WYKŁAD NR 1

SKŁAD CHEMICZNY ORGANIZMÓW ŻYWYCH

Organizm składa się z kilkunastu pierwiastków.

Główne pierwiastki to:

• WĘGIEL

• WODÓR

• TLEN

• AZOT.

99% masy ciała człowieka dorosłego stanowią następujące pierwiastki:
C, H, O, N, P, Ca


0,9% -
K, Na, S, Cl, Mg

Pierwiastki śladowe stanowią 0,1%
Fe, Cu, Zn, Co, B, Mo, Mn, Se, J, F

Pierwiastki wysoko toksyczne:

Sb (antymon), As (arsen), Ba (bar), Be, Cd, Pb, Hg, Ag, Tl (tal), Th (tor).

Pierwiastki K, S, Na, Cl, Mg, Fe, Mn, J

pełnią różnorakie funkcje.

Większość z nich spotyka się w codziennej praktyce lekarsko-pielęgniarskiej u chorych z:

• zaburzeniami równowagi elektrolitowej (K⁺, Na⁺, Cl^-, Mg²⁺)

• niedokrwistością spowodowaną niedoborem żelaza (Fe²⁺)

• chorobami tarczycy (J^-).

Pierwiastki te stanowią składniki o istotnym biologicznym i medycznym znaczeniu.

GŁÓWNE KOMPONENTY ORGANIZMU LUDZKIEGO

WODA stanowi główny składnik, choć jej ilość waha się w zależności od rodzaju tkanki (70-98%).

WODA W organizmie występuje we wszystkich tkankach i płynach w różnych ilościach:

• we krwi jest jej około 80%,

• w mięśniach 73%,

• w tkance tłuszczowej 25%,

• w kościach 10%.

2/3 wody znajduje się wewnątrz komórek, a 1/3 występuje pozakomórkowo - jest to woda osocza, cieczy śródkomórkowej, przewodu pokarmowego.

DIPOL

cząsteczka (np. H₂O), w której ładunek elektryczny jest rozmieszczony nierównomiernie. Oddziaływanie elektrostatyczne między jądrem wodoru jednej cząsteczki wody a wolną parą elektronów drugiej nazywa się wiązaniem wodorowym

.

Dipolarny charakter i zdolność tworzenia wiązań wodorowych czynią

WODĘ idealnym rozpuszczalnikiem w organizmie.

Woda w ustroju pełni różnorodne funkcje:

1. Jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla większości ważnych związków chemicznych; wynika to z dipolarnego charakteru cząsteczki wody i właściwości tworzenia wiązań wodorowych; z glukozą tworzy roztwory właściwe; z białkami tworzy roztwory koloidalne.

2. Jest środkiem transportu - rozprowadza wszystkie składniki organiczne i nieorganiczne po całym organizmie do wszystkich komórek na zasadzie transportu biernego (osmozy, dyfuzji) i transportu aktywnego.

W transporcie aktywnym niezbędna jest energia z ATP (adenozynotrifosforan). Aktywnie transportowane są jony: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, glukoza do komórek itd.

3. Jest niezbędna do procesów przemiany materii - bierze udział jako substrat lub jako katalizator.

4. Usuwa z organizmu produkty toksyczne.

5. Uczestniczy w trawieniu.

6. Ułatwia przesuwanie się masy kałowej.

7. Reguluje ciepłotę ciała (poprzez pot, parowanie).

BILANS WODNY

organizmu jest utrzymany przez odpowiedni pobór wody ze środowiska i jej wydalanie.

Organizm wielokomórkowy czerpie wodę z pożywienia oraz z utleniania biologicznego, którego jednym z produktów końcowych jest woda.

Wydalanie wody jest regulowane w zależności od istniejących nadmiarów (przez nerki z moczem, oddychanie, pocenie).

Stany niedoboru wody i nadmiaru wody ustrojowej są powszechne.

Przyczyny niedoboru wody:

- zmniejszone jej pobieranie

(np. podczas śpiączki)

- nadmierne jej wydalanie

(np. utrata z moczem w cukrzycy, przy silnych potach przez skórę, w ostrej biegunce,

w przebiegu cholery).

Nadmiar wody ustrojowej powodują:

- zwiększone jej pobieranie

(np. przy nadmiernym podawaniu płynów dożylnie)

- bądź zmniejszone jej wydalanie

(np. w ciężkiej niewydolności nerek).

AMINOKWASY

Cząsteczki białek ogrzanych w silnie kwaśnych roztworach rozpadają się na setki, a nawet tysiące mniejszych składników, będących małocząsteczkowymi związkami organicznymi.

Przekonano się, że składników tych jest około 20 różnych odmian, a wszystkie mają w cząsteczkach przynajmniej jedną grupę karboksylową (-COOH) i jedną grupę aminową (-NH₂), stąd też pochodzi ich nazwa aminokwasy.

Ogólny wzór aminokwasów:

Aminokwasy mogą zawierać dodatkowo grupy funkcyjne lub grupy innego rodzaju tak jak: hydroksylową, wodorosiarczkową oraz pierścień aromatyczny lub heterocykliczny.

W przyrodzie występuje ponad 300 różnych aminokwasów, ale tylko 20 stanowi monomeryczne jednostki, z których zbudowane są szkielety białek.

Zawierają one grupę aminową w położeniu 2 (α) w stosunku do grupy karboksylowej.

Atom C połączony z czterema różnymi podstawnikami nazywa się chiralnym.

Z wyjątkiem glicyny H-CH-COOH, dla której R stanowi atom wodoru.

Ułożenie czterech podstawników wokół węgla α nadaje aminokwasom aktywność optyczną (zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego).

Atom C jest asymetryczny i są możliwe dwa izomery optyczne.

W białkach jest powszechnie spotykana forma L, a forma D występuje w przyrodzie i w polipeptydowych antybiotykach

(forma D występuje w organizmie w stanach patologicznych).

TYLKO L-α-AMINOKWASY WYSTĘPUJĄ W BIAŁKACH

Aminokwasy

są ciałami stałymi o budowie krystalicznej, o stosunkowo wysokich temperaturach topnienia.

Aminokwasy

Duża rozpuszczalność w wodzie, a mała w rozpuszczalnikach organicznych niepolarnych oraz wysoki punkt topnienia świadczą, że aminokwasy są związkami o strukturze jonowej.

Są one więc elektrolitami i zarówno z kwasami , jak i z zasadami tworzą w roztworze sole zgodnie z reakcją:

Wartość pH, przy której aminokwas istnieje głównie w postaci jonu obojnaczego, a stężenia formy kationowej i anionowej są sobie równe, jest nazywana punktem izoelektrycznym aminokwasu i oznaczana symbolem pI.

Wartości pI większości aminokwasów zawarte są w granicach 5-6.

Tylko nieliczne aminokwasy białkowe mają pI niższe lub wyższe od tych wartości.

Np. kwas glutaminowy pI = 3,22 (ponieważ zawiera

drugą grupę karboksylową)

lizyna pI = 9,74 (ponieważ zawiera drugą grupę

aminową).

ZNACZENIE BIOMEDYCZNE

Dieta człowieka musi zawierać odpowiednie ilości 10 podstawowych L-α-aminokwasów

walina

leucyna

izoleucyna

treonina

cysteina

metionina

lizyna

fenyloalanina

tyrozyna

tryptofan

gdyż ani człowiek, ani żaden organizm zwierzęcy nie może syntetyzować tych aminokwasów w ilościach wystarczających dla podtrzymania wzrostu dzieci czy utrzymania zdrowia osób dorosłych.

W utworzonych białkach aminokwasy pełnią wielorakie funkcje:

- strukturalne

- hormonalne

- katalityczne istotne dla życia.

Ponadto aminokwasy uczestniczą w różnorodnych funkcjach wewnątrz komórkowych:

- przenoszenie impulsów w układzie nerwowym

- regulacja wzrostu komórkowego

- biosynteza porfiryn, puryn, pirymidyn i mocznika.

PEPTYDY. WIĄZANIA PEPTYDOWE.

NAJWAŻNIEJSZĄ REAKCJĄ AMINOKWASÓW JEST TWORZENIE

WIĄZANIA PEPTYDOWEGO

Połączenia dwóch lub kilku cząsteczek aminokwasów nosi nazwę peptydów.

Z dwóch aminokwasów powstają - dipeptydy, z trzech - tripeptydy itd.

Jeżeli w łańcuchu występuje poniżej 10 aminokwasów, mówimy o digopeptydach, ponad 10 aminokwasów tworzy polipeptydy, a ponad 100 - makropeptydy

czyli białka.

ZNACZENIE

W organizmie człowieka spotyka się liczne związki o charakterze peptydów, pełnią one rozmaite funkcje, np. koenzymów, hormonów.

Wiele hormonów przysadki mózgowej, tarczycy, trzustki, należy do peptydów; np. oksytocyna, wazopresyna, kortykotropina, kalcytonina, parathormon, melanotropina, insulina, glutation.

Polipeptydy jako hormony mogą być podawane chorym w celu korygowania ich niedoborów (np. wstrzyknięcie insuliny chorym na cukrzycę).

Niektóre antybiotyki są polipeptydami (np. walinomycyna).

Nieliczne z peptydów są substancjami przeciwnowotworowymi.

Dzięki nowym technologiom można syntetyzować peptydy wykorzystywane do produkcji szczepionek.

BIAŁKA

Białka wykryte zostały w 1839 roku, są najważniejszymi składnikami budowy żywych organizmów, zarówno zwierzęcych, jak i roślinnych.

Zawierają w swoim składzie azot. Odkrywca (Mulder) nazwał je proteinami od greckiego słowa protos - pierwszy, najważniejszy.

Stanowią one około 20 % masy ciała człowieka i zajmują II miejsce po wodzie.

Białka należą do substancji wielkocząsteczkowych o złożonej budowie i dużej masie cząsteczkowej.

W skład białek wchodzą:

węgiel, tlen, azot, wodór, siarka, ponadto mogą zawierać fosfor, żelazo, cynk, miedź, mangan, jod.

Białka dzielimy wg:

- budowy chemicznej

- kształtu cząsteczki

- funkcji biologicznej.

Podział białek ze wzglądu na

budowę chemiczną:

a) białka proste - zawierają azot, węgiel, wodór, siarkę;

b) białka złożone - oprócz aminokwasów zawierają:

- resztę kwasu fosforowego

- kwasy nukleinowe

- barwniki (hem)

- atom metalu ciężkiego

- węglowodany

- lipidy.

Klasyfikacja białek oparta na kształcie cząsteczek

W tym podziale białek bierze się pod uwagę stosunek osiowy (długości do szerokości) cząsteczki.

I grupa, to białka globularne, gdzie wartość stosunku osiowego jest mniejsza niż 10; np. albuminy, globuliny.

II grupa, to białka włókienkowe (fibrylarne), wartość stosunku osiowego wynosi ponad 10.

Mają uporządkowaną strukturę.

Zawierają odcinki łańcuchów polipeptydowych zwiniętych śrubowo (harmonijki) lub w helix (łańcuch spiralnie skręcony) i połączone wiązaniami kowalencyjnymi lub wodorowymi. Zaliczamy: keratynę (włosy, pióra), miozynę, fibrynogen, kolagen.

Schemat klasyfikacji białek

Klasyfikacja białek na podstawie funkcji biologicznej:

• strukturalne - kolagen, elastyna, keratyny, glikoproteidy

• enzymy - dehydrogenazy, kinazy

• ochronne - immunoglobuliny, interferon,

• czynniki krzepnięcia krwi - fibrynogen

• transportowe - hemoglobina (hem), albuminy osocza (bilirubina, kwasy tłuszczowe itp.), lipoproteiny (różne lipidy), transferyna (żelazo).

• biorące udział w skurczu lub ruchu - aktyna, miozyna, tubulina

• hormony - insulina, glukagon, parathormon

• białka błon komórkowych - glikoproteiny, lipoproteiny

• białka zapasowe - ferrytyna, mioglobina

• białka regulatorowe - białka wiążące się z DNA.

Wartości prawidłowe

Prawidłowe stężenie białka całkowitego surowicy wynosi 60-80 g/l i zależy od równowagi między syntezą i degradacją dwóch głównych frakcji białkowych: albuminy i immunoglobulin.

HIPOPROTEINEMIA

Przyczyną większości hipoproteinemii jest zmniejszenie stężenia albuminy, rzadko immunoglobulin, a jej przyczyny to:

- zahamowanie syntezy białek osocza w wątrobie,

- zwiększona utrata białek osocza,

- zahamowanie syntezy immunoglobulin,

- rozcieńczenie przez nadmiar lub zmianę dystrybucji wody pozakomórkowej.

Za krytyczne uznaje się stężenia białka całkowitego poniżej 45 g/l i albuminy poniżej 20 g/l.

HIPERPROTEINEMIA

Prawdziwa hiperproteinemia jest spowodowana znacznym wzrostem produkcji jednej lub wielu klas immunoglobulin.

Właściwą przyczyną hiperproteinemii jest hipergammaglobulinemia i odwodnienia.

Hipergammaglobulinemia występuje m.in. w:

- przewlekłych stanach zapalnych,

- przewlekłych chorobach wątroby,

- chorobach autoimmunologicznych (np. reumatoidalne zapalenie stawów, zapalenie skórno-mięśniowe)

- chorobach układu chłonnego.

BIAŁKA OSTREJ FAZY

Białkami ostrej fazy nazywa się grupę

białek syntetyzowanych w wątrobie,

których stężenie wzrasta w przebiegu stanów zapalnych, chorób zakaźnych, urazów, nowotworów

i procesów martwiczych (np. zawał mięśnia sercowego).

Do białek ostrej fazy zalicza się:

α₁- Antytrypsyna

α₁-Kwaśna glikoproteina

Ceruloplazmina

Heptoglobina

Białko C-reaktywne

Fibrynogen

ZNACZENIE BIOMEDYCZNE

Białka hemowe biorą udział w

transporcie i magazynowaniu tlenu.

Grupą prostetyczną mioglobiny i hemoglobiny jest hem, cykliczny tetrapirol

W tetrapirolu 4 pierścienie pirolowe są połączone mostkami α-metinowymi, tworząc płaski układ cykliczny.

W centrum układu znajduje się żelazo w formie jonu żelazawego (Fe²⁺).

Utlenienie Fe²⁺ wiąże się z utratą przez mioglobinę i hemoglobinę ich aktywności biologicznej.

MIOGLOBINA

Funkcją mioglobiny jest magazynowanie tlenu w mięśniach

.

W warunkach niedoboru tlenu,

tlen utlenowanej mioglobiny jest wykorzystywany w mitochondriach mięśni do syntezy ATP na drodze fosforylacji oksydacyjnej.

Transport tlenu jest możliwy dzięki koordynacyjnemu przyłączeniu go do żelaza hemu z utworzeniem oksyhemoglobiny.

LIPIDY

Lipidy są heterogenną grupą związków, którą cechuje względna nie rozpuszczalność w wodzie i rozpuszczalność w rozpuszczalnikach niepolarnych, takich jak eter, chloroform, benzen.

Do lipidów zalicza się więc:

tłuszcze, oleje, woski i związki pokrewne.

Lipidy są ważnymi składnikami pokarmów nie tylko ze względu na ich dużą wartość energetyczną, lecz także dlatego, że w tłuszczach zawartych w naturalnych pokarmach znajdują się witaminy rozpuszczalne w tłuszczach oraz niezbędne (tzw. egzogenne) kwasy tłuszczowe.

Klasyfikacja lipidów:

Lipidy proste:

Tłuszcze właściwe - estry kwasów tłuszczowych

z glicerolem. Tłuszcze występujące w stanie płynnym nazywa się olejami. Glicerol łączy się z kwasami tłuszczowymi wiązaniem estrowym.

Woski - estry kwasów tłuszczowych z długołańcuchowymi alkoholami monohydroksylowymi (jedno -OH).

Np.

- wosk pszczeli - mirycyna (estr kwasu palmitynowego i alkoholu mirycylowego, służy do budowy gniazd);

- wosk z wełny owczej - lanolina.

Woski spełniają rolę ochronną dla tkanek, chronią przed wysychaniem, drobnoustrojami, nadmiernym wpływem wilgoci.

Lipidy złożone:

Fosfolipidy - zawierające oprócz kwasów tłuszczowych i glicerolu resztę kwasu fosforowego.

Synteza fosfolipidów zachodzi we wszystkich komórkach zawłaszcza w komórkach wątroby - hepatocytach. Z wątroby przechodzą one do krwi, jako części składowe lipoprotein i do żółci jako składnik miceli kwasów żółciowych (lecytyna).

Fosfolipidy są głównym elementem strukturalnym błon komórkowych i subkomórkowych (mitochondrialnych, jądrowych, mikrosomów). Bardzo dużo znajduje się ich w tkance nerwowej.

W szarej substancji mózgu stanowią około 30% s.m. Prawidłowe stężenie fosfolipidów:

1,4 - 4,0 mmol/l, czyli 110 - 300 mg/100 ml.

Glikolipidy - zawierające kwas tłuszczowy, sfingozynę i węglowodany (np. galaktozę, glukozę).

Są ważnym składnikiem tkanki nerwowej i błon komórkowych. Przypisuje im się bardzo ważna rolę immunologiczną, ponieważ są istotnym składnikiem antygenów błony komórkowej.

Lipoproteiny - są to kompleksy lipidów z białkami; kompleksy białkowo-lipidowe.

Rola ich polega na transportowaniu nierozpuszczalnych w wodzie lipidów.

Lipidy - kropelki tłuszczu otaczane są w osoczu krwi warstwą białka, dzięki czemu utrzymują się w roztworze wodnym (osoczu) w postaci emulsji.

Lipoproteiny dzieli się na kilka frakcji:

• chylomikrony - występują w surowicy przez okres kilku godzin po posiłku zawierającym tłuszcz, nieobecne na czczo;

transportują triglicerydy egzogenne;

to największe kompleksy lipoproteinowe;

* zawierają 80 - 90% triglicerydów.

• lipoproteiny o bardzo niskiej gęstości (VLDL) - powstają w wątrobie,

transportują triglicerydy endogenne z wątroby do komórek; (do tkanki tłuszczowej);

* zawierają 50 - 70% triglicerydów

• lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL) - powstają w osoczu między innymi z VLDL, które tracą część triglicerydów;

są główną frakcją transportującą cholesterol z wątroby do komórek,

frakcja miażdżycorodna;

* zawierają 42 - 46% cholesterolu

• lipoproteiny o wysokiej gęstości (HDL) - powstają w wątrobie, w ścianie jelita cienkiego i w osoczu z lipoprotein bogatych w triglicerydy; odpowiadają za transport cholesterolu z komórek do wątroby.

„Oczyszcają” tętnice z miażdżycorodnego cholesterolu, im większe jest stężenie HDL w osoczu krwi, tym ryzyko rozwoju miażdżycy jest mniejsze;

*zawierają 50% białka

Prekursory i pochodne lipidów

Należą tu:

kwasy tłuszczowe, glicerol, steroidy, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, hormony steroidowe.

Do związków tłuszczowych obecnych w osoczu należą:

triglicerydy, cholesterol wolny i zestryfikowany, fosfolipidy, wolne kwasy tłuszczowe.

CHOLESTEROL

Cholesterol występuje w tkankach lub lipoproteinach osocza jako cholesterol wolny albo w połączeniu z kwasami tłuszczowymi jako estry cholesterolu.

Największe jego ilości znajdują się w:

- wątrobie,

- skórze,

- obwodowym układzie nerwowym.

Jest syntetyzowany z acetylo-CoA, a wydalany z organizmu z żółcią jako cholesterol lub sole kwasów żółciowych.

Zawartość cholesterolu w surowicy

ludzi zdrowych waha się w bardzo szerokich granicach i zależy zarówno od wieku i płci, jak i rodzaju diety.

Zawartość cholesterolu we krwi wzrasta w:

- miażdżycy

- cukrzycy

- niedoczynności tarczycy

- niektórych chorobach wątroby (pierwotna żółciowa marskość wątroby, łagodne zapalenie wątroby)

Obniżony poziom cholesterolu występuje w:

- nadczynności tarczycy

- niedokrwistości złośliwej

- niektórych chorobach wątroby (zaawansowanej marskości wątroby, toksycznym uszkodzeniu wątroby)

- posocznicy

- głodzeniu.

Głównym przenośnikiem cholesterolu w surowicy są lipoproteiny LDL.

Poziom cholesterolu całkowitego (CH) zależy w dużej mierze od stężenia cholesterolu LDL.

Frakcja LDL jest głównym czynnikiem ryzyka miażdżycy.

Lipoproteiny frakcji HDL

transportują cholesterol z tkanek z powrotem do wątroby, dlatego podkreśla się ich korzystną rolę w zapobieganiu miażdżycy.

Zbyt niskie stężenie HDL-cholesterolu jest związane ze zwiększonym ryzykiem choroby

niedokrwiennej serca.

Główne czynniki ryzyka miażdżycy:

- palenie papierosów

- nadciśnienie

- hipercholesterolemia

- niskie stężenie cholesterolu HDL

- cukrzyca

- płeć męska

- choroba wieńcowa u bliskich krewnych

- choroby naczyń obwodowych i mózgowych

- otyłość

Dyslipidemia to nieprawidłowe stężenie i/lub skład lipoprotein w osoczu.

Wzrost w osoczu krwi stężenia cholesterolu i/lub triglicerydów, a także spadek stężenia cholesterolu frakcji HDL są najczęściej spotykanymi dyslipidemiami.

Kwasy tłuszczowe występują głównie w formie zestryfikowanej w naturalnych tłuszczach i olejach, ale w surowicy krwi występują i są transportowane w formie niezestryfikowanej jako wolne kwasy tłuszczowe.

Kwasy tłuszczowe zbudowane są z

węgla, wodoru i tlenu.

Liczba cząsteczek węgla wynosi od 4 - 26.

Nasycone kwasy tłuszczowe nie zawierają wiązań podwójnych

Nasycone kwasy tłuszczowe można traktować jako pochodne kwasu octowego, (CH₃—COOH), który jest pierwszym związkiem szeregu powstałego w wyniku kolejnego wstawiania

—CH₂— między grupy CH₃ — a —COOH.

Nasycone kwasy tłuszczowe

Kwas palmitynowy i stearynowy - działanie pozakrzepowe; nadmiar kwasów przyśpiesza rozwój miażdżycy oraz chorób nowotworowych okrężnicy, gruczołu piersiowego i prostaty.

Nienasycone kwasy tłuszczowe
jednonienasycone - posiadają jedno wiązanie podwójne

Coraz większą rolę fizjologiczną przypisuje się tym kwasom tłuszczowym, do których zalicza się kwas oleinowy.

Kwas ten występuje obficie w:

- oliwie z oliwek (68%)

- oleju rzepakowym bezerukowym (55%).

Istnieją dowody wskazujące na korzystną rolę kwasu oleinowego w profilaktyce miażdżycy.

Obniża stężenie miażdżycorodnej frakcji lipoprotein LDL, podnosząc korzystną frakcję lipoprotein HDL.

Potwierdzeniem tego faktu są obserwacje osób zamieszkujących rejon Morza Śródziemnego, które spożywają duże ilości oliwy z oliwek i rzadko chorują na chorobę wieńcową i miażdżycę.

Wielonienasycone (polienowe) kwasy tłuszczowe zawierają więcej podwójnych od 2 do 6

Kwasy polienowe tj.

Polienowe kwasy tłuszczowe z grupy n-6

obniżają stężenie cholesterolu całkowitego

i frakcji LDL lipoprotein.

Polienowe kwasy tłuszczowe z grupy n-3

- obniżają stężenie triglicerydów

- hamują powstawanie zakrzepów w naczyniach wieńcowych i mózgu

- obniżają ciśnienie krwi

- zapobiegają arytmii serca.

Są konieczne

do prawidłowego rozwoju dzieci i młodzieży oraz utrzymania zdrowia w wieku dojrzałym.

EIKOZANOIDY

Z wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w wyniku enzymatycznego rozpadu powstają biologicznie czynne związki, tzw. eikozanoidy.

Zalicza się do nich:

- prostaglandyny

- prostacykliny

- tromboksanty (wykryte w płytkach krwi)

- leukotrieny

- lipoksyny.

KWASY TŁUSZCZOWE TYPU CIS / TRANS

ROLA TŁUSZCZÓW USTROJU CZŁOWIEKA

- są głównym źródłem energii (obok węglowodanów); materiał energetyczny ustroju; 1 g tłuszczu daje 2x więcej energii niż 1 g węglowodanów;

- dostarczają NNKT;

- źródło witamin rozpuszczalnych w tłuszczach A, D, E, K;

- pełnią rolę strukturalną w ustroju - są materiałem budulcowym wszystkich struktur błoniastych komórek;

ROLA TŁUSZCZÓW USTROJU CZŁOWIEKA

- decydują o właściwościach błony komórkowej: przepuszczalności, aktywności enzymatycznej, właściwościach receptorowych;

- wchodzą w skład płynów ustrojowych;

- biorą udział w syntezie: prostaglandyn, prostacyklin, tromboksanów, związków o charakterze hormonów tkankowych;

- są prekursorami syntezy hormonów steroidowych (cholesterol) kory nadnerczy i hormonów płciowych.

WĘGLOWODANY

Są to związki organiczne zwane cukrami, zbudowane z węgla, wodoru i tlenu.

Zawierają kilka grup hydroksylowych (-OH)

i co najmniej jedną grupę karbonylową:

- aldehydową

- ketonową

Węglowodany klasyfikuje się następująco:

1. Monosacharydy - glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, ryboza.

2. Disacharydy - maltoza, zbudowana z dwóch cząsteczek glukozy, sacharoza, złożona z cząsteczki glukozy i cząsteczki fruktozy.

3. Oligosacharydy - maltotrioza (3 reszty α-glukozy).

4. Polisacharydy - skrobia i dekstryny.

Skrobia i glikogen - funkcja zapasowa, cukry przyswajalne;

Celuloza (błonnik) - funkcja strukturalna, nieprzyswajalna.

HOMEOSTAZA GLUKOZY

Węglowodany są jednym z głównych składników pokarmowych dorosłego człowieka.

Najważniejsze z nich to:

• skrobia,

• sacharoza,

• laktoza mleka

• glikogen zwierzęcy.

Są głównymi substratami energetycznymi ustroju.

Podstawowym źródłem glukozy dla organizmu są węglowodany pożywienia oraz wewnątrzkomórkowa synteza glukozy (glukoneogeneza) i rozpad glikogenu wątrobowego (glikogenoliza).

Poziom glukozy we krwi znajduje się pod kontrolą czynników hormonalnych.

Noradrenalina, adrenalina, glukagon, glikokortykosteroidy, ACTH- hormon adrenokortykotropowy oraz hormon wzrostu zwiększają stężenie glukozy we krwi, natomiast insulina działa obniżająco.

Insulina:

• zwiększa odkładanie glikogenu wątrobowego

• zwiększa szybkość przenikania glukozy z płynu zewnątrzkomórkowego do wnętrza komórki.

• zwiększa biosyntezę białek kwasów tłuszczowych oraz hamuje ketogenezę i glukoneogenezę.

Równowaga czynników podwyższających i obniżających stężenie glukozy we krwi powoduje, że utrzymywane jest ono na stałym poziomie, wynosząc na czczo 3,9-6,1 mmol/l (70-110 mg%).

HIPERGLIKEMIA

Grupę chorób metabolicznych, charakteryzujących się hiperglikemią (podwyższonym poziomem glukozy we krwi), wynikającą z defektu wydzielania i/lub działania insuliny określa się terminem cukrzyca.

Podstawą zaburzeń metabolizmu węglowodanów, a także tłuszczów i białek, jest niedostateczne działanie insuliny na tkanki docelowe.

Powikłaniami długotrwałej cukrzycy są choroby naczyń krwionośnych.

Do powikłań zalicza się również:

• neuropatię,

• zmiany skórne,

• zaćmę

• choroby przyzębia.

HIPOGLIKEMIA

Obniżony poziom glukozy we krwi (hipoglikemia) pojawia się:

- w przypadkach przedawkowania insuliny lub doustnych leków przeciwcukrzycowych,

- w wyspiaku (nowotworze trzustki),

- w niedoczynności kory nadnerczy, przysadki mózgowej

Składniki mineralne:

makroelementy i mikroelementy

Płyny biologiczne (płyn wewnątrzkomórkowy, międzykomórkowy i płyny zewnątrzkomórkowe, jak np. osocze, chłonka, płyn mózgowo-rdzeniowy) zawierają oprócz związków organicznych również nieorganiczne aniony i kationy.

W zależności od ich stężenia dzielimy je na:

- właściwe składniki mineralne

- pierwiastki śladowe - mikroelementy.

Do pierwszej grupy zaliczamy kationy: sodowy, potasowy, wapniowy, magnezowy i wodorowy oraz aniony: fosforanowy, wodorowęglanowy i chlorkowy.

Pierwiastki śladowe to: jod, mangan, kobalt, cynk, molibden, selen, chrom.

Do tej grupy zaliczane są też żelazo i miedź.

SKŁADNIKI MINERALNE

Należą do związków niezbędnych - egzogennych, tzn. muszą być dostarczone do organizmu z pokarmem. Do prawidłowego funkcjonowania organizmu potrzeba minimum

14 składników mineralnych.

Składniki mineralne stanowią około

4 - 6% masy ciała.

Sód i potas

Jon sodowy [Na⁺] jest kationem pozakomórkowym, a jon potasowy [K⁺] kationem wewnątrzkomórkowym.

Rola sodu i potasu polega na regulowaniu gospodarki wodnej. Sód zatrzymuje wodę, a potas wzmaga jej wydalanie. Składniki te mają wpływ na równowagę kwasowo-zasadową, na pobudliwość tkanki mięśniowej i przekazywanie impulsów nerwowych.

Różne rozmieszczenie tych elektrolitów dokonuje się dzięki pracy ATPazy (Na, K) z błon komórkowych, zwanej pompą sodowo-potasową.

Aktywność tego enzymu uzależniona jest od obecności ATP jako źródła energii.

Jedna cząsteczka ATP jest potrzebna dla wyrzucenia z komórki 3Na⁺ i wtłoczenia 2K⁺ wbrew gradientowi stężeń.

Jon sodowy [Na⁺] jest głównym kationem odpowiedzialnym za ciśnienie osmotyczne w płynach ustrojowych.

Hiponatriemia - zmniejszenie stężenia

jonów sodowych

Hipernatriemia - zwiększenie stężenia jonów sodowych w surowicy

Potas

ustrojowy w 98% występuje wewnątrzkomórkowo. Najwięcej stwierdza się go w tych komórkach, które wykazują żywą przemianę cukrów.

Hiperkaliemia

Zwiększenie stężenia jonów potasowych [K⁺] (hiperkaliemia) ma miejsce w:

• niewydolności nadnerczy,

• niewydolności nerek połączonej z bezmoczem,

• w przypadkach zmiażdżenia mięśni,

• po oparzeniach, gdy dochodzi do uwolnienia jonów potasowych z dużej masy tkanek i komórek.

Zwiększenie stężenia jonów potasowych [K⁺] obserwuje się w:

- odczynach hemolitycznych,

- w śpiączce cukrzycowej i wątrobowej

- po wlewach soli potasu,

- przy nadmiernym rozpadzie białek i glikogenu.

Hiperkaliemia połączona jest zwykle z kwasicą metaboliczną. Towarzyszą jej zaburzenia rytmu serca, a w końcu blok serca.

Hipokaliemia

Zmniejszenie stężenia jonów potasowych [K⁺] (hipokaliemia) występuje w:

- okresie wzrostu i regeneracji,

- po podaniu insuliny i testosteronu,

- po dłuższym stosowaniu leków moczopędnych,

- w chronicznym zapaleniu miedniczek i kłębków nerkowych,

- w wyniku upośledzonego wchłaniania z przewodu pokarmowego (po środkach przeczyszczających, w zwężeniu odźwiernika)

- wskutek zwiększonej utraty (biegunki, w guzach trzustki lub okręźnicy).

Hipokaliemia połączona jest z osłabieniem, zaparciami, towarzyszy jej metaboliczna zasadowica, poliuria, zaburzenia rytmu serca.

Wapń

Wapń w postaci III-rzędowego fosforanu

[3Ca₃(PO₄)₂ ∙ CaCO₃ i 3Ca₃(PO₄)₂ ∙ Ca(OH)₂]

jest głównym składnikiem budulcowym kości i zębów.

Jon wapniowy odpowiedzialny jest za:

• prawidłową pobudliwość nerwową,

• jest niezbędny w procesie skurczu mięśniowego,

• uszczelnia naczynia i błony komórkowe,

• bierze udział w procesie krzepnięcia krwi.

Wchłanianie jonów wapniowych z przewodu pokarmowego zależy od witaminy D.

Hiperkalcemia

Zwiększenie stężenia jonów wapniowych we krwi (hiperkalcemia) ma miejsce w:

• nadczynności przytarczyc,

• po przedawkowaniu witaminy D.

Stężenie jonów wapniowych we krwi

wzrasta w:

• nowotworach kości.

Hipokalcemia

Zmniejszenie stężenia jonów wapniowych we krwi (hipokalcemia) obserwuje się w:

• niedoczynności przytarczyc,

• przy upośledzonym wchłanianiu z przewodu pokarmowego,

• w chorobach trzustki,

• w żółtaczce zastoinowej,

• w głodzie,

• przy upośledzeniu jego przekształcania na hormon D₃.

Magnez

Magnez jest aktywatorem wielu enzymów komórkowych (fosfataz, ATPaz, enzymów glikolizy, enzymów biorących udział w przemianach nukleotydów i kwasów nukleinowych).

Magnez jest kationem komórek (mięśnie, tkanka nerwowa, wątroba), gdzie pełni rolę aktywatora wielu enzymów i wykazuje antagonistyczne działanie w stosunku do wapnia.

Stężenie jonów wodorowych we krwi tętniczej, w temp. 37°C, waha się w granicach wartości pH=7,35-7,45.

We krwi żylnej jest nieco mniejsze (o ok. 0,05).

Organizm ma znaczne możliwości kompensacji zaburzeń równowagi kwasowo-zasadowej, stąd nawet w stanach niewyrównanych zmiany pH krwi na ogół nie są znaczne.

Jest to istotne ze względu na fakt, że przesunięcia pH poniżej 7,0 i powyżej 7,7 mogą stanowić bezpośrednie zagrożenie życia.

Stężenie HCO₃^- we krwi tętniczej wzrasta w zasadowicach metabolicznych i kwasicach oddechowych. Wyraźnie zmniejsza się (nawet poniżej 10 mmol/dm³) w kwasicach metabolicznych.

Chlorki

Jon chlorkowy bierze udział w utrzymaniu prawidłowego ciśnienia osmotycznego oraz

w gospodarce wodno-elektrolitowej.

W komórkach okładzinowych żołądka jon chlorkowy wykorzystywany jest do

wytwarzania HCl.

W krwinkach czerwonych jon chlorkowy wymienia się z jonem wodorowęglanowym.

Fosforany

Fosfor odgrywa ważną rolę w procesach metabolicznych.

W wiązaniu fosforanowym ATP i ADP magazynuje się energia.

Wiele substancji ulega aktywacji przez połączenie

z kwasem fosforowym.

Pierwiastek ten jest zawarty w niektórych lipidach, w kwasach nukleinowych, a także w niektórych białkach i enzymach.

I- i II-rzędowe fosforany wchodzą w skład układu buforowego

krwi oraz moczu.

III-rzędowe fosforany stanowią składnik budulcowy

kości i zębów.

PIERWIASTKI OBECNE WE KRWI W ILOŚCIACH MIKROGRAMOWYCH

Żelazo

Oprócz żelaza hemoglobiny (ok. 60%) i enzymów hemoproteinowych (ok. 16%) część żelaza jest zmagazynowana w ferrytynie (ok. 15%) i w mioglobinie (ok. 8%).

W osoczu stwierdza się białko transportujące żelazo,

tzw. transferynę.

Transferyna doprowadza wchłonięte z przewodu pokarmowego żelazo oraz uwolnione podczas rozpadu hemoglobiny do miejsc, w których zachodzi biosynteza hemu lub w których żelazo jest magazynowane w cząsteczkach ferrytyny.

Mleko, żółć, sperma, ślina i łzy zawierają laktoferrynę.

Miedź

Dzienne zapotrzebowanie wynosi 2 mg Cu/24h.

Pierwiastek ten jest składnikiem wielu enzymów (tyrozynaza, dehydrataza ALA, monoaminooksydaza).

W surowicy krwi miedź jest związana z białkiem - ceruloplazminą.

Wydalanie odbywa się przez wątrobę z żółcią.

Pierwiastki śladowe

Jod - wykorzystywany jest przez gruczoł tarczycowy do

tworzenia tyroksyny.

Mangan - jest niezbędny do prawidłowej funkcji

ośrodkowego układu nerwowego i formowania

prawidłowej struktury kości.

Kobalt - jest składnikiem witaminy B₁₂; niedobór tej

witaminy staje się przyczyną niedokrwistości

złośliwej.

Cynk - wchodzi w skład wielu enzymów, m. in. fosfatazy

zasadowej. Insulina jest magazynowana w trzustce

w formie kompleksów z cynkiem. W alkoholowej

marskości wątroby stwierdzono niedobór cynku.

Molibden - wiąże się z niektórymi flawoproteinami

(oksydaza ksantynowa), zapobiega zmianom w

stawach i próchnicy zębów.

Selen - jest składnikiem peroksydazy glutationowej,

uczestniczy w syntezie ATP w mitochondriach.

Chrom - współdziała z insuliną w metabolizmie glukozy.

WITAMINY

Witaminy są to niskocząsteczkowe substancje niezbędne w ilościach katalitycznych do prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Pełnią najczęściej rolę koenzymów w różnych procesach biochemicznych lub modulatorów informacji genetycznej, kodującej syntezę białek ustrojowych.

Większości witamin człowiek nie potrafi syntetyzować, dlatego muszą być dostarczane z pożywieniem.

Przyjętym kryterium podziału witamin są ich właściwości fizykochemiczne.

Wyróżnia się:

• witaminy rozpuszczalne w tłuszczach: A, D, E, K, F

• witaminy rozpuszczalne w wodzie: witaminy grupy B i witaminę C.

Pierwsza grupa charakteryzuje się:

• opornością na obróbkę termiczną i mechaniczną,

• inaktywacją w procesie jełczenia tłuszczy,

• możliwością magazynowania w ustroju człowieka, co przy nadmiernej podaży może doprowadzić do przedawkowania.

Witaminy drugiej grupy w znacznym stopniu ulegają zniszczeniu pod wpływem wysokiej temperatury i nie mogą być magazynowane w organizmie.

Zapotrzebowanie na poszczególne witaminy jest uzależnione od:

• wieku,

• płci,

• aktywności fizycznej,

• stanu fizjologicznego (ciąża, laktacja),

• regionu geograficznego i diety.

Brak odpowiedniej ilości witamin doprowadza do patologicznego stanu zwanego

hipowitaminozą.

Nadmierna podaż witamin rozpuszczalnych w tłuszczach doprowadza do hiperwitaminozy.

W przypadku witamin rozpuszczalnych w wodzie nadwyżka jest wydalana przez nerki.

Jedynie w przypadku przedawkowania witaminy B₆, opisywane są zaburzenia neurologiczne, a powstające z kwasu askorbinowego szczawiany mogą tworzyć

złogi w nerkach.

Wśród wielu funkcji spełnianych przez witaminy podkreślenia wymaga ich, rola w odpowiedzi immunologicznej.

Dotyczy to głównie witaminy C, która nasila

syntezę immunoglobulin.

Wiele uwagi poświęca się również znaczeniu witamin w patogenezie miażdżycy jako choroby cywilizacyjnej.

Witamina E i B-karoten (prowitamina A) hamuje peroksydację polienowych kwasów tłuszczowych.

Korzystne działanie przeciwoksydacyjne wywiera

również witamina C.

Kwas nikotynowy powoduje obniżenie stężenia cholesterolu we krwi.

Uznanym ostatnio czynnikiem ryzyka choroby wieńcowej jest hiperhomocysteinemia, dlatego uważa się, że kwas foliowy i witamina B₆ biorące udział w przemianach aminokwasów zawierających siarkę, obniżają poziom homocysteiny i mają działanie przeciwmiażdżycowe.

Nazwa witamin pochodzi od słowa łacińskiego vita, co oznacza żyć. Pierwszy wyizolowany związek - tiamina jest aminą (zawiera grupę aminową). Po połączeniu nazwy amina ze słowem vita daje - witaminę.

Nazwa została wprowadzona przez polskiego uczonego Kazimierza Punka w 1912 roku i przyjęła się dla całej grupy związków niezbędnych, mimo że nie są aminami i mają odmienną budowę od witaminy B₁.

W porównaniu z innymi składnikami zapotrzebowanie na witaminy jest bardzo małe, jednak niedobór nawet jednej z nich może być dla organizmu niebezpieczny.

Składniki mineralne

Składniki mineralne należą do związków niezbędnych - egzogennych, to znaczy muszą być dostarczane do organizmu z pokarmem.

Do prawidłowego funkcjonowania ustroju potrzeba minimum 14 składników mineralnych.

Składniki mineralne pełnią różnorodne funkcje, ale nie dostarczają energii:

• są materiałem budulcowym, wchodzą w skład komórek, płynów ustrojowych, enzymów, hormonów,

• biorą udział w przenoszeniu tlenu do komórek,

• w zachowaniu prawidłowej pobudliwości nerwów i mięśni,

• w gospodarce wodno-elektrolitowej,

• w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej.

W ustroju zachodzi ciągła ich wymiana, codziennie część składników usuwana jest z moczem, z kałem, potem, dlatego muszą być uzupełniane.

Organizm ma zdolność do utrzymywania stałego stężenia składników mineralnych, np. jonów w płynach ustrojowych, zachowując w ten sposób stałe środowisko.

Niektóre z nich mogą być w organizmie magazynowane, jak np. żelazo, którego istniejące rezerwy uruchamiane są w chwili małej podaży.

Składniki mineralne stanowią mały odsetek -

około 4% masy ciała.

Organizm człowieka o wadze około 70 kg zawiera niżej podane ilości składników mineralnych:

Wapń około 1200 g

Fosfor - 700-900 g

Potas - 250 g

Sód - 100 g

Magnez - 20-28 g

Żelazo - 3-5 g

Cynk - 2-3 g

Miedź - 0,075-0,100 g

Mangan - 0,010-0,020 g

Składniki mineralne ze względu na ich ilość w ustroju dzieli się na:

• makroelementy

• mikroelementy.

Do makroelementów zaliczamy te, na które dzienne zapotrzebowanie wynosi ponad 100 mg.

Makroelementy

Wapń (Ca)

Wapń jest podstawowym składnikiem układu kostnego.

U osób dorosłych występuje w ilościach 1000-1200 g, tj. około 1,5% masy ciała, z czego 99% znajduje się w elementach strukturalnych kości, zębów, paznokci - głównie w postaci fosforanów i węglanów wapnia.

Pozostała ilość, czyli 1% rozmieszczona jest we wszystkich komórkach i płynach ustrojowych w postaci zjonizowanej, związanej z białkami albo w postaci kompleksów z cytrynianami, fosforanami i białczanami.

Rola wapnia

Wapń spełnia różnorodne funkcje w ustroju człowieka:

• utrzymuje strukturę organizmu (główny składnik kośćca),

• zapewnia twardość zębów,

• wpływa na równowagę ciała,

• jony wapnia biorą udział we właściwej przepuszczalności błon

komórkowych, w utrzymaniu pobudliwości tkanek,

przewodnictwie tkanki nerwowej, kurczliwości tkanki mięśniowej,

• uczestniczą w przekazywaniu bodźców humoralnych różnym

narządom (wpływają na czynność mięśnia sercowego), w

utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej oraz w

wykorzystaniu żelaza,

• są aktywatorem lub inhibitorem wielu enzymów: uaktywniają

enzymy katalizujące proces krzepnięcia krwi, aktywizują lipazę,

podpuszczkę;

• uaktywniają enzym ATP-azę niezbędną do uwalniania energii z

ATP, wpływając w ten sposób na procesy przemiany materii.

Fosfor (P)

Stanowi około 1 % masy ciała dorosłego człowieka. W organizmie występuje w związkach organicznych i nieorganicznych.

Obok wapnia jest głównym składnikiem układu kostnego, 80% jego ogólnej ilości znajduje się w kościach w postaci fosforanów wapniowych. Pozostała ilość jest w tkankach i płynach ustrojowych.

Dla utrzymania czynności fosforu potrzebny jest wapń i witamina D.

Od 2/3 do 3/4 fosforu wchłania się w jelicie cienkim.

Rola fosforu

• łącznie z wapniem reguluje proces mineralizacji kości, jest konieczny do

wchłaniania wapnia,

• bogatoenergetyczne związki fosforu (AMP, ADP, ATP, GMP, GDP, GTP)

biorą udział w przemianach energetycznych, w procesach skurczu

i rozkurczu mięśni,

• wchodzi w skład białek, tłuszczów, węglowodanów, kwasów

nukleinowych i wielu innych związków, biorących udział w przemianach

biochemicznych ustroju,

• odgrywa ważną rolę w namnażaniu się komórek,

• uaktywnia niektóre witaminy z grupy B,

• uczestniczy w przenoszeniu kwasów tłuszczowych,

• jest składnikiem układów buforowych, odpowiedzialnych za utrzymanie

równowagi kwasowo-zasadowej.

Magnez (Mg)

W organizmie człowieka występuje w ilości około 25-30 g. Ponad połowa znajduje się w tkance kostnej, około 40% w mięśniach i tkankach miękkich, a 1% w płynach międzykomórkowych.

W przeciwieństwie do wapnia zjonizowanego, który jest przede wszystkim w przestrzeni pozakomórkowej magnez podobnie jak potas, wchodzi w skład wnętrza komórki.

Stężenie w przestrzeni wewnątrzkomórkowej jest kilkakrotnie wyższe niż na zewnątrz.

W osoczu krwi stężenie magnezu wynosi około 1 mmol/l (2,2 mg/100 ml), w tym 70% w formie związanej. Wchłaniany jest w 50% w jelicie cienkim, a wydalany jest z moczem i kałem.

Rola magnezu

• konieczny do budowy kości, zębów,

• aktywuje wiele enzymów, między innymi ATP-azy, fosfatazę kwaśną,

zasadową,

• bierze udział w przemianie węglowodanów - w procesach beztlenowej

glikolizy,

• zapewnia utrzymanie integralności błon mitochondrialnych, stabilizuje

DNA w jądrach, niezbędny do jego syntezy,

• konieczny do aktywnego transportu sodu, potasu,

• jony magnezowe biorą udział w pobudliwości tkanki nerwowej i

mięśniowej (kurczliwości mięśni),

• podaż dostatecznej ilości magnezu przyspiesza wchłanianie wapnia

w przewodzie pokarmowym - chroni organizm przed zakwaszeniem,

• działa przeciwstresowo, wpływa na funkcję mózgu,

• zwalnia procesy starzenia się.

Potas (K)

Jest to kation występujący w ustroju w największych ilościach obok sodu.

Gromadzi się głównie w przestrzeni wewnątrzkomórkowej, najwięcej jest go w tkance mięśniowej.

Nadmiar potasu w 5-10% usuwany jest z kałem, pozostała ilość przez nerki.

Wydalanie potasu przez nerki regulowane jest przez aldosteron - hormon z grupy mineralokortykoidów powstający w korze nadnerczy.

Rola potasu

• katalizuje wiele reakcji enzymatycznych,

• bierze udział w procesach regulacji ciśnienia osmotycznego

w płynach ustrojowych,

• utrzymuje równowagę osmotyczną wewnątrz komórki,

• utrzymuje potencjał spoczynkowy błon komórkowych,

• odgrywa ważną rolę w gospodarce wodno-elektrolitowej

(usuwa nadmiar wody i sodu z ustroju),

• wpływa na równowagę kwasowo-zasadową,

• ma decydującą rolę w przewodnictwie nerwowym,

• jest niezbędny do utrzymania prawidłowej kurczliwości

mięśni,

• uczestniczy w przemianie węglowodanowej, w syntezie

białka ustrojowego.

Sód (Na)

Jako jon Na⁺ występuje w ustroju głównie w płynach pozakomórkowych (około 60%), w tym w osoczu krwi.

Znacznie mniej, bo tylko 25-30% jest go w płynie wewnątrz komórki, pozostałe 10-15%, to rezerwa znajdująca się w tkance kostnej.

Jest wydalany z moczem, kałem i potem.

W kanalikach nerkowych zachodzi zwrotna resorpcja NaCl, proces ten regulowany jest przez aldosteron - hormon kory nadnerczy.

Rola sodu

W organizmie ludzkim sód wraz z jonem chlorkowym bierze

udział w:

• regulowaniu ciśnienia osmotycznego w płynach ustrojowych,

• utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej (działa

alkalizująco),

• ochronie ustroju przed nadmierną utratą wody (8 g sodu

zatrzymuje 1 l wody),

• utrzymaniu sprawności mięśni i nerwów,

• regulacji aktywnego transportu składników pokarmowych

(witamin, aminokwasów, cukrów).

Jon sodowy wchodzi w skład enzymu - Na⁺/K⁺ - ATP-azy, aktywującej ATP (główny związek w przenoszeniu energii w komórce).

Źródła sodu

Sód jest szeroko rozpowszechnionym pierwiastkiem. Występuje zarówno w produktach roślinnych, jak i zwierzęcych.

Produkty pochodzenia zwierzęcego zawierają go dużo więcej, szczególnie te, w których znajduje się NaCl, np. wędliny, sery podpuszczkowe, śledzie solone.

Głównym jednak źródłem sodu jest chlorek sodu, czyli sól kuchenna, której spożycie jest u nas ciągle za duże.

Tylko 10% sodu pochodzi z produktów spożywczych nie przetworzonych, jak np.: mleko i jego przetwory, białko jaja, mięso, warzywa. Pozostałą ilość sodu dostarcza sól ta, dodawana do żywności podczas jej przemysłowego przetwarzania albo w czasie obróbki potraw przygotowywanych w gospodarstwie domowym lub w żywieniu zbiorowym.

Należy pamiętać, że 1 g sodu otrzymujemy z 2,54 g soli kuchennej.

Chlor (Cl)

Występuje przede wszystkim w płynach ustrojowych.

W największej ilości znajduje się w płynie mózgowo-rdzeniowym, jest także w tkankach.

Odkładany jest w skórze, w tkance podskórnej i w kościach.

Rola chloru

• w organizmie człowieka jony chloru wraz z sodem

są odpowiedzialne za utrzymanie ciśnienia

osmotycznego i równowagi kwasowo-zasadowej,

• służą do wytwarzania kwasu solnego w żołądku,

• w postaci chlorku potasu, chlorku sodu wpływają

na prawidłowe funkcjonowanie serca.

Źródła chloru

W produktach spożywczych występuje w postaci chlorku sodu.

Jego przyswajanie jest ściśle związane z sodem. Głównym źródłem jest sól kuchenna.

Siarka (S)

Składnika tego nie traktuje się oddzielnie, wchodzi on bowiem w skład białka - aminokwasów siarkowych:

metioniny,

cystyny,

cysteiny

oraz witamin: tiaminy i biotyny.

Dobowe zapotrzebowanie na siarkę wiąże się z zapotrzebowaniem na egzogenny aminokwas - metioninę i witaminy: tiaminę i biotynę.

Mikroelementy

Żelazo (Fe)

Jest koniecznym składnikiem do transportu tlenu w ustroju.

Jego ilość w organizmie człowieka o masie ciała 70 kg wynosi od 4-5 g, z tego;

- 70% znajduje się w hemoglobinie - barwniku krwi,

- 11-14% w mioglobinie - barwniku mięśni

• 3% w enzymach biorących udział w procesach oddychania komórkowego (oksydazy) oraz enzymach (katalizy) rozkładających toksyczny nadtlenek wodoru.

Pozostała część żelaza magazynowana jest w wątrobie, śledzionie, nerkach, surowicy krwi, w szpiku w postaci ferrytyny (w połączeniu z białkiem) i w postaci hemosyderyny (kompleks żelaza z białkami, węglowodanami, lipidami).

Do czynników utrudniających przyswajanie żelaza

zalicza się:

kwasy fitynowe, fosforany, białka kazeinowe, serwatkowe, zawarte w mleku i przetworach mlecznych, jajach oraz wapń, mangan, miedź, cynk, kadm, ołów.

Źródłem żelaza hemowego są produkty zwierzęce: wątroba, nerki, serce, mięso i przetwory mięsne z krwią, ryby, drób.

Żelaza niehemowego dostarczają nam: żółtka jaj, pełne ziarna zbóż (mąka, chleb z pełnego przemiału, gruboziarniste, otręby pszenne, ryżowe, zarodki pszenne), warzywa zielone (szpinak, pietruszka - nać, szczypior, szczaw) oraz boćwina, pietruszka korzeń, buraki, brukselka, suszone owoce i suszone warzywa.

Jod (J)

Rola w organizmie i metabolizm:

• składnik hormonów tarczycy,

• konieczny do prawidłowego wzrostu i osiągnięcia dojrzałości płciowej,

• magazynowany w tarczycy, reguluje m.in. przemiany energetyczne.

Cynk (Zn)

W ustroju człowieka występuje w ilościach 2-4 g, w większości wewnątrzkomórkowo - około 75% w krwinkach czerwonych.

• Jest obecny w mięśniach, kościach, skórze, włosach.

• Wchodzi w skład 60 różnych enzymów biorących udział w przemianie węglowodanów, białek, kwasów nukleinowych.

• Wpływa na rozwój fizyczny , prawidłowe funkcjonowanie narządów płciowych.

• Bierze udział w tworzeniu krwinek czerwonych, w oddychaniu tkankowym, leczy rany i oparzenia.

Mangan (Mn)

• Występuje w wątrobie, trzustce, mózgu, nerkach, płucach i innych tkankach.

• Jest składnikiem wielu enzymów biorących udział w syntezie białek, kwasów nukleinowych, kwasów tłuszczowych.

• Bierze udział w przemianach cholesterolu.

• Konieczny do budowy kości.

• Odgrywa ważną rolę w procesach rozrodczych oraz w funkcjonowaniu układu nerwowego.

Miedź (Cu)

• niezbędna do uruchamiania rezerw żelaza do syntezy hemoglobiny, a więc do syntezy krwinek czerwonych,

• konieczna do wytwarzania tkanki łącznej i kostnej,

• bierze udział w metabolizmie tkanki nerwowej.

Kobalt (Co)

• potrzebny jako składnik do tworzenia witaminy B₁₂ - stanowi jej około 4%,

• pobudza syntezę krwinek czerwonych,

• ma hamujący wpływ na rozwój nowotworów.

Molibden (Mo)

• wchodzi w skład enzymów oksydoredukcyjnych,

• gromadzi się w zębach zapobiegając próchnicy.

Fluor (F)

Niezbędny do budowy zębów i kośćca -

zwiększa ich twardość

Selen (Se)

• z witaminą E działa jako antyoksydant - chroni komórki, błony komórkowe, mitochondrialne, DNA przed szkodliwym działaniem wolnych rodników.

• bierze udział w syntezie białek ustrojowych,

• zapobiega stłuszczaniu wątroby,

• neutralizuje działanie aflatoksyny,

• ochrania przed nowotworami.

Chom (Cr)

Odgrywa rolę w:

• metabolizmie glukozy,

• reguluje stężenie cukru we krwi.

Wanad (V)

Występuje głównie w:

• płucach,

• kościach,

• tłuszczu.

Obniżając stężenie lipidów we krwi działa korzystnie na układ krążenia

WITAMINY

Witaminy są to niskocząsteczkowe substancje niezbędne w ilościach katalitycznych do prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Pełnią najczęściej rolę koenzymów w różnych procesach biochemicznych lub modulatorów informacji genetycznej, kodującej syntezę białek ustrojowych.

Większości witamin człowiek nie potrafi syntetyzować, dlatego muszą być dostarczane z pożywieniem.

Przyjętym kryterium podziału witamin są ich właściwości fizykochemiczne.

Wyróżnia się:

• witaminy rozpuszczalne w tłuszczach: A, D, E, K, F

• witaminy rozpuszczalne w wodzie: witaminy grupy B i witaminę C.

Pierwsza grupa charakteryzuje się:

• opornością na obróbkę termiczną i mechaniczną,

• inaktywacją w procesie jełczenia tłuszczy,

• możliwością magazynowania w ustroju człowieka, co przy nadmiernej podaży może doprowadzić do przedawkowania.

Witaminy drugiej grupy w znacznym stopniu ulegają zniszczeniu pod wpływem wysokiej temperatury i nie mogą być magazynowane w organizmie.

Zapotrzebowanie na poszczególne witaminy jest uzależnione od:

• wieku,

• płci,

• aktywności fizycznej,

• stanu fizjologicznego (ciąża, laktacja),

• regionu geograficznego i diety.

Brak odpowiedniej ilości witamin doprowadza do patologicznego stanu zwanego

hipowitaminozą.

Nadmierna podaż witamin rozpuszczalnych w tłuszczach doprowadza do hiperwitaminozy.

W przypadku witamin rozpuszczalnych w wodzie nadwyżka jest wydalana przez nerki.

Jedynie w przypadku przedawkowania witaminy B₆, opisywane są zaburzenia neurologiczne, a powstające z kwasu askorbinowego szczawiany mogą tworzyć

złogi w nerkach.

Wśród wielu funkcji spełnianych przez witaminy podkreślenia wymaga ich, rola w odpowiedzi immunologicznej.

Dotyczy to głównie witaminy C, która nasila

syntezę immunoglobulin.

Wiele uwagi poświęca się również znaczeniu witamin w patogenezie miażdżycy jako choroby cywilizacyjnej.

Witamina E i B-karoten (prowitamina A) hamuje peroksydację polienowych kwasów tłuszczowych.

Korzystne działanie przeciwoksydacyjne wywiera

również witamina C.

Kwas nikotynowy powoduje obniżenie stężenia cholesterolu we krwi.

Uznanym ostatnio czynnikiem ryzyka choroby wieńcowej jest hiperhomocysteinemia, dlatego uważa się, że kwas foliowy i witamina B₆ biorące udział w przemianach aminokwasów zawierających siarkę, obniżają poziom homocysteiny i mają działanie przeciwmiażdżycowe.

WYKŁAD NR 2 25.04.07

PODSTAWOWE PRZEMIANY ZWIĄZKÓW W ORGANIZMIE

Losy składników diety po strawieniu i absorpcji składają się na przemiany pośrednie czyli szlaki metaboliczne.

Szlaki metaboliczne dzieli się na

3 kategorie:

• Szlaki anaboliczne prowadzące syntezy związków tworzących strukturę ciała i warsztat metaboliczny, np. synteza białek.

2. Szlaki kataboliczne dotyczą procesów oksydacyjnych, które uwalniają energię swobodną zwykle w postaci fosforanu bogatoenergetycznego lub równoważników redukujących, np. łańcuch oddechowy i fosforylacja oksydacyjna.

3. Szlaki amfiboliczne mają więcej niż jedną funkcję i biegną na ,,skrzyżowaniu dróg" metabolicznych, działając jako łączniki między ciągami anabolicznymi i katabolicznymi, np. cykl kwasu cytrynowego.

Schemat katabolizmu węglowodanów, białek i tłuszczów pokarmowych

Metabolizm węglowodanów dotyczy

głównie glukozy

Glukoza jest metabolizowana we wszystkich komórkach ssaków w procesie glikolizy do pirogronianu i mleczanu.

Glukoza jest wyjątkowym substratem, ponieważ glikoliza może przebiegać w nieobecności tlenu (anaerobowo), ale końcowym produktem jest wtedy tylko mleczan.

Mechanizm procesu glikolizy

Całkowity rozpad monosacharydów, które tworzą się przez hydrolizę lub fosforolizę polisacharydów, jest procesem wielofazowym, odbywającym się w cytoplazmie.

Prowadzi on utlenienia do pirogronianu, a dalej - w CKTK i łańcucha oddechowego - do CO₂ i H₂O.

Ogólne równanie glikolizy z glukozy do mleczanu jest następujące:

Glukoza + 2 ADP + 2 P_i → 2 L(+) - Mleczan + 2 ATP + 2 H₂O

GLUKONEOGENEZA

Glukoneogeneza jest określeniem obejmującym wszystkie mechanizmy i szlaki metaboliczne odpowiedzialne za przekształcenie związków niewęglowodanowych w glukozę lub glikogen.

Głównymi substratami glukoneogenezy są glikogenne aminokwasy, mleczan, glicerol i propionian. Wątroba i nerki są głównymi tkankami, w których odbywa się ten proces, gdyż one właśnie zawierają pełen zestaw niezbędnych do tego enzymów.

ZNACZENIE BIOMEDYCZNE

Glukoneogeneza zaspokaja zapotrzebowanie organizmu na glukozę wówczas, gdy podaż węglowodanów w diecie jest zbyt mała.

Ciągłe dostarczanie glukozy jest niezbędne jako źródło energii zwłaszcza dla układu nerwowego i dla erytrocytów.

METABOLIZM BIAŁKOWO-AZOTOWY

Białka w organizmie człowieka są stale odnawiane przez nieprzerwany proces ich degradacji i następnie resyntezy z wolnych aminokwasów.

Obrót białek jest kluczowym procesem fizjologicznym we wszystkich formach życia.

Aminokwasy służące do resyntezy białka ustrojowego pochodzą:

- z pożywienia

- z syntezy endogennej

- 75-80% z degradacji białka ustrojowego, głównie mięśni.

Każdego dnia człowiek wymienia powyżej 1—2% całkowitego białka swego organizmu, głównie białka mięśni.

Azot pozostałych uwolnionych aminokwasów (20—25%) tworzy mocznik.

Ogólny schemat przemiany aminokwasów i jej główne produkty końcowe

Aminokwasy wchłonięte z jelita do krwi oraz pochodzące z rozpadu białek endogennych tworzą pulę wolnych aminokwasów (ich nadmiar spala się do CO₂ i H₂O, dając przy tym energię).

Aminokwasy mogą ulegać przemianom polegającym na:

- transaminacji

• deaminacji

• dekarboksylacji.

TRANSAMINACJA - przeniesienie grupy aminowej najczęściej na 2-oksokwas

Pierwszym etapem katabolizmu aminokwasów jest reakcja transaminacji, podczas której usunięta zostaje grupa aminowa.

DEAMINACJA - odłączenie grupy aminowej

Deaminacja kwasu asparginowego przy udziale tlenu:

DEKARBOKSYLACJA - odłączenie grupy karboksylowej w postaci CO₂

BILANS AZOTOWY

Bilans azotowy dotyczy różnicy między całkowitym azotem spożytym a całkowitym azotem wydalonym w kale, moczu i pocie.

Dodatni bilans azotowy, przyjęcie więcej azotu niż wydalenie Jest charakterystyczny dla rosnących dzieci i ciężarnych kobiet.

Zdrowi dorośli ludzie zachowują równowagę azotową, tj. ilość azotu spożytego odpowiada ilości azotu wydalonego.

Ujemny bilans azotowy, w którym ilość azotu wydalonego przewyższa ilość azotu spożytego, może występować po operacjach, w zaawansowanym raku, w wyniku niemożności przyjmowania właściwego lub dostatecznie wysokiej jakości białka (np. kwashiorkor, marasmus).

Ogólny schemat metabolizmu kwasów tłuszczowych i jego główne produkty końcowe

Metabolizm lipidów dotyczy głównie kwasów tłuszczowych i cholesterolu

Źródłem długołańcuchowych kwasów tłuszczowych jest albo synteza z acetylo-CoA pochodzącego z przemiany węglowodanów, albo lipidy z pokarmów.

W tkankach kwasy tłuszczowe mogą zostać utlenione do acetylo-CoA (β-oksydacja) lub ulec estryfikacji do acylogliceroli, które w postaci triacylogliceroli (tłuszcz) stanowią główną rezerwę energetyczną organizmu.

• 1 Acetylo -CoA pochodzącego z przemiany węglowodanów ulega całkowitemu utlenianiu do CO2 iH2O w cyklu kwasu cytrynowego

• Kwasy tłuszczowe są bardzo wydajnym tkankowym źródłem energetycznym, dostarczając znacznych ilości energii zarówno w procesie Beta- oksydacji jak i w cyklu kwasu cytrynowego

2. Są one źródłem atomów węgla dla cholesterolu i innych steroidów

3. W wątrobie z nich wytwarzane ciała ketonowe rozpuszczalne w wodzie. Są one alternatywnym paliwem tkankowym, które w pewnych warunkach (Np. W głodzeniu) staje się ważnym źródłem energetycznym

β-oksydacja

β-oksydacja kwasów tłuszczowych polega na kolejnym odczepianiu i uwalnianiu acetylo-CoA

UTLENIANIE KWASÓW TŁUSZCZOWYCH:

KETOGENEZA

Ciała ketonowe (acetooctan, aceton, hydroksymaślan) służą jako materiał energetyczny dla tkanek pozawątrobowych.

Acetooctan ulega ciągłej samoistnej dekarboksylacji do acetonu.

CYKL KWASU CYTRYNOWEGO: KATABOLIZM ACETYLO-CoA

Cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa, cykl kwasów trójkarboksylowych) jest ciągiem reakcji zachodzących w mitochondriach, w wyniku których reszty acetylowe ulegają katabolizmowi z uwolnieniem równoważników wodorowych.

Utlenieniu tych ostatnich towarzyszy uwolnienie, wychwytywanie i gromadzenie w formie ATP.

ZNACZENIE BIOMEDYCZNE

Zasadnicza rola cyklu kwasu cytrynowego polega na działaniu jako wspólny szlak końcowy utleniania węglowodanów, lipidów i białek.

Glukoza, kwasy tłuszczowe oraz niektóre aminokwasy są metabolizowane do acetylo-CoA lub związków pośrednich cyklu.

Cykl odgrywa również istotną rolę w glukoneogenezie, transaminacji, deaminacji i lipogenezie.

Wszystkie te procesy zachodzą w znaczącym stopniu w wątrobie.

ROLA CYKLU KREBSA W METABOLIZMIE KOMÓRKI

• Jest wspólnym szlakiem końcowym utleniania węglowodanów, lipidów i białek poprzez acetylo-CoA.

• Jest miejscem wychwytywania energii swobodnej uwalnianej podczas spalania węglowodanów, lipidów i białek.

• Powstają równoważniki redukujące przekazywane na łańcuch oddechowy. Umiejscowienie cyklu w mitochondriach ułatwia przenoszenie równoważników na łańcuch oddechowy.

• Miejsce początku syntezy kwasów tłuszczowych oraz aminokwasów (procesy trans- i deaminacji)

5.Udział w glukoneogenezie.

BARWNIKI ŻÓŁCIOWE

BILIRUBINA

Bilirubina jest substancją powstającą w wyniku rozpadu cząsteczki hemu.

W ciągu dnia osoba o masie ciała 70 kg metabolizuje ok. 6 g hemoglobiny.

WYKŁAD NR 3 10.05.2007

UTLENIANIE BIOLOGICZNE

Około 1780 roku Lavoisier wysunął przypuszczenie, że w organizmach żywych zachodzą, procesy spalania; porównywalne do procesów utleniania.

O ile w procesie spalania najważniejszą reakcją dostarczającą energii jest łączenie się tlenu z węglem na dwutlenek węgla, natomiast

w utlenianiu biologicznym kluczową reakcją jest łączenie się tlenu z wodorem i powstawanie wody.

We współczesnym pojęciu procesy red-ox rozpatruje się jako:

UTLENIANIE - czyli oddawanie elektronów lub wodoru, albo przyłączanie tlenu.

REDUKCJA - przyjmowanie elektronów lub wodoru albo oddawanie tlenu.

Spalanie tkankowe czyli utlenianie biologiczne

jest przeniesieniem pary elektronów z wodoru (powstającego w wyniku spalania acetylo-CoA w cyklu Krebsa, acetylo-CoA pochodzi z przemian katabolicznych lipidów, węglowodanów i białek)

na tlen.

Przeniesienie elektronów i protonów na tlen jest przemianą wysoce egzoergiczną i przebiega ze znacznym spadkiem energii swobodnej.

Ta znaczna jak na procesy biologiczne ilość energii nie zostaje jednak wyzwolona od razu, ale dzięki istnieniu szeregu układów oksydoredukcyjnych uwalnia się małymi porcjami i może być magazynowana w sposób chemiczny (ATP).

ENZYMY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

Enzymy łańcucha oddechowego i sprzężonej z nim fosforylacji oksydatywnej zlokalizowane są w błonie wewnętrznej mitochondruim.

Enzymy te należą do klasy oksydoreduktaz -

są to: - dehydrogenazy, - reduktazy, - oksydazy.

1. Dehydrogenezy

Pierwszym etapem utleniania tkankowego jest przeniesienie atomów wodoru na NAD (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy), te reakcje katalizują dehydrogenazy, specyficzne co do substratu.

2. Reduktazy

W drugim etapie łańcucha oddechowego NADH + H⁺ zostaje ponownie utleniony i przekazuje wodory na enzymy flawinowe.

Enzymy te zwane są reduktazami, ponieważ katalizują reakcje red-ox bez udziału substratu lub tlenu, a jedynie między ogniwami łańcucha oddechowego.

Są to zwykle wieloenzymatyczne systemy kompleksowe zarówno pod względem budowy jak i mechanizmu działania.

3. Oksydazy

Poza enzymami flawinowymi znana jest też ważna grupa enzymów współdziałających z flawinami i zdolnych do bezpośredniego przeniesienia elektronów z substratu na tlen. Ma wtedy miejsce dwuelektronowa aktywacja tlenu i powstaje nadtlenek wodoru - enzymy te nazwano dehydrogenazami tlenowymi lub oksydazami.

Oksydaza cytochromowa jest oksydazą końcową czyli jedynym enzymem, który reaguje bezpośrednio z tlenem. W przypadku oksydazy cytochromowej zawsze ma miejsce aktywacja czteroelektronowa tlenu.

FOSFORYLACJA OKSYDATYWNA

Jest to przyłączanie cząsteczek fosforanu do ADP

ATP ↔ ADP + P

Energia swobodna z hydrolizy związków wysokoenergetycznych wykorzystywana

jest do:

- reakcji endoergicznych

- pracy mechanicznej

- aktywnego transportu przez błony

- utrzymania ciepłoty ciała

• jako energia świetlna - robaczek

świętojański.

MAGAZYNOWANIE I ZUŻYTKOWANIE ENERGII W UKŁADACH BIOLOGICZNYCH

Wszystkie procesy biochemiczne przebiegające w żywej komórce powodują:

• określone zmiany chemiczne

- odpowiednie efekty energetyczne (związane są ze zmianą potencjału chemicznego substancji reagujących).

Wyróżnia się dwa rodzaje reakcji:

• egzoergiczne, czyli przebiegające spontanicznie i ze zmniejszeniem sumarycznego potencjału chemicznego w układzie, a więc wydzieleniem energii,

- endoergiczne, w których następuje zwiększenie sumarycznego potencjału chemicznego układu, tzn. wymagają dostarczenia energii spoza układu; energia dla nich jest czerpana z procesów egzoergicznych.

Energia procesów egzoergicznych jest użytkowana do:

a) umożliwienia przebiegu procesów anabolicznych, czyli syntezy metabolicznie ważnych substancji,

b) realizacji wielu bardziej ogólnych funkcji.

Zależnie od specjalizacji,

w komórkach odbywają się takie procesy jak:

*skurcz mięśni,

2) transport substancji przez błony komórkowe (np. w aktywnym transporcie),

3) utrzymywanie potencjału elektrycznego,

4) wydzielanie ciepła.

Dlatego aby zachować równowagę w środowisku, komórki muszą wykonać określoną pracę, która jest związana z nakładem energii.

Zgodnie z I zasadą termodynamiki, energia wydzielona w reakcji nie ulega zatraceniu, lecz zostaje wykorzystana w obrębie danego układu lub przekazana (ew. w innej formie) na zewnątrz.

Energia i jej formy

Energia występuje w różnych formach:

- energia cieplna,

- energia świetlna,

- energia mechaniczna.

W życiu komórki najważniejsza jest energia chemiczna.

Jest to energia zawarta w określonym związku chemicznym, a ściślej - w występujących w jego cząsteczce wiązaniach.

Reakcje egzoergiczne „napędzają" reakcje endoergiczne przez dostarczenie energii.

Znane są substancje pośredniczące w przekazywaniu energii, zwane makroergicznymi, z których udziałem dokonuje się w komórce magazynowanie energii z niektórych procesów typowo egzoergicznych oraz jej przekazywanie na procesy endoergiczne.

Przy udziale tych związków następuje więc ścisłe powiązanie procesów anabolicznych i katabolicznych, zwane sprzężeniem energetycznym.

Związki makroergiczne

Do związków makroergicznych należą takie substancje, które przy rozkładzie hydrolitycznym w pojedynczej reakcji wydzielają szczególnie dużo energii - powyżej ok. 25 kJ/mol.

Tak wysoki potencjał chemiczny wynika ze szczególnie nietrwałego układu elektronów wokół określonego wiązania, dlatego właściwość ta dotyczy zawartych w tych cząsteczkach „wiązań bogatych w energię" lub makroergicznych.

Związki makroergiczne tworzą się w wyniku sprzężenia z silnie egzoergicznymi reakcjami dostarczającymi jednorazowo porcję energii wystarczającą na pokrycie jej zapotrzebowania do wytworzenia w cząsteczce takiego wiązania.

Związki makroergiczne, obok dostarczania energii

endoergicznym procesom biochemicznym, są użytkowane również w procesach czysto fizjologicznych, takich jak:

• ruch,

• wzrost,

• wydzielanie,

• przewodzenie.

Metabolicznie czynne związki makroergiczne zawierają w większości resztę lub reszty fosforanowe.

Hydrolityczne odłączenie takiej reszty jest związane z wydzieleniem dużej ilości energii.

Wiązanie, podczas hydrolizy którego uzyskuje się ilość energii swobodnej ∆G przewyższającą 25 kJ/mol jest oznaczane (dla odróżnienia) nie kreską (-), lecz wężykiem (~).

Wśród związków makroergicznych są wyróżniane grupy różniące się charakterem wiązania, przy hydrolizie którego jest obserwowany znaczny spadek energii swobodnej.

Są to wiązania:

1) bezwodnikowe fosforanowo-fosforanowe,

2) bezwodnikowe karboksylo-fosforanowe,

3) guanidyno-fosforanowe,

4) tioestrowe.

Związki fosforanowo-fosforanowe

Do związków wykazujących znaczny spadek energii swobodnej przy hydrolizie wiązania bezwodnikowego fosforanowo-fosforanowego należą difosforan i tzw. nukleozydotrifosforany.

Kwas difosforowy i jego sole nieorganiczne oraz pochodne organiczne mogą być uważane za najprostsze związki makroergiczne dzięki zawartości bezwodnikowego wiązania między dwiema resztami fosforanowymi.

Ponieważ przyjęto resztę fosforanową oznaczać w uproszczeniu symbolem P (lub~P), to kwas difosforowy można napisać w postaci np. P~P.

Hydroliza tego wiązania powoduje spadek energii swobodnej ∆G° wynoszący ok. 25 kJ/mol.

Nukleozydotrifosforany są związkami makroergicznymi najbardziej uniwersalnymi

i o największym znaczeniu w przemianie materii.

Najbardziej uniwersalnym związkiem tego rodzaju jest ATP, mający następującą budowę:

ATP zawiera w cząsteczce dwa wiązania makroergiczne między końcowymi resztami fosforanowymi, których kolejne odłączanie wyzwala odpowiednio 30,5 i ok. 25 kJ/mol. Reakcje te biegną zgodnie z uproszczonym równaniem:

ATP oraz produkty jego rozkładu tworzą tzw. system adenylanowy, uczestniczący w przekształcaniu i magazynowaniu energii i w razie potrzeby stanowiący jej główne źródło dla procesów komórkowych.

Jego ustawiczna regeneracja odbywa się w wyniku reakcji fosforylacji, czyli przyłączania cząsteczek fosforanu do ADP.

U roślin największe znaczenie mają odbywające się w błonach chloroplastów fosforylacje fotosyntetyczne, a u pozostałych organizmów fosforylacja oksydacyjna w błonach mitochondriów.

Za pomocą stopnia wysycenia AMP fosforanem, a więc stosunku ATP, ADP i AMP w komórce, określa się jej tzw. ładunek energetyczny - który wyraża się wzorem:

Cykl energetyczny ATP

Poza ATP są znane inne nukleozydotrifosforany o podobnych właściwościach i bardziej specyficznych funkcjach, różniące się od ATP jedynie występowaniem w nich odmiennej zasady organicznej.

W wielu reakcjach występują więc jako związki energodajne lub aktywujące, np.:

• urydynotrifosforan (UTP), zawierający zamiast adeniny uracyl,

• cytydynotrifosforan (CTP), zawierający cytozynę,

- guanozynotrifosforan (GTP), zawierający guaninę.

Wymienione nukleozydotrifosforany pozostają ze sobą w równowadze, tzn. mogą między sobą przenosić trzecią resztę fosforanową bez zmian energetycznych,

np.:

ATP + GDP ↔ ADP + GTP

TEORIA KATALIZY ENZYMATYCZNEJ

Do zaistnienia przemiany chemicznej jest niezbędne, aby:

• reagujące cząsteczki zderzyły się ze sobą z dostateczną energią kinetyczną

• zderzenie nastąpiło w określonych miejscach cząsteczek, odpowiadających grupom reagującym.

Dlatego efektywnie działający katalizator winien mieć 3 podstawowe cechy:

1) zwiększać prawdopodobieństwo zderzeń,

2) zmniejszyć barierę energetyczną,

3) ukierunkowywać cząsteczki substratów

względem siebie.

Zwiększenie prawdopodobieństwa zderzeń jest osiągane w reakcji katalizowanej przez znaczne zagęszczenie cząsteczek na powierzchni katalizatora.

Ukierunkowanie reagujących cząsteczek następuje przez zbliżenie grup funkcyjnych mających ze sobą wejść w reakcję.

Zmniejszenie bariery energetycznej wiąże się z pojęciem energii aktywacji, tzn. określonej jej porcji, którą układ musi pobrać odwracalnie w celu przezwyciężenia „bezwładności chemicznej" cząsteczek.

KINETYKA REAKCJI ENZYMATYCZNYCH

Szybkość reakcji enzymatycznych zależy od wielu czynników, m.in. od:

• stężenia substratu,

• stężenia enzymu,

• temperatury,

• pH środowiska,

• obecności aktywatorów,

• obecności inhibitorów.

Badaniem zależności miedzy szybkością przebiegu reakcji i różnymi czynnikami zajmuje się kinetyka reakcji chemicznych.

Enzymy, tworząc przejściowe połączenia z substratem zmniejszają energię aktywacji, obniżając barierę energetyczną pomiędzy reagującymi cząsteczkami.

Następnie kompleks enzym-substrat ulega rozpadowi na produkt reakcji i wolny enzym:

E+S → E-S → E+P

E - enzym, S - substrat, E - S - kompleks enzym-substrat, P - produkt

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNYCH

Stężenie substratu

Przy stałym poziomie enzymu szybkość reakcji enzymatycznej wzrasta początkowo wraz ze wzrostem stężenia substratu, jednak w momencie całkowitego wysycenia enzymu substratem reakcja osiąga tzw. szybkość maksymalną (V_max).

Dalsze zwiększanie stężenia substratu nie przyczynia się już do przyspieszenia szybkości reakcji (może nawet, wręcz przeciwnie, doprowadzić do obniżenia szybkości reakcji).

Stężenie enzymu

Związek miedzy szybkością reakcji i stężeniem enzymu można zaobserwować, gdy w środowisku jest nadmiar substratu. Szybkość reakcji

jest proporcjonalna do stężenia enzymu.

Wpływ stężenia enzymu na szybkość reakcji enzymatycznej

Temperatura

Wzrostowi temperatury towarzyszy przyspieszenie reakcji enzymatycznej.

Jednak po osiągnięciu pewnego optimum w danych warunkach, reakcja ulega spowolnieniu w następstwie denaturacji cieplnej enzymu. Większość enzymów traci nieodwracalnie aktywność po przekroczeniu temperatury 65°C.

pH

Stężenie jonów wodorowych jest czynnikiem silnie wpływającym na szybkość reakcji enzymatycznej.

Dla każdego enzymu istnieje optymalne dla jego działania pH (np. dla pepsyny pH 1,0-2,2; dla fosfatazy kwaśnej pH 4,5-5,0; dla amylazy pH 6,7-7,2; dla fosfatazy alkalicznej pH 9,0-10,0).

Wpływ pH na aktywność: 1 - pepsyny, 2 - dekarboksylazy glutaminianowej, 3 - α-amylazy śliny, 4 -arginazy.

Aktywatory

Aktywatory to różnego rodzaju substancje, nie biorące udziału w reakcji katalitycznej, które uczynniają enzymy lub zwiększają ich aktywność.

Inhibitory

Inhibitory są substancjami obniżającymi lub całkowicie znoszącymi aktywność enzymatyczną.

Działanie inhibitorów może być odwracalne i nieodwracalne.

AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA

Przeprowadzając badania enzymatyczne nie określamy stężenia enzymu, ale podajemy jego aktywność za pomocą tzw. jednostek aktywności enzymu.

Katal

Katal jest jednostką aktywności w układzie SI.

Jest to ilość enzymu,

która przekształca 1 mol substratu w ciągu 1 sekundy, w temp. 30°C,

w pH optymalnym dla działania danego enzymu i przy całkowitym wysyceniu enzymu substratem.

1 katal = 6 x 10⁷ jednostek międzynarodowych

1 IU = 16,67 nanokatali.

Międzynarodowa jednostka aktywności enzymu - IU

IU określa taką ilość enzymu, która przekształca 1 umol substratu w ciągu 1 minuty w temperaturze 30°C, w optymalnym pH i przy całkowitym wysyceniu enzymu substratem.

Aktywność enzymu wyrażona jest w jednostkach międzynarodowych, odpowiada μmolom rozłożonego substratu w czasie 1 min. w temp. 30 °C przez 1 l surowicy.

Aktywność właściwa

Aktywność właściwa to liczba jednostek enzymatycznych, przypadających na 1 mg białka (używana np. w przypadku oznaczania aktywności enzymów w homogenatach tkankowych lub do określania aktywności odczynników enzymatycznych).

W praktyce klinicznej można jeszcze spotkać, choć coraz rzadziej, tzw. umowne jednostki enzymatyczne, które były ustalane przez autorów metody, np. jednostka Kinga-Armstronga, Wolghemutha, Bodansky'ego itp.

WYKLAD NR 4 24.V.2007

ROLA ENZYMÓW W REGULACJI METABOLIZMU CZŁOWIEKA

W żywym organizmie zachodzą wszystkie procesy fizjologiczne z odpowiednią szybkością, którą regulują katalizatory biologiczne (biokatalizatory) - enzymy, które mają charakter białkowy.

Enzymy są biokatalizatorami wytwarzanymi przez żywe organizmy.

Przyspieszają szybkość reakcji zachodzących w organizmie, poprzez obniżanie energii aktywacji.

PODZIAŁ ENZYMÓW

Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Unii Biochemicznej enzymy dzielimy na sześć głównych klas:

• oksydoreduktazy - katalizujące reakcje oksydoredukcyjne,

2) transferazy - katalizujące przenoszenie określonych grup pomiędzy poszczególnymi związkami,

3) hydrolazy - katalizujące rozkład różnych wiązań z udziałem cząsteczek wody,

4) liazy - katalizujące odłączenie grup od substratu bez udziału cząsteczek wody,

5) izomerazy - katalizujące reakcje izomeryzacji,

6) ligazy (syntetazy) - katalizujące wytwarzanie wiązań pomiędzy atomami w cząsteczkach substratów.

Ze względu na budowę enzymy dzielimy na:

• proste - zbudowane jedynie z aminokwasów

(np. amylaza, ureaza, aldolaza, enzymy proteolityczne),

b) złożone - zbudowane z komponentu białkowego i niebiałkowego, którym może być:

- grupa prostetyczna (np. porfiryny w oksydazie cytochromowej, katalazie, peroksydazie);

- koenzym (np. NAD w dehydrogenazie mleczanowej).

Kolejną klasyfikacją jest podział diagnostyczny, obejmujący

trzy grupy enzymów:

- sekrecyjne (wydzielnicze),

- indykatorowe (wskaźnikowe),

- ekskrecyjne (wydalnicze).

Enzymy sekrecyjne (pozakomórkowe)

są wydzielane do krwi z komórek, będąc potwierdzeniem prawidłowo zachodzących procesów anabolicznych.

Procesy doprowadzające do uszkodzenia komórek przyczyniają się do spadku aktywności tych enzymów.

Enzymy indykatorowe w warunkach fizjologicznych charakteryzują się niewielką aktywnością w osoczu, będąc przejawem ciągłego obumierania komórek.

Są to enzymy struktur komórkowych, do których zaliczają się:

• najłatwiej przenikające do krwi enzymy cytoplazmatyczne, związane z przemianą cukrów (aldolaza, dehydrogenaza mleczanowa) lub aminokwasów (aminotransferazy),

• enzymy mitochondrialne związane z utlenianiem w cyklu Krebsa (dehydrogenaza izocytrynianowa i jabłczanowa), cyklu kwasów tłuszczowych i łańcucha oddechowego.

Wzrost aktywności enzymów indykatorowych jest proporcjonalny do stopnia uszkodzenia narządów.

Enzymy ekskrecyjne (komórkowe) są wydzielane z wydalinami ustrojowymi.

Wydzielające je komórki przekazują niewielką ich ilość również do krwi.

Są to enzymy wydzielane z gruczołów wydzielniczych ze śliną (alfa-amylaza), z żółcią (fosfataza zasadowa), enzymy trzustkowe (trypsyna, chymotrypsyna, alfa-amylaza, lipaza).

W przypadku utrudnionego odpływu wydzielin (np. zaczopowanie przewodów wydzielniczych kamieniem lub guzem nowotworowym), obserwuje się wzrost ich aktywności we krwi.

Diagnostyka enzymologiczna daje nam możliwość diagnozy:

• marskości wątroby,

• stanów zapalnych wątroby,

• zawału mięśnia sercowego,

• zapalenia dróg żółciowych,

• chorób trzustki,

• gruczołu krokowego,

• chorób kości,

• niedokrwistości,

• dystrofii mięśni.

CKP- kinaza fosfokeratyczna

AspAT- aminotransferaza asparaginowa

LDH- dehydrogenaza mleczanowa

GGTP- gamma gltamykontranspeptydaza

TROPONINA

Nowym i swoistym markerem zawału serca jest zwiększenie stężenia troponiny T, stanowiącej składnik kompleksu białek kurczliwych, odpowiedzialnych za skurcz mięśni poprzecznie prążkowanych.

Zwiększenie stężenia, przekraczające nawet 100-krotnie wartości prawidłowe, obserwuje się już w pierwszej dobie zawału.

Dynamika i wielkość wzrostu dodatnio koreluje z reperfuzją niedokrwiennego obszaru mięśnia sercowego.

Wartości prawidłowe cTnI < 0,03 ng/ml.

Wartości powyżej > 0,5 ng/ml wskazuje na zawał serca.

Oznaczając aktywność kilku enzymów można określić czas jaki upłynął od powstała zawału i śledzić przebieg choroby.

W zawale mięśnia sercowego:

- z transaminaz rośnie AspAT,

• aktywność ALAT jest mniejsza, obserwuje się

nieznaczny wzrost, ale później.

Jeżeli dochodzi do znacznego wzrostu ALAT, to świadczy to o współistnieniu choroby wątroby.

Cennym badaniem jest oznaczanie CPK.

Niedogodnością jest to, że wzrost tego enzymu obserwuje się nie tylko przy zawale, lecz także przy uszkodzeniu mięśni szkieletowych w pewnym rodzaju dystrofii mięśni i po bardzo intensywnym wysiłku fizycznym.

CPK występuje pod postacią trzech izoenzymów:

CPK MM - typ mięśniowy,

CPK MB - typ sercowy,

CPK BB -typ mózgowy.

U pacjentów z zawałem wzrasta MB. Poziom tego izoenzymu powraca szybciej do normy, niż całkowita aktywność. Oznaczając ten izoenzym w celu monitorowania choroby można uchwycić ewentualny drugi zawał.

Aktywność LDH (dehydrogenaza mleczanowa) wzrasta nie tylko przy zawale, ale też w schorzeniach wątroby, mięśni, nerek, dlatego też do diagnostyki wykorzystuje się izoenzymy.

LDH ma 5 izoenzymów.

LDH₁ występuje w tkankach z przewagą przemian tlenowych - serce, mózg, kora nerki.

W tkankach, w których są przemiany beztlenowe - m. szkieletowe, wątroba, rdzeń nerki - występuje LDH₅.

AMYLAZA

Amylazy są enzymami hydrolizującymi wiązania

α-1,4-glikozydowe i alfa-1,6 glikozydowe w α-glikanach (skrobia, glikogen).

Znane są trzy rodzaje amylaz:

- α-amylaza (endoamylaza),

• β-amylaza (egzoamylaza)

• γ-amylaza, zwana również glukoamylazą (egzoamylaza).

U człowieka i zwierząt występują α-amylaza i γ-amylaza.

Pierwszą z nich stwierdza się w:

• trzustce,

• gruczołach ślinowych,

• wątrobie,

• nerkach,

• płucach,

• mniejszych ilościach w śledzionie,

• mięśniach szkieletowych,

• sercu,

• mózgu.

Z płynów ustrojowych największą aktywność amylazy wykazują sok trzustkowy i ślina, mniejszą - osocze i mocz.

Z kolei γ-amylaza pochodzi z komórek nabłonkowych jelita cienkiego.

Największe znaczenie kliniczne ma oznaczanie aktywności amylazy w przypadku schorzeń trzustki i ślinianek.

W praktyce przeprowadza się równolegle oznaczanie aktywności enzymu w surowicy i w moczu.

Oznaczanie aktywności amylazy w wielu innych ostrych stanach zapalnych jamy brzusznej może być wykorzystywane do ich różnicowania.

Wzrost aktywności α-amylazy w surowicy krwi obserwuje się w:

1. Chorobach trzustki

2. Chorobach ślinianek

3. Chorobach przewodu pokarmowego

4. Inne - radioterapia, chemioterapia

Spadek aktywności α-amylazy występuje w:

- martwicy trzustki,

• zatruciach: barbituranami, tetrachlorkiem

węgla, metalami ciężkimi.

TRANSFERAZY - AMINOTRANSFERAZY

Aminotransferazy są to enzymy transaminujące (przenoszące grupy -NH₂) z aminokwasów na

α-ketokwasy.

W diagnostyce klinicznej największe znaczenie ma oznaczanie aktywności dwóch aminotransferaz: aminotransferazy asparaginowej - AspAT katalizującej odwracalną reakcję:

Najwyższą aktywność AspAT i AlAT wykazują:

- wątroba,

- serce,

- mięśnie szkieletowe,

- nerki.

Wątroba i serce zawierają obie aminotransferazy, z tym że w sercu przeważa aktywność AspAT, natomiast w wątrobie AlAT.

Ponieważ AspAT i AlAT zaliczane są do enzymów wskaźnikowych, wzrost ich aktywności w surowicy świadczy o stopniu uszkodzenia narządu.

ZNACZENIE KLINICZNE

- Oznaczania aktywności AspAT i AlAT ogranicza się głównie do rozpoznawania chorób wątroby i serca.

• Można obliczyć tzw. współczynnik De Rittisa, czyli stosunek aktywności AspAT do AlAT. Prawidłowo powinien przyjmować wartość około 1.

Aktywność aminotransferaz oznacza się również w schorzeniach mięśnia sercowego, szczególnie przy zawale.

W 6-12 godzin po dokonaniu się zawału aktywność AspAT w surowicy zaczyna wzrastać.

Aktywność AlAT nie zmienia się lub wzrasta nieznacznie.

Doprowadza to do wzrostu wartości współczynnika De Rittisa.

TRANSFERAZY -

Kinaza fosfokreatynowa

Kinaza fosfokreatynowa (CPK) jest biokatalizatorem reakcji:

Enzym ten występuje szczególnie obficie w mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym i w mózgu.

Oznaczanie aktywności tego enzymu ma istotne znaczenie kliniczne przede wszystkim w chorobach serca, a zwłaszcza w badaniu zawału mięśnia sercowego.

Wzrost powyżej 5% świadczy o zawale mięśnia sercowego.

TRANSFERAZY -

Gamma-Glutamylotranspeptydaza

Gamma-glutamylotranspeptydaza (GGTP) katalizuje przeniesienie reszty γ-glutamylowej z donora na odpowiedni akceptor.

Enzym występuje w wielu tkankach, w największym stężeniu w tkankach aktywnie transportujących aminokwasy (nerki).

Znacznie niższą aktywnością charakteryzują się wątroba, trzustka, mózg oraz mięsień sercowy.

Zasadniczym źródłem GGTP w surowicy krwi jest wątroba, a wzrost jego aktywności w surowicy zwykle wynika z chorób tego narządu.

Aktywność GGTP rośnie w ostrym zapaleniu wątroby, ale występuje to stosunkowo późno i utrzymuje się wiele tygodni także wtedy, gdy aktywność innych enzymów, np. aminotransferaz, powróciła do wartości prawidłowych.

Podobnie zachowuje się aktywność GGTP w przebiegu zawału mięśnia sercowego. Zwiększa się nie wcześniej niż po 4-5 dniach, wartości maksymalne osiąga w 2-3 tygodniu choroby, powracając do normy pomiędzy 4 a 6 tygodniem po zawale.

Oznaczanie aktywności GGTP w surowicy jest zatem tzw. późnym wskaźnikiem zawału mięśnia sercowego.

Badania biochemiczne, służące do diagnostyki zawału mięśnia sercowego, są badaniami obowiązkowymi, ponieważ nie zawsze zawał daje zmiany w zapisie EKG (tzw. zawały „nieme").

DEHYDROGENAZA MLECZANOWA

Dehydrogenaza mleczanowa (LDH) jest enzymem cytoplazmatycznym katalizującym końcowy etap glikolizy:

Enzym ten jest obecny niemal we wszystkich komórkach i płynach ustrojowych człowieka.

Największą aktywność stwierdza się w wątrobie, mięśniach szkieletowych, nerkach, mięśniu sercowym i płucach.

Wzrost aktywności LDH w surowicy obserwuje się zatem we wszystkich stanach przebiegających z martwicą tkanek.

FOSFATAZY

Fosfatazy należą do hydrolaz i katalizują reakcje odszczepiania reszt kwasu ortofosforowego z jego organicznych połączeń zgodnie z reakcją:

R-O-PO₃H₂ + H₂O ——> R-OH + H₃PO₄

Fosfataza zasadowa

Fosfataza zasadowa (AP) w surowicy krwi pochodzi z komórek kości, nabłonka wyścielającego kanaliki żółciowe, z błony śluzowej jelit, wytwarzana jest także przez łożysko, niektóre tkanki nowotworowe i nerki.

Optimum pH dla tego enzymu waha się w granicach

8,5-10.

Fosfataza zasadowa aktywowana jest przez jony manganu, magnezu i kobaltu, hamowana natomiast przez związki mające zdolność tworzenia kompleksów z metalami oraz przez związki reagujące z grupami aminowymi, fosforany i grupy alkoholowe.

Wzrost aktywności fosfatazy zasadowej w surowicy spotyka się przede wszystkim w:

- chorobach kości (np. krzywica, nowotwory kości),

- niedrożności dróg żółciowych,

- nadczynności przytarczyc.

Fosfataza kwaśna

Fosfataza kwaśna (ACP) jest enzymem heterogennym i równie mało swoistym względem substratów jak fosfataza zasadowa.

Optimum pH dla tego enzymu waha się w granicach 3,8-6,0.

Występuje w wątrobie, śledzionie, nerkach, płytkach krwi, krwinkach czerwonych, tkance kostnej, łożysku oraz gruczole krokowym.

HORMONY - ROLA I MECHANIZM DZIAŁANIA

Hormony - substancja wytwarzana i wydzielana w bardzo małych ilościach do krwioobiegu przez gruczoł dokrewny (hormony gruczołów dokrewnych) lub wyspecjalizowaną komórkę nerwową (hormony tkankowe, hormony o działaniu ogólnym lub miejscowym).

Wspólną cechą hormonów jest to, że wytworzone w jednym narządzie, tkance lub komórce są przenoszone przez płyny ustrojowe i oddziałują na czynność innych narządów, tkanek i komórek.

Hormon reguluje wzrost i funkcjonowanie określonej tkanki lub organu w danej części ciała, np. insulina jest hormonem regulującym szybkość i sposób zużywania glukozy przez organizm.

Stężenie hormonów w płynie pozakomórkowym jest zwykle bardzo małe i waha się w granicach od 10^-15 do 10^-13 mol/l.

Dlatego komórki docelowe muszą odróżnić różne hormony obecne we krwi w małych stężeniach, ale również rozpoznać je wśród cząsteczek występujących w 10⁶ lub 10⁹ - krotnie większym stężeniu.

Tak precyzyjne rozróżnienie poszczególnych cząsteczek zapewniają struktury komórkowe zwane RECEPTORAMI.

Cechy charakterystyczne receptorów:

1.duże powinowactwo do hormonów
2.szybka odwracalność wiązania
3.wysycalność
4.duża swoistość.

Receptory spełniają dwie funkcje:

1.wiążą hormon
2.sprzęgają proces wiązania hormonu z transdukcją sygnału.

GRUCZOŁY DOKREWNE
Gruczołami dokrewnymi nazywamy takie narządy gruczołowe, które nie mają przewodów wyprowadzających i oddają swą wydzielinę bezpośrednio do krwi.

Substancje wydzielane przez te gruczoły nazywamy hormonami. Charakteryzuję się one tym, że działają w obszarach odległych od miejsca swego powstania, dokąd zostaje przeniesione z krwią.

Zadanie hormonów polega na:
1. regulowaniu i koordynowaniu czynności narządów,
2. utrzymywaniu stałości składu środowiska wewnętrznego.

Pełnią one role podobne do układu nerwowego, z którym z resztą pozostają w ścisłym związku czynnościowym.

Różnica polega przede wszystkim na tym, że regulacja nerwowa odbywa się znacznie szybciej i jest raczej krótkotrwała, natomiast regulacja hormonalna jest wolniejsza i działa dłużej.

Gruczoły dokrewne są rozrzucone w różnych częściach ustroju i różnię się między sobą wielkością, kształtem i budowę wewnętrzną.

Gruczołami wspólnymi dla obu płci są:
- przysadka mózgowa,
- gruczoł tarczowy,
- gruczoły przytarczyczne,
- nadnercza
- część wewnątrzwydzielnicza trzustki.

Gruczoły płciowe, czyli gonady, są swoiste dla każdej płci - u kobiety są to jajniki, u mężczyzny - jądra.
Gruczoły płciowe pozostaję nieczynne w dzieciństwie, tj. do okresu pokwitania.

Pod względem chemicznym hormony można podzielić na:

1) pochodne fenolu (adrenalina, tyroksyna),
2) hormony białkowe (hormony przysadki, insulina, parathormon),
3) hormony sterydowe (hormony kory nadnerczy, hormony płciowe).

Hormony wytwarzane w organizmie człowieka można podzielić również na:
1) zbudowane z aminokwasów lub związków pochodnych (parathormon, adrenalina, noradrenalina, tyroksyna);
2) pochodne cholesterolu (glikokortykoidy, testosteron, estrogeny, progesteron).

Hormon podwzgórzowy działa na hormon przysadki gruczołowej, który pobudza narząd docelowy (gruczoł endokrynny) do wydzielenia odpowiedniego hormonu.

Hormony osi podwzgórze - przysadka - narząd docelowy tworzą integralne pętle sprzężenia zwrotnego.

Podwzgórze jest centralną stacją odbioru wszelkiego rodzaju bodźców czuciowych.

Na poziomie podwzgórza następuje integracja wszystkich informacji napływających z receptorów (narządów zmysłów i interoreceptorów) i w zależności od aktualnych potrzeb odbywa się wydzielanie odpowiednich substancji, nazwanych czynnikami (hormonami) podwzgórza.

Odróżnia się wśród nich czynniki uwalniające hormony przysadkowe oraz czynniki hamujące uwalnianie, a prawdopodobnie także i syntezę hormonów przysadki.

Tylny płat przysadki mózgowej wydziela dwa hormony:

1) hormon antydiuretyczny (ADH), regulujący gospodarkę wodną ustroju,
wazopresyna kurczy mięśnie naczyń krwionośnych;

2) oksytocynę, która bierze udział w wydzielaniu mleka podczas laktacji, wspomaga zapłodnienie komórki jajowej oraz odgrywa istotną rolę podczas porodu.

Oksytocyna działa obkurczająco na ciężarną macicę. Obkurcza ona również pęcherzyki gruczołów mlekowych w okresie laktacji powodując wydzielanie mleka.

Te właściwości oksytocyny wykorzystuje się w lecznictwie.

Płat przedni przysadki produkuje co najmniej sześć hormonów, które pełnią ważną rolę w regulacji procesów metabolicznych ustroju.
Są to:

1) GH, czyli hormon wzrostu, zwany także somatotropiną, powodujący wzrost wszystkich tkanek,
2) ACTH, czyli hormon kortykotropowy,
3) TSH, czyli hormon tyreotropowy,
4) FSH, czyli folikulostymulina,
5) LH, czyli hormon luteinizujący
6) PRL, czyli hormon luteotropowy, prawdopodobnie identyczny z prolaktyną.

Wydzielanie ludzkiego hormonu wzrostu hGH zwiększa się aż do osiągnięcia dojrzałości płciowej, utrzymuje się na stałym poziomie, a po 50 roku życia wydzielania hGH zmniejsza się .

Hormon wzrostu pobudza wątrobę, inne narządy i tkanki do wydzielania czynników wzrostowych.

Hormon bierze udział w:

• syntezie białek organizmu,

• przemianie węglowodanów,

• przemianie tłuszczów,

• przemianie mineralnej.

Hormon wzrostu:

• wzmaga transport aminokwasów do wnętrza komórki i syntezę białka komórkowego;

• w okresie intensywnego wzrostu kości poszerzają się

i wydłużają;

• zwiększa stężenie glukozy we krwi - zahamowana synteza glikogenu;

• ma działanie lipolityczne (zwiększa stężenie wolnych kwasów tłuszczowych).

Hormon adrenokortykotropowy (kortykotropiny - ACTH) pobudza wydzielanie hormonów kory nadnerczy.

Hormon tyreotropowy (TSH) bierze udział w biosyntezie hormonów tarczycy.

Hormon dojrzewania pęcherzyków (folitropina - FSH) wiąże się z receptorami błon plazmatycznych komórek docelowych, tj. komórek pęcherzyków jajnikowych (Graafa) oraz komórek Sertolego gonady męskiej.

Hormon luteinizujący (lutropina - LH) wiąże się ze swoistymi receptorami błon plazmatycznych pobudzając produkcję progesteronu w komórkach ciałka żółtego oraz testosteronu w komórkach Leydiga.

Prolaktyna (PRL) uczestniczy w inicjacji i podtrzymywaniu laktacji u ssaków. W stężeniach fizjologicznych

prolaktyna działa tylko na gruczoły sutkowe odpowiednio przygotowane hormonami gonadalnymi.
Prolaktyna wzmaga syntezę białka komórkowego.

* Ludzka gonadotropina kosmówkowa (hCG) jest hormonem łożyska. Jego stężenie we krwi oraz wydalanie z moczem wzrastają już krótko po implantacji zapłodnionego jaja. Stąd oznaczanie hCG wykorzystywane jest w wielu testach wykrywania ciąży.

HORMONY RDZENIA I KORY NADNERCZY
Część rdzeniowa nadnerczy jest dokrewnym odpowiednikiem układu nerwowego współczulnego - wytwarzane są tu i wydzielane do krwi dwa hormony: adrenalina i noradrenalina.

Hormony te są potrzebne w procesie adaptacji do ostrego i przewlekłego stresu.

Obydwie substancje działają na obwodowe naczynia krwionośne, podnosząc ciśnienie krwi; różnica w ich działaniu polega na tym, że adrenalina działa silniej na serce, wzmagając jego czynność oraz zwiększa przemianę materii.

Adrenalina i noradrenalina są stale wydzielane do krwi w niewielkiej ilości;
wszelkie stany emocjonalne, zwłaszcza takie, jak strach lub gniew, powodują nagłe wyrzucenie większej ilości tych hormonów, wywołując przyspieszenie czynności serca, zblednięcie skóry, skurcz mięśni przywłosowych.

Do głównych aktywnych sterydów kory nadnerczy należą hydrokortyzon, kortykosteron i aldosteron.

Stosunkowo niewielkie różnice w ich budowie chemicznej powodują jednak zdecydowane różnice w ich właściwościach fizjologicznych.

Ujmując sprawę najogólniej, można przyjęć, że
- hydrokortyzon wywiera wpływ na przemianę węglowodanową i chroni ustrój przed stresem,
- aldosteron - reguluje gospodarkę elektrolitową,
- kortykosteron zajmuje miejsce pośrednie wykazując cechy obu tych hormonów.

HORMONY TARCZYCY

Tarczyca różni się od innych gruczołów dokrewnych tym, że funkcja jej w dużej mierze jest zależna od czynnika zewnętrznego, którym jest jod.

Głównym hormonem wytwarzanym przez tarczycę jest tyroksyna.

Ponadto powstają tu jeszcze w niewielkich ilościach dwu- i trójjodotyronina. Ta ostatnia wywiera działanie pięciokrotnie silniejsze niż tyroksyna.

Dla prawidłowej czynności tarczycy konieczny jest dowóz jodu w ilości 35-50 mg na rok, czyli ok. 1 mg tygodniowo.

Przy braku jodu w wodzie i pożywieniu tarczyca ulega powiększeniu, co uwidocznia się na zewnętrz w postaci tzw. wola.

Wchłonięty z przewodu pokarmowego jod gromadzi się w tarczycy.

Nadmierna produkcja tyroksyny prowadzi do powstania zespołu objawów chorobowych charakterystycznych dla nadczynności tarczycy. Pierwotna postać nadczynności tarczycy nazywa się chorobą Gravesa-Basedowa.

Głównymi jej objawami są:
- powiększenie tarczycy (wole),
- przyspieszenie czynności serca,

- wytrzeszcz gałek ocznych.

Chorzy tacy są:
- niespokojni,
- ruchliwi,
- pobudliwi,
- wybuchowi,
- łatwo tracę panowanie nad sobą,
- często podejmuję zbędną aktywność,
- łatwo się męczę.

Niedoczynność tarczycy jest spowodowana niedoborem lub brakiem hormonów tarczycy.

Następuje przy tym:
- zwolnienie wszystkich czynności ustroju,
- osłabienie,
- senność,
- spowolnienie mowy,
- głos grubieje i staje się ochrypły,
- pojawia się obrzęk powiek i innych tkanek.

Ponadto:
- skóra staje się sucha, blada i chłodna,
- występuje skłonność do wypadania włosów,
- następuje zobojętnienie i przytępienie umysłowe.

HORMONY GONADALNE

Gonady są narządem o podwójnej czynności, to jest:

1.wytwarzającym komórki rozrodcze

2.hormony płciowe.

Jajniki wytwarzają komórki jajowe i hormony steroidowe - estrogeny i progesteron.

Jajnik obok wytwarzania gamet żeńskich pełni również rolę gruczołu dokrewnego. Te dwie czynności pozostaję ze sobą w ścisłym związku - aktywność hormonalna jajnika jest zależna od jego zdolności wytwarzania komórek jajowych.

Współdziałanie dokrewne przysadki mózgowej i jajnika oparte jest na zasadzie tzw. sprzężenia zwrotnego.

Sprzężenie zwrotne przysadki z jajnikiem polega na tym, że folikulostymulina pobudza wydzielanie estrogenów, natomiast wysokie stężenie estrogenów hamuje wydzielanie folikulostymuliny. W podobny sposób duże stężenie progesteronu hamuje produkcję hormonu luteinizującego.

Gonady męskie - jądra wytwarzają plemniki i testosteron.

W odróżnieniu od skomplikowanej cykliczności hormonalnej jajników jądra produkują tylko jeden hormon w mniej więcej stałej ilości od chwili osiągnięcia dojrzałości płciowej do późnej starości.

Hormon wytwarzany w jądrach nosi nazwę testosteronu.

Wzajemny stosunek pomiędzy przysadką a jądrem działa na zasadzie „sprzężenia zwrotnego". Mechanizm ten nie jest jednak tak czuły, jak u kobiety. Należy zaznaczyć, że przysadka wytwarza dwa hormony gonadotropowe, pobudzające jądra; te zaś produkują tylko jeden rodzaj hormonu - testosteron.

HORMONY REGULUJĄCE PRZEMIANĘ WAPNIOWĄ

Gruczoły przytarczyczne w liczbie dwóch par leżą na tylnej powierzchni tarczycy.

Czynność tych gruczołów nie jest regulowana przez przysadkę mózgową ani przez układ nerwowy.

Hormon gruczołów przytarczycznych reguluje gospodarkę wapniowo-fosforanową w ustroju.

PARATHORMON (PTH) - odgrywa główną rolę w homeostazie wapniowej i fosforanowej.
Działanie PTH na nerki występuje najszybciej, lecz skutek biologiczny tego hormonu jest największy w kościach. PTH, chociaż zapobiega wystąpieniu hipokalcemii, w razie niedoboru tego jonu w pokarmach, czyni to jednak kosztem zubożenia masy kostnej !!!

Nadczynność przytarczyc więżę się ze wzrostem poziomu wapnia, który może dochodzić do 15-20 mg/100 ml.
Następstwem tak wysokich wartości wapnia w płynie pozakomórkowym jest:
- depresja ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego,
- osłabienie mięśniowe,
- zaparcie stolca,
- bóle brzucha,
- powstawanie wrzodów trawiennych,
- zaburzenia czynności serca.

Nadmiar wapnia uruchamianego z kości w nadczynności przytarczyc jest wydalany przez nerki, co sprzyja powstawaniu kamicy nerkowej.

HORMONY TRZUSTKI

Trzustka stanowi strukturę zawierającą 2 różne narządy.

Część zrazikowa trzustki wykazuje czynność zewnątrzwydzielniczą (egzokrynną); wydziela ona do światła dwunastnicy enzymy i jony potrzebne do trawienia pokarmów.

Na część wewnątrzwydzielniczą (endokrynną) trzustki składają się wyspy Langerhansa.

Wyspy te wydzielają przynajmniej 4 hormony:

- insulinę - najważniejszy hormon regulujący przemianę węglowodanową;

- glukagon - przeciwdziała efektom insuliny; jego wydzielanie jest pobudzane przez hipoglikemię; kiedy dociera do wątroby (przez żyłę wrotną) powoduje glikogenolizę przez aktywowanie fosforylazy;

- somatostatynę - hamuje wydzielanie hormonu wzrostu;

- polipeptyd trzustkowy - wywiera wpływ na wydzielanie soków przez przewód pokarmowy.

Hormony żołądkowo-jelitowe wykazują kilka szczególnych cech:

- wiele z nich spełnia kryteria klasycznych hormonów, podczas gdy inne działają jako neuroprzekaźniki lub

neuromodulatory

- nie są one wytwarzane w jednym konkretnym gruczole, jak klasyczne hormony, lecz przez liczne komórki rozrzucone w całym przewodzie pokarmowym.

Hormony żołądkowo-jelitowe działają miejscowo na różne narządy i procesy przewodu pokarmowego. Względnie mało wiadomo na temat mechanizmu działania tych hormonów.

---