjne, immunohemiluminescencyjneimmunochemiluminescencyjne, immunoenzymatyczne, jest to marker oznaczany jako marker oznaczania uszkodzenia naczyniowego układu śródbłonkowego jako marker uszkodzenia śródbłonka naczyniowego

Oksydowany DNA - to już wiadomo, że te wolne rodniki wszystko uszkadzają, jak uszkodzą DNA, to zaraz w sprawnej kom. pojawiają się enzymy naprawiające, taki uszkodzony nukleotyd wyrzucają z kom., trafia on do moczu, na to miejsce wprowadzają dobry nukleotyd. Takim najczęściej oznaczanym markerem jest 8 - hydroksy - 2 - detoksydeoksy - guanozyna (8 - OHdG), albo wprost wolna zasada, mianowicie 8 - hydroksy - guanina. One są markerami zarazem uszkodzenia DNA pod wpływem procesów wolnorodnikowych, jak i naprawy, bo gdyby nie były naprawy nie znalazły by się w moczu.

Tego jest dużo, metody niedostępne, badania kosztowne, wobec tego kiedy tak naprawdę warto to oznaczać? Niektórzy uważają, żeby tak naprawdę się przekonać jaka jest aktywność procesów wolnorodnikowych, trzeba by oznaczać kilka różnych markerów. Taki marker to mówi o uszkodzeniu DNA, czyli te pochodne guanozyny, np. izoprostan, marker uszkodzenia fosfolipidów i metabolizmu eikozanoidów, może dialdehyd malonowy, czyli różne. Dobrze było by byłobytak ustawić badania, żeby oznaczać zarówno marker procesu oksydacyjnego, jak i aktywność procesów antyoksydacyjnych, bo jedno z drugim nie zawsze idzie w parze, może aktywność wolnorodnikowa nie być specjalnie wzmożona, ale wskutek zaburzeń procesów detoksykacji wolnych rodników osiągają one stężenia uszkadzające biomolekuły. Wreszcie uważa się, że jak ktoś ma osobę, która łyka antyoksydanty i bardzo była by byłabyciekawa, czy one działają, to należało by oznaczać stężenie tych przyjmowanych antyoksydantów, czyli najczęściej witamina E i generalnie aktywność enzymów antyoksydacyjnych.

Następnym razem metabolizm związków pirolowych i diagnostyka różnicowa żółtaczek.

1

11

---