I BIAŁKA

Zajęcia I - Sprawdzian wejściowy

Zakres materiału

1. Aminokwasy - budowa (wzory strukturalne) i podział

a) w zależności od budowy łańcucha bocznego

b) aminokwasy polarne i niepolarne

c) aminokwasy egzo- i endogenne

d) aminokwasy gluko- i ketogenne

2. Własności fizyczne aminokwasów (równowagi protonowe, punkt izoelektryczny, izomeria). Tworzenie wiązań peptydowych.

3. Peptydy - karnozyna, anseryna, glutation (wzory i rola)

4. Podstawowe grupy peptydów (hormony uwalniające podwzgórza, peptydy cykliczne tylnego płata przysadki, peptydy przewodu pokarmowego, neuropeptydy)

5. Struktura i własności białek

a) kryteria klasyfikacji białek w zależności od składu aminokwasowego, kształtu cząsteczek, rozpuszczalności, funkcji, własności fizycznych

b) konformacja białek, struktura I - rzędowa i wtórnorzędowe, rodzaje wiązań stabilizujących strukturę białek

c) wykrywanie białek (dehydratacja i denaturyzacja)

6. Enzymy

a) nazewnictwo i klasyfikacja enzymów

b) swoistość działania enzymów

c) funkcja i podział koenzymów

***

Wzory strukturalne aminokwasów

Podział aminokwasów

	Łańcuchowe	Pierścieniowe
				Aromatyczne	Heterocykliczne
Niepolarne
Obojętne	Glicyna, alanina, metionina, walina, leucyna, izoleucyna	Fenyloalanina	Prolina, tryptofan
Polarne
Obojętne - OH - NH2 - SH	Seryna, treonina Asparagina, glutamina Cysteina	Tyrozyna	Hydroksyprolina
Kwaśne	Kw. asparaginowy, kw. glutaminowy
Zasadowe	Arginina, lizyna		Histydyna

Aminokwasy egzogenne	Aminokwasy endogenne
Fenyloalanina Izoleucyna Leucyna Metionina Walina Treonina Tryptofan Lizyna Częściowo: arginina, histydyna	Glicyna Alanina Prolina Seryna Tyrozyna Asparagina Glutamina Kw. asparaginowy Kw. glutaminowy Hydroksyprolina

Aminokwasy glukogenne

- ulegają rozkładowi do pirogronianu, bursztynyloCoA, fumaranu i szczawiooctanu

- produkty pośrednie cyklu kwasu cytrynowego oraz pirogronian mogą być przekształcane w fosfoenelopirogronian, a ten w glukozę.

Aminokwasy ketogenne

- ulegają rozkładowi do acetyloCoA lub acetoacetyloCoA

- powstają z nich związki (ciała) ketonowe

- całkowicie ketogenne - Leucyna i lizyna

- częściowo ketogenne - izoleucyna, tryptofan, fenyloalanina i tyrozyna

Własności fizykochemiczne aminokwasów

Z uwagi na obecność w cząsteczce zarówno grupy kwasowej, jak i zasadowej, aminokwasy ulegają wewnątrzcząsteczkowej reakcji kwas - zasada i występują głównie w formie jonu dipolowego albo obojniaczego.

Jony obojniacze mają własności fizykochemiczne typowe dla soli:

- duży moment dipolowy

- dobrze rozpuszczalne w wodzie, NH₄OH i innych rozpuszczalnikach polarnych
- słabo rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach (etanol, aceton)

Aminokwasy są amfoteryczne, mogą reagować jak kwasy lub zasady

- w roztworze kwaśnym przyłączają proton i stają się kationem

- w roztworze zasadowym oddają proton i stają się anionem

- w pH = 4 ÷ 9 mogą występować jako kwasy lub zasady.

Po utworzeniu krzywej miareczkowania (zależność pH od cOH^-) zauważamy:

pK₁ - stężenie kationów = stężenie jonu obojniaczego

pK₂ - stężenie anionów = stężenie jonu obojniaczego

Są one punktami przegięcia krzywej.

Punkt izoelektryczny - charakterystyczny dla każdego aminokwasu. Jest to taka wartość pH, dla której ładunek cząsteczki = 0 i nie porusza się ona w polu elektrycznym. Inaczej - to wartość pH, przy której cała cząsteczka znajduje się w postaci jonu obojniaczego. Odpowiada on arytmetycznej średniej między pK₁ a pK₂.

Izomeria

Aminokwasy występujące w białkach są cząsteczkami optycznie czynnymi (z wyjątkiem glicyny), gdyż mają asymetryczny (chiralny) atom węgla α z tetraedrycznym ułożeniem wokół niego czterech różnych podstawników. Aminokwas i jego lustrzane odbicie to izomery L i D (enancjomery).

Gdy aminokwas ma więcej niż jeden asymetryczny atom węgla, podstawą do określania jego konfiguracji jest konfiguracja przy atomie α węgla. Diastereoizomery oznaczamy przez D - allo lub L - allo.

Forma mezo - taka, w której para asymetrycznych atomów węgla stanowi ich odbicie lustrzane.

Pewne aminokwasy izolowane z białek są prawoskrętne (Ala, Ile, Gln), inne lewoskrętne (Thr, Leu, Phe) - (+) i (-). Skręcalność właściwa zależy od pH. Aminokwasy jednokarboksylowe są najsilniej lewoskrętne w formie izoelektrycznej.

Tworzenie wiązań peptydowych

Tworzeniu wiązań peptydowych towarzyszy odłączenie 1 mola wody, powstającego z grupy α - aminowej jednego aminokwasu i grupy α - karboksylowej drugiego aminokwasu.

W reakcji tej, stała równowagi przesunięta jest w kierunku hydrolizy wiązania peptydowego. Aby przeprowadzić biosyntezę wiązania peptydowego, najpierw musi ulec aktywacji grupa karboksylowa. Chemicznie można ją przekształcić w chlorek kwasowy. W przyrodzie aktywację zapoczątkowuje kondensacja z ATP, tworząc aminoacyleadenylan.

Karnozyna

- dipeptyd β - alanylowy

- występuje w mięśniach szkieletowych człowieka

- biosynteza karnozyny z β alaniny i histydyny jest katalizowana przez syntetazę karnozynową

ATP + LHis + β-Ala ADP + PP_i + karnozyna

- niektóre zwierzęta (nie ludzie!) używają S - adenozylometioninę do metylacji karnozyny

S-Adenozylomet. + karnozyna S-Adenozynohomocysteina + anseryna

- karnozyna hydrolizowana jest do LHis i β-Ala przez dipeptyd związany z cynkiem - dipeptydazę aminoacylohistydynową karbozynaza

- dziedziczne zaburzenie (brak karbozynazy) - uporczywa karbozynuria

Anseryna

- u ludzi pochodzi z pożywienia

- typowa dla mięśni odznaczających się szybką czynnością skurczową (kończyny królika, mięśnie piersiowe ptaków).

- powstaje przez metylację karnozyny S - adenozylometioniną

Glutation

- występuje u wszystkich zwierząt

- biosynteza:

ATP + glutaminian + cysteina γ - glutamylocysteina + PP_i + ADP

γ - glutamylocysteina + glicyna + ATP glutation + ADP + PP_i

- w komórce glutation występuje zazwyczaj w formie zredukowanej (więcej) i utlenionej (CH₂ - S - S - CH₂); przejście jednej formy w drugą uzależnione jest od reduktazy glutationowej

- aktywator i inhibitor enzymów

- udział w tworzeniu mostków siarczkowych (wiązań dwusiarczkowych - S - S - )

- udział w procesach transportu przez błony

- z dysmutazą ponadtlenkową i katalazą chroni czerwone krwinki przed utlenieniem

- w formie zredukowanej - niezbędny do utrzymania prawidłowej budowy krwinek czerwonych.

Podstawowe grupy peptydów

Hormony uwalniające podwzgórza

Regulują czynność przedniego płata przysadki mózgowej. Uwalniają się do zakończeń podwzgórzowych włókien nerwowych do przestrzeni okołowłośniczkowej układu podwzgórzowego, po czym przez łodygę dostają się do przysadki za pośrednictwem krążenia wrotnego.

Hormon	Hormon przysadki, na który działa	Hormon wydzielany przez gruczoł endokrynny
Kortykoliberyna (CRH)	ACTH (LPH, MSH, endorfiny)	Hydrokortyzon
Tyreoliberyna	TSH (PRL)	T3 i T4
Gonadoliberyna (GnRH - LHRH, FSRH)	LH, FSH	Androgeny, estrogeny, progestyny
Somatoliberyna (GHRH, GRH)	GH	IGF-1, inne (IGF-2)

Peptydy cykliczne tylnego płata przysadki

ADH - wazopresyna

- hormon antydiuretyczny

- uwalnianie - wzrost molalności osocza, zachodzi dzięki osmoreceptorom podwzgórza i baroreceptorom w sercu i innych obszarach układu naczyniowego, a także przez stres i leki (acetylocholina, nikotyna, morfina); hamują ją: spadek molalności osocza, a także epinefryna i etanol

- komórki docelowe - komórk dystalnych kanalików krętych i zbiorczych nerki

- ADH zwiększa przepuszczalność komórek kanalikowych dla wody i umożliwia wyrównanie molalności moczu w kanalikach z hiperosmolalnym płynem śródmiąższowym.

- dwa rodzaje receptorów: V₁ i V₂

- podobne działanie - kofeina

Oksytocyna

- sekrecja przez drażnienie brodawek sutkowych (głównie), także rozdęcie pochwy i macicy; uwalniana również przez czynniki uwalniające prolaktynę, a także przez estrogeny. Hamowana przez progesteron.

- mechanizm działania - nieznany

- wywołuje skurcz śluzówki macicy (używany do zapoczątkowania porodu)

- obkurcza komórki nabłonkowo - mięśniowe otaczające pęcherzyki sutkowe wytrysk mleka

- liczba receptorów wzrasta dzięki estrogenom, maleje przez progesteron

- prawdopodobnie wydzielana też w jajnikach.

Peptydy przewodu pokarmowego

Hormon	Miejsce syntezy	Działanie
Gastryna	Wpust żołądka, dwunastnica	Stymulacja sekrecji kwasu solnego i pepsyny
Cholecystokinina (CCK)	Dwunastnica, jelito czcze	Stymulacja sekrecji amylazy trzustkowej
Sekretyna	Dwunastnica, jelito czcze	Stymulacja sekrecji węglowodanów z sokiem trzustkowym
Żołądkowy peptyd hamujący (GIP)	Jelito cienkie	Wzmaga sekrecję insuliny, indukowaną bodźcem glukozowym, hamuje wydzielanie soku żołądkowego
Wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP)	Trzustka	Rozkurcz m. gładkich, pobudza wydzielanie węglowodanów z sokiem trzustkowym
Motylina	Jelito cienkie	Zapoczątkowuje aktywność motoryczną jelit między okresami trawiennymi
Somatostatyna	Żołądek, dwunastnica, trzustka	Liczne efekty hamujące
Polipeptyd trzustkowy (PP)	Trzustka	Hamuje wydzielanie białek i węglowodanów trzustkowych
Enkefaliny	Żołądek, dwunastnica, pęcherzyk żółciowy	Efekty opioidowopodobne
Substancja P	Cały układ pokarmowy	Niepewne
Immunoreaktywność bombezynopodobna (BLI)	Żołądek, dwunastnica	Pobudza wydzielanie gastryny i CCK
Neurotensyna	Jelito kręte	Nieznane
Enteroglukagon	Trzustka, jelito cienkie	Nieznane

Neuropeptydy

Peptydy uczestniczące w przekazywaniu informacji w obrębie synaps. Pełnią rolę przede wszystkim neuromediatorów. Neuromodulacja - wytworzenie połączeń synaptycznych między neuronami peptydoergicznymi (syntetyzującymi neuropeptyd) a częścią presynaptyczną synapsy zawierającej klasyczny transmiter chemiczny (np. noradrenalinę). Neuropeptydy uwalniane są z pęcherzyków synaptycznych w procesie egzocytozy.

-enkefaliny

-substancja P

- cholecystokinina

-neurotensyna

-motylina

-somatostatyna

-peptydy opioidowe

-peptyd pochodny kalcytoninowego genu

-neuropeptyd Y

wazopresyna argininowa

tyreoliberyna

Podział białek

Podział ze względu na funkcje:

- strukturalne

- enzymatyczne

- hormonalne

- receptorowe

- odpornościowe

- kurczliwe

- transportowe

- zapasowe

Struktura białek

Konformacja - przestrzenne ułożenie cząsteczek, którego zmiana nie wymaga zerwania wiązań kowalencyjnych. O niej, przestrzennym ułożeniu łańcuchów w cząsteczce i wzajemnych oddziaływaniach podjednostek decydują chemiczne właściwości i wymiary aminokwasów.

Struktura pierwszorzędowa

- wyznacza ją liczba, rodzaj i kolejność (sekwencja) reszt aminokwasowych w łańcuchu peptydowym

- utrwalana przez wiązania peptydowe

- pojęcie tożsame z kowalencyjną strukturą białka

- sekwencja aminokwasu to odzwierciedlenie zapisu informacji genetycznej zawartej w sekwencji nukleotydów DNA

- wszelkie zmiany w tekście białkowym stanowią poważne niebezpieczeństwo

Struktura drugorzędowa = konformacja

- odnosi się do trójwymiarowej budowy architektonicznej białka, przestrzennego powiązania wszystkich atomów z pozostałymi

- wzajemne przekonstruowanie konformerów polega nie na rozerwaniu wiązań kowalencyjnych, ale na rozerwaniu i powtórnym utworzeniu sił niekowalencyjnych, stabilizujących

- swobodna rotacja głównego łańcucha pozwala na dużą liczbę możliwych konformacji białka, ale tylko nieliczne mają biologiczne znaczenie

Rodzaje wiązań stabilizujących konformację białka:

Wiązanie wodorowe

- głównie z cząsteczkami wody, przez reszty aminokwasowe z polarnymi grupami R, występujące na powierzchniach białek globularnych

- w pozostałych przypadkach mostki wodorowe tworzą się między resztami aminokwasowymi szkieletu peptydowego

Oddziaływania hydrofobowe

- hydrofobowe interakcje angażują niepolarne grupy R reszt aminokwasowych wewnątrz cząsteczki

- napędzane entropią układu

- nagromadzenie niepolarnych reszt we wnętrzu białka zwiększa ich liczbę na zewnątrz maksymalnie sprzyja tworzeniu wiązań między cząsteczkami wody warstwy powierzchniowej wzrost entropii

- niepolarne środowisko błon preferuje hydrofobowe powierzchniowe reszty aminokwasowe, których niepolarne grupy R uczestniczą w hydrofobowych oddziaływaniach z alkilowymi łańcuchami bocznymi estrów kwasów tłuszczowych lipidowej dwuwarstwy

Oddziaływania elektrostatyczne

- między przeciwstawnie naładowanymi grupami, jak aminowy i karboksylowy koniec łańcucha peptydowego i grupy R polarnych reszt aminokwasowych

- wszystkie wyraźnie naładowane grupy dążą do ułożenia się na powierzchni białka

- swoiste grupy polarne, pełniące istotne funkcje biologiczne, mogą występować w szczelinach penetrujących wnętrze cząsteczki białkowej

- polarne aminokwasy mogą też brać udział w interakcjach jonowych, więc obecność soli (KCl) może obniżyć oddziaływania między powierzchniowymi resztami aminokwasowymi

Siły van der Waalsa

- bardzo słabe, działają na krótkie odległości

- zawierają zarówno komponent przyciągający, jak i odpychający

- obejmują oddziaływania między indukowanymi dipolami, utworznymi przez chwilowe fluktuacje w rozmieszczeniu elektronów wokół pobliskich atomów

- siła odpychania - gdy nałożą się orbitale elektronwe atomów

- odległość kontaktowa van der Waalsa - taka, w której siły przyciągania są maksymalne, a odpychania - minimalne; jest sumą promieni van der Waalsa atomów.

Wiązania peptydowe ograniczają możliwe konformacje II - rzędowe. Rotacja osiągalna jest tylko w ²/₃ wiązań kowalencyjnych tworzących szkielet, ograniczana jest przez częściowo podwójny charakter wiązania, między C karboksylowym a azotem α wiązania peptydowego. Swododna rotacja - tylko w wiązaniach łączących węgiel α (C_α) z węglem karbonylowym i atomem azotu. Kąt C_α - N φ, kąt C_α - C - ... ψ. Konformacja wszystkich atomów głównego łańcucha lub szkieletu jest w pełni określona, kiedy zostaną ustalone wartości kątów φ i ψ.

Helisa α

Tworzona przez równomierne skręcenie szkieletu wokół każdego węgla α. Opisywana przez liczbę (n) reszt aminokwasowych przypadających na skręt i liczbę (p) - skoku śruby. Helisy z aminokwasów chiralnych wykazują chiralność (w białkach ssaków wyłącznie prawoskrętne!).

Kształt cylindra - łańcuch polipeptydu - część wewnętrzna, łańcuchy boczne aminokwasów - na zewnątrz.

Charakteryzuje się korzystnymi wartościami φ i ψ i układem wiązań wodorowych stabilność. Odnośne parametry: n=3,6, p=0,56 mm. Stabilizowana przez wiązania wodorowe i siły van der Waalsa. Jest konformacją łańcucha o najniższej energii i najwyższej stabilności, formuje się spontanicznie. Donorem wodoru - atomy azotu wiązania peptydowego, akceptorem - tlen karbonylowy reszty czwartej w liniowej kolejności w pierwszorzędowym sensie strukturalnym. Odległość N - O wynosi 0,28 nm.

Formowaniu struktyry α sprzyjają: Glu, Met, Ala, Leu

Tworzenie struktury α uniemożliwiają: Pro, hydroksyPro, Gly

Helisy amfipatyczne - szczególny przypadek, aminokwasy hydrofilowe i hydrofobowe zmieniają się co każde 3 lub 4 reszty, występują tam, gdzie helisy α znajdują się w kontakcie z polarnym lub niepolarnym środowiskiem.

Helisa β

„Pofałdowana kartka”, harmonijka. Węgle α i związane z nimi grupy R występują na przemian trochę powyżej i trochę poniżej płaszczyzny głównego łańcucha. Mają powtarzalne kąty φ i ψ.

Szkielet β jest w pełni rozciągnięty. Polipeptydy ułożone wzdłuż siebie stabilizowane są przez mostki wodorowe między azotem wiązania peptydowego a tlenem karbonylowym z przyległych pasm (!). Angażowane są odcinki 5 - 10 aminokwasów z różnych regionów struktury pierwszorzędowej.

Struktury β mogą być:

- równoległe - pasma biegną w tym samym kierunku, wiązania wodorowe utrzymujące je są rozstawione równomiernie, ale pochylają się pod kątem prostym, w poprzek między pasmami.

- antyrównoległe - pasma biegną w przeciwnych kierunkach, mostki wodorowe na przemian - wąsko i szeroko rozstawione.

Prawie wszystkie struktury β są prawoskrętne. Tworzą rdzenie białek globularnych.

Zwroty (zakręty) β

Są to zagięcia w przeciwną stronę, angażują cztery reszty związane mostkami wodorowymi w różny sposób. Umożliwiają odwrócenie kierunku. Umożliwiają odwrócenie kierunku przebiegu, zwinięcie łańcucha w formę kulistą (w białkach globularnych).

Struktura trzeciorzędowa

Są to przestrzenne powiązania między elementami struktury drugorzędowej. Opisuje wzajemne oddziaływania między domenami, sposoby, dzięki którym fałdowanie białka może zbliżyć i połączyć aminokwasy bardzo oddalone (w sensie struktury I - rzędowej), a także wiązania, które stabilizują tą konformację.

Domeny

Są to zbite jednostki połączone łańcuchem polipeptydowym, są one przestrzennie niezależne i spełniają subtelne funkcje (np. wiązanie ligandów). Duże polipeptydy mają odrębne domeny. Poszczególne domeny białka mogą mieć różne struktury trzeciorzędowe. Są odpowiedzialne za aktywność katalityczną białek (w ponad 1000 kinaz białkowych są tylko 2 rodzaje domen katalitycznych). Receptory hormonów steroidowych posiadają trzy domeny funkcjonalne: aktywacyjną, wiążącą DNA i wiążącą hormon.

Wiązania elektrostatyczne:

- łączą przeciwstawnie naładowane aminokwasowe grupy R i naładowane grupy α reszt karboksylowych i aminoterminalnych

- ogólnie - łączą reszty powierzchniowe

Wiązania dwusiarczkowe

- powodują dodatkową stabilność (enzymów, białek strukturalnych)

- między resztami cysteinowymi w tym samym lub różnych łańcuchów polipeptydowych

Oddziaływania hydrofobowe

- łączą reszty wewnątrzcząsteczkowe

- niepolarne łańcuchy boczne asocjują we wnętrzu białek globularnych

- wiązania te pojedynczo są bardzo słabe, ale ich liczebność jest bardzo duża utrzymanie struktury białka

Struktura czwartorzędowa

- w białkach zawierających dwa lub więcej połączonych łańcuchów polipeptydowych

- poszczególne łańcuchy - protomery lub podjednostki

- stabilizowana wiązaniami wodorowymi i elektrostatycznymi między sąsiadującymi resztami protomerów

- z 2 podjednostek - dimery, z 4 - tetramery

- homodimery - z identycznych podjednostek, heterodimery - z niepodobnych, z których każda para pełni subtelne funkcje (jeden zestaw pełni funkcję katalityczną, inny - regulacyją lub rozpoznawania)

- przykład - hemoglobina

Denaturyzacja

- rozerwanie wiązań wodorowych, hydrofobowych i elektrostatycznych za pomocą: mocznika, SDS, słabych stężeń H⁺ i OH^-

- naruszają wszystkie poziomy budowy przestrzennej białka, oprócz struktury I - rzędowej i niszczą jego aktywność biologiczną

- nieodwracalna

Dehydratacja (wysalanie białek)

- wytrącanie z roztworów białek rozpuszczalnych w wodzie

- używamy do tego procesu sole o dużych stężeniach - siarczany (Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, MgSO₄)

- sole konkurując z białkiem o cząsteczki wody, odbierają mu płasz wodny zmniejszenie rozpuszczalności i wytrącenie

- ma charakter odwracalny

- stężenie soli potrzebnej do wysalania zależy od pH środowiska i własności białka, najłatwiej białko wysala się w punkcie izoelektrycznym

Nazewnictwo i klasyfikacja enzymów

Oksydoreduktazy -dehydrogenazy -oksydazy -reduktazy -peroksydazy -katalazy -oksygenazy -hydroksylazy	Transferazy -transaldolazy -transketolazy -acyl-, metyl-, glukozyl-, fosforyl-, transferazy -kinazy -fosfonukleazy	Hydrolazy -esterazy -glukozydazy -peptydazy -fosfatazy -fosfolipazy -tiolazy -deaminazy -rybonukleazy
Ligazy -syntetazy -karboksylazy	Izomerazy -racemazy -epimerazy -mutazy (nie wszystkie)	Liazy -dekarboksylazy -aldolazy -syntazy

- reakcje i katalizujące je enzymy tworzą 6 klas, każda z nich - 4 ÷ 13 podklas

- nazwa enzymu składa się z 2 części: pierwsza (zakończona na „aza”) - typ katalizowanej reakcji; druga - określa substrat lub substraty

- dodatkowa informacja - potrzebna do wyjaśnienia reakcji, może być w nawiasach

- każdy enzym ma numer kodu (EC), charakteryzujący typ reakcji - klasę (1człon), podklasę (2 człon), pod-podklasę (3 człon) i nazwę określonego enzymu (4 człon)

np. EC 2.7.1.1

Swoistość działania enzymów

Enzymy charakteryzuje duża specyficzność, zarówno pod względem katalizowanej reakcji chemicznej, jak i wyboru związków biorących w niej udział (substratów). Jeden enzym katalizuje na ogół pojedynczą reakcję chemiczną lub zestaw ściśle pokrewnych reakcji. Rzadko występują reakcje uboczne. Specyficzność enzymu wobec substratu jest zwykle bardzo znaczna, a czasami absolutna.

Enzymy różnią się znacznie stopniem specyfczności wobec substratu:

- subtitloperoksydaza (u niektórych bakterii) nie wyróżnia bocznych łańcuchów aminokwasów, sąsiadujących z hydrolizowanym wiązaniem peptydowym

- trypsyna - hydrolizuje tylko te wiązana po karboksylowej stronie reszty Lys lub Arg

- polimeraza DNA I - niezwykle precyzyjna w odczytywaniu instrukcji zakodowanych w matrycy DNA, w przypadku błędu powtórnie odczytuje rosnący produkt i poprawia go.

Specyficzność wiązania substratu zależy od precyzyjnie określonego ułożenia atomów w miejscu aktywnym - substrat musi mieć odpowiedni kształt, aby pasować do miejsca aktywnego. Zdeterminowana jest wiązaniami wodorowymi.

Enzymy przyspieszają reakcje przez dostarczenie nowej drogi reakcji, w której stan przejściowy ma niższą energię swobodną i jest bardziej dostępny niż w rekcji niekatalizowanej.

Funkcja i podział koenzymów

Koenzymy to termostabilne, małocząsteczkowe komponenty organiczne, wymagane do aktywności enzymów. Większość łączy się z enzymami wiązaniami niekowalencyjnymi, wiązaniami kowalencyjnymi łączą się grupy prostetyczne.

Enzymy wymagające koenzymów to:

- oksydoreduktazy

- transferazy

- izomerazy

- ligazy

Koenzym może być rozpatrywany jako drugi substrat. Zmiany zachodzące w nim równoważą zmiany w substracie. Reakcja z jego udziałem może mieć większe znaczenie fizjologiczne.

Koenzymy działają też jako czynniki przenoszące określone grupy funkcyjne.

Klasyfikacja enzymów

Przenoszące grupy inne niż H^+	Przenoszące H^+
Fosforany cukrów CoASH Pirofosforan tiaminy Fosforan pirydoksalu Koenzymy folianowe Biotyna Koenzymy kobamidowe (B12)	NAD^+, NADP^+ FMN, FAD Kwas liponowy Koenzym Q

Inne grupy enzymów:

-pochodne witamin grupy B (FAD, pirofosforan tiaminy, fosforan pirydoksalu

- pochodne monofosforany adenozyny (AMP) - NAD⁺ i NADP⁺

Bibliografia

„Wybrane zagadnienia z chemii medycznej” M. Iskra

„Wykłady z chemii medycznej” A.P. - Stozlman

„Biochemia Harpera” - R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell

„Biochemia” L. Stryer

Zajęcia II - seminarium 1 „Struktura i funkcja białek”

Zakres materiału

1. Poziomy organizacji łańcucha peptydowego (opracowane)

a) struktury I, II, III i IV - rzędowe

b) pojęcie domeny

2. Budowa łańcucha polipeptydowego

a) struktura α - helisy

b) struktura β - harmonijki

c) potrójna helisa kolagenu

3. Zależność pomiędzy sekwencją aminokwasów w białku i jego konformacją

4. Znaczenie biologiczne oraz zakres funkcji pełnionych przez białka

5. Białka osocza krwi

a) skład i procentowa zawartość poszczególnych frakcji białkowych

b) rola albumin w utrzymaniu ciśnienia onkotycznego oraz ich zdolność do wiązania różnych ligandów

c) funkcje transportowe globulin

d) rola haptoglobiny w ochronie organizmu przed utratą żelaza

e) udział transferyny i ceruloplazminy w metabolizmie żelaza i miedzi

f) właściwości immunoglobulin ludzkich

g) rola fibrynogenu w procesie krzepnięcia krwi

h) zaburzenia w składzie białek osocza, towarzyszące niektórym schorzeniom (hiperproteinemie i dysproteinemie)

6. Trawienie białek w przewodzie pokarmowym

7. Degradacja białek wewnątrzkomórkowych - rola ubikwityny

8. Podstawowe procesy przemiany aminokwasów - deaminacja, transaminacja, dekarboksylacja

***

Potrójna helisa kolagenu

Tropokolagen składa się z trzech, w przybliżeniu 1000 - aminokwasowych łańcuchów polipeptydowych, uorganizowanych jako lewoskrętną nie - α - helisę, która ma 3 reszty na obrót. Trzy lewoskrętne helisy splatają się, aby utworzyć prawoskrętną, potrójną helisę lub superzwój, stabilizowany przez wiązania wodorowe uformowane między pojedynczymi łańcuchami polipeptydowymi (nie wewnątrz, jak w helisie α!). Układ ten jest wyjątkowo silny - opiera się rozwinięciu, ponieważ on i jego trzy polipeptydy skręcone są w przeciwnych kierunkach (jak w stalowych linach). Wymiary: 1,5 nm x 300 nm.

Zależność między sekwencją aminokwasów w białku a jego konformacją

Formowaniu się struktury α - helisy sprzyjają przede wszystkim: Glu, Met, Ala, Leu.

Do aminokwasów uniemożliwiających tworzenie się struktury α - helisy („łamacze helisy”) i tworzących strukturę β należą: Pro, hydroksyPro, Gli.

Aminokwasami destabilizującymi helisę są:

- reszty kwasowe - Asp, Glu

- reszty zasadowe - Arg, Lys

[wg. Stryera]

Znajomość zależności między sekwencją aminokwasową białka a jego konformacją zawdzięczamy badaniom rybonukleazy.

Reszty kwasu glutaminowego, alaniny i leucyny przyczyniają się do tworzenia struktury α, a reszty waliny i izoleucyny - sprzyjają powstawaniu struktur β.

Glicyna, asparagina i prolina mają tendencję do tworzenia zwrotów β.

Powody wykazywania przez aminokwasy określonych tendencji:

- rozgałęzienie przy węglu β leucyny i izoleucyny destabilizują helisę α z powodu zawady przestrzennej, boczne ich łańcuchy hydrofobowe sprzyjają tworzeniu struktury β (wystają tam poza płaszczyznę).

- seryna, kw. asparaginowy i asparagina - mają tendencję do rozbijania helisy α, ponieważ ich boczne łańcuchy zawierają grupy donorowe i akceptorowe wiązań wodorowych w bliskim sąsiedztwie łańchcha i konkurują o zawarte w nim grupy CO i NH.

- zazwyczaj nie stwierdza się obencości proliny wewnątrz odcinków helikalnych (powody przestrzenne), ale może występować na końcu N segmentu helikalnego

- glicyna może być łatwo wbudowana w helisę α, ale z powodu różnorodności konformacji nie sprzyja tworzeniu struktur helikalnych

Przewidywania struktury na podstawie lokalnych sekwencji są trafne w 60%. Powód - kw. glutaminowy, który ma tendencję do tworzenia helisy α występuje w niej tylko 2x częściej niż w β.

Sekwencje aminokwasowe nie określają jednoznacznie struktury II - rzędowej. O ostatecznej konformacji rozstrzyga otoczenie, w którym znajduje się dana sekwencja. W niektórych strukturach decydujące mogą być oddziaływania trzeciorzędowe.

Znaczenie biologiczne oraz zakres funkcji pełnionych przez białka

Kataliza enzymatyczna

Prawie wszystkie reakcje enzymatyczne w układach żywych są katalizowane przez enzymy. Niektóre reakcje są prostrze, inne bardziej skomplikowane. Na ogół zwiększają szybkość reakcji chemicznej ponad milion razy. Prawie wszystkie enzymy są białkami - są więc odpowiedzialne za kierunek przemian w układach biologicznych.

Transport i magazynowanie

Białka transportują wiele małych cząsteczek i jonów. Przykład - hemoglobina przenosząca tlen w krwinkach czerwonych i mioglobina, przenosząca go w mięśniach. Żelazo przenoszone jest przez transferynę, a magazynowane w wątrobie z ferratyną.

Ruch uporządkowany

Białka są głównym skłądnikiem mięśni, przesunięcie się dwu rodzajów włókien białkowych wywołuje skurcz. Rezultatem działania białek kurczliwych jest przemieszczanie chromosomów podczas mitozy czy poruszanie się plemników za pomocą wici.

Funkcje mechaniczno - strukturalne

Dużą elastyczność mięśni i kości zapewnia kolagen

Wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych

Reakcja komórek nerwowych na specyficzne bodźce przebiega z udziałem białek receptorowych. Przykład - rodopsyna - białko fotoreceptorowe, występujące w komórkach pręcikowych siatkówki. Cząsteczki receptorów, wrażliwe np. na acetylocholinę, są odpowiedzialne za przenoszenie impulsów w synapsach.

Ochrona immunologiczna

Przeciwciała - białka o dużej swoistości, rozpoznające i łączące się z substancjami obcymi dla ustroju. Rozróżniają to, co własne od tego, co jest obce dla organizmu.

Kontrola wzrostu i różnicowania

Kontrola odpowiedniej kolejności ekspresji informacji genetycznej jest zasadniczym warunkiem uporządkowanego wzrostu i różnicowania komórek. W organizmach wyższych wzrost i różnicowanie kontrolują białkowe czynniki wzrostu, np. czynnik wzrostu nerwów (NGF). Aktywność komórek regulują hormony, wiele z nich jest białkami. Białka funkcjonują w komórce jako czynniki kontrolujące przepływ energii i materii.

Białka osocza krwi - skład i procentowa zawartość poszczególnych frakcji białkowych

Albuminy - 55,1%

Globuliny - 38,4%

• α₁ - 5,3%

• α₂ - 8,7%

• β - 13,4%

• γ - 11%

Fibrynogen - 6,5%

Rola albumin w utrzymaniu ciśnienia osmotycznego oraz ich zdolność do wiązania ligandów

Ze względu na małą masę i duże stężenie we krwi oraz zdolności do wiązania wody, odpowiadają za 75 - 80% ciśnienia onkotycznego (koloidoosmotycznego) osocza. Dzięki temu ciśnieniu woda przefiltrowana przez ścianę naczyń włosowatych do przestrzeni zewnątrzkomórkowych powraca do łożyska krwionośnego.

Analbuminemia - osocze bez albuminy, przyczyną jest mutacja zaburzająca splicing. Osoby takie cechują się tylko umiarkowanego stopnia obrzękami, ponieważ brak albuminy kompensowany jest wzrostem stężenia innych białek osocza.

Inną istotną funkcją albumin jest ich zdolność do wiązania ligandów: wolne kwasy tłuszczowe, wapń, pewne hormony steroidowe, bilirubina oraz część tryptofanu obecnego w osoczu. Ponadto - duża rola w transporcie miedzi w organizmie. Wiele leków - sulfonamidy, penicylina G, dikumarol, aspiryna - związanych jest z albuminami.

Funkcje transportowe globulin

- globulina wiążąca glikosteroidy

- globuliny wiążące hormony płciowe

- globulina wiążąca hormony tarczycy

- mukoproteiny i glikoproteiny - połączenie globulin z węglowodanami

- globuliny, wiążące jony metali: transferytyna - żelazo, ceruloplazmina - miedź

Rola haptoglobiny w ochronie organizmu przed utratą żelaza

Wolna haptoglobina przechodzi przez kłębuszki nerkowe i dostaje się do cewek, gdzie ma skłonność do wytrącania się. Około 10% hemoglobiny degradowanej każdego dnia uwalniane jest do krążenia (pozakrwinkowa). 90% obecne jest w starych krwinkach czerwonych i katabolizowane są w komórkach układu histiocytarnego.

Haptoglobina to osoczowa glikoprotena, która wiąże pozakrwinkową = wolną hemoglobinę w zwarty, niekowalencyjny kompleks Hp-Hb. Ponieważ jest on zbyt duży, by przeniknąć przez kłębuszki nerkowe, cenne atomy żelaza wiązane przez Hb nie są wydalane z organizmu. Czyli - HP zapobiega utracie wolnej Hb przez nerki.

Udział transferryny i ceruloplazminy w metabolizmie żelaza i miedzi

Transferryna

Odgrywa rolę w ustrojowej gospodarce żelazem, ponieważ transportuje je (2 mole Fe²⁺ na 1 mol transferryny) w układzie krążenia do miejsc, gdzie jest ono potrzebne, m. inn. z jelia do szpiku i innych narządów. Wolne żelazo jest toksyczne, lecz w powiązaniu z transferryną jego potencjalna toksyczność ulega zmniejszeniu. Na powierzchni wielu komórek występują receptory dla transferryny, ta wiąże się ulegając internalizacji na zasadzie endocytozy. W lizosomach następuje dysocjacja żelaza, ale transferryna nie ulega degradacji (!), tylko razem z receptorami wraca na powierzchnię błony komórkowej i ulega oddzieleniu, przenika do osocza i pobiera kolejną porcję żelaza.

Ceruloplazmina

Zawiera 90% miedzi zawartej w osoczu (stąd niebieskie zabarwienie). Jedna cząsteczka ceruloplazminy wiąże 6 atomów Cu²⁺. Wiązanie to jest bardzo mocne, co sprawia, że pierwiastek ten nie jest łatwo wymienialny. Resztę miedzi łączy albumina, która łątwiej oddaje miedź i ma przez to bardziej istotne znaczenie. Ceruloplazmina wykazuje też własność oksydazową. Jej stężenie zmniejsza się w chorobach wątroby (np. choroba Wilsona) - ponieważ tam jest wytwarzana.

Właściwości immunoglobulin ludzkich

Wszstkie immunoglobuliny składają się z 2 łańcuchów lekkich (L) i dwóch łańcuchów ciężkich (H) połączonych w tetrametr przez mostki dwusiarczkowe. W każdym łańcuchu wyróżnić można swoiste domeny.

Połowa łańcucha lekkiego w kierunku końca karboksylowego - region stały (C_L), połowa N - końcowa - region zmienny (V_L). ^¼ ciężkiego fragmentu C - końcowego - region zmienny (V_H), pozostałe 75% - region stały (C_H1, C_H2, C_H3). Część immunoglobuliny, która wiąże antygen, utworzona jest przez regiony zmienne obu łańcuchów (V_L i V_H).

Domeny łańcuchów polipeptydowych tworzą regiony globularne w celu związania swoustych antygenów.

W wyniku trawienia papiną otrzymujemy: dwa fragmenty wiążące antygen (F_ab) i fragment zdolny do krystalizacji (F_c). Miejsce rozszczepienia - region zawiasowy (między C_H2 i C_H1).

	IgG	IgA	IgM	IgD	IgE
Klasa łańcucha H	γ	α	μ	δ	ε
Podklasa łańcucha H	γ 1, 2, 3, 4	α 1, 2	μ 1, 2
Typ łańcucha L	χ i λ	χ i λ	χ i λ	χ i λ	χ i λ
Skład cząsteczkowy	γ2L2	α2L2 lub (α2L2)SCJ	(α2L2)5J^3	δ2L2	ε2L2
Stała sedymentacji	1 - 7	7	19	7 - 8	8
Masa cząsteczkowa	150000	160000 400000	900000	180000	190000
Ruchliwość elektroferetyczna	γ	Szybka γ do β	Szybka γ do β	Szybka γ	Szybka γ
Wiązanie dopełniacza	+	0	++++	0	0
Stężenie w surowicy	10000	2000	1200	30	0,5
Penetracja przez łożysko	+	0	0	0	0
Aktywność reaginowa	?	0	0	0	++++
Liza antybakteryjna	+	+	+++	?	?
Aktywność przeciwwirusowa	+	+++	+	?	?

Rola fibrynogenu w procesie krzepnięcia krwi

Fibrynogen

I czynnik krzepnięcia - rozpuszczalna glikoproteina osocza, zbudowana z 3 różniących się między sobą łańcuchów polipeptydowych (Aα, Bβ, γ), połączonych mostkami siarczkowymi. Łańcuchy Bβ i γ mają przyłączony do asparaginy kompleks oligosacharydowy.

Wytwarzany w wątrobie.

Regiony N - końcowe utrzymane w wzajemnym sąsiedztwie, C - końcowe znacznie oddalone wydłużony i asymetryczny kształt.

Odcinki A i B przy N - końcowych łańcuchach Aα i Bβ to fobrynopeptydy A i fibrynopeptydy B (FPA i FPB). Mają one nadmiar łańcuchów ujemnych, mających wpływ na rozpuszczalność w osoczu i uniemożliwiających agregację dzięki odpychaniu.

Trombina

Hydrolizuje wiązania Arg - Gli między odcinkami α i β łańcuchów Aα i Bβ fibrynogenu i fibrynopeptydami.

Wyzwalają się monomery fibryny, mające struktur.ę podjednostkową (α, β, γ), zachowującej 98% reszt z fibrynogenu. Usunięcie fibrynopeptydów odsłania miejsca wiążące, umożliwiające agregację monomerów w skrzep. Zatrzymuje on w swoim obrębie płytki, erytrocyty i inne składniki tworzące białe i czerwone skrzepy.

Zaburzenia w składzie białek osocza, towarzyszące niektórym schorzeniom (hipoproteinemie i dysproteinemie)

Obrzęk

Powstaje, gdy stężenie białka w osoczu znacznie się zmniejsza (np. w ciężkim niedożywieniu), co wywołuje zaburzenie rónowagi między ciśnieniem hydrostatycznym a onkotycznym. Płyn nie jest wciągany spowrotem do łożyska naczyniowego, lecz gromadzi się w przestrzeni pozanaczyniowej.

Stężenie niektórych białek w osoczu zwiększa się podczas ostrych stanów zapalnych lub wtórnie w następstwie pewnych rodzajów uszkodzeń tkanek. Są to tzw. białka ostrej fazy (reaktanty):

- białko C reaktywne (CRP) - aktywuje drogę klasyczną dopełniacza
- α₁ - antytrypsyna (AAT) - neutralizacja niektórych proteaz

- α₂ - makroglobulina (AMG) - j. w.

- haptoglobina

- kwaśna α₁ glikoproteina - transport progesteronu

- fibrynogen

Zwiększenie ich stężenia waha się od 50% do ponad 1000- krotnego w przypadku CRP.

Ucg stężenie jest rónież zazwyczaj zwiększone podczas przewlekłych procesów zapalnych oraz u chorych z nowotworami złośliwymi.

Synteza białek ostrej fazy pobudzana jest przez IL-1 (głównie), IL-6.

Globuliny α₂ - zwiększenie stężenia w cukrzycy, kolagenazach, zespołach nerczycowych, zapaleniu nerek, nowotworach i marskości wątroby.

Globuliny β₁ - zwiększenie stężenia stwierdza się w marskości wątroby, żółtaczce mechanicznej, przewlekłych zapaleniach, hiperlipidemiach, miażdżycy.

Globuliny γ - zwiększenie stężenia tylko jednej klasy Ig (monoklonalne) stwierdza się w nowotworach, a poliklonalne w odczynach zapalnych; niedobór Ig - zmniejszona odporność humoralna

Trawienie białek w przewodzie pokarmowym

Miejsce i bodziec wydzielania	Enzym	Sposób aktywacji i optymalne wartości działania	Substrat	Produkty działania enzymu
Żołądek - gruczoły, kom. główne okładzinowe wydzielają sok żołądkowy pod wpływem bodźca odruchowego lub gastryny	Pepsyna A (dno) Pepsyna B (cz. odźwiernikowa)	Konwersja pepsynogenu do aktywnej pepsyny przez HCl (pH 1÷2)	Białka	Peptydy
Trzustka - obecność kwasowej treści żołdkowej w świetle dwunastnicy pobudza: 1) wydzielanie sekretyny, co stymuluje wydzielanie soku trzustkowego 2) wydzielanie cholecystokininy, co stymuluje sekrecję enzymów trzustkowych	Trypsyna	Konwersja trypsynogenu do aktywnej trypsyny przez enterokinazę jelitową, pH = 5,2÷6,0. Autokatalityczna aktywacja przy pH=7,9	Białka, peptydy	Polipeptydy, dipeptydy
		Chymotrypsyna	Wydzielana jako chymotrypsynogen, ulega konwersji do aktywnej chymotrypsyny przez trypsynę, pH=8	Białka, peptydy	Polipeptydy, dipeptydy
		Elastaza	Wydzielona pod postacią proelastazy, aktywacja przez trypsynę	Białka, peptydy	Polipeptydy, dipeptydy
		Karboksypeptydyaza	Wydzielana jako prokwrboksypeptydaza, aktywowana przez trypsynę	C - końcowe polipeptydy	Niskocząsteczkowe peptydy, wolne aminokwasy
	Jelito cienkie - sok wytwarzany przez gruczoły Brunnera dwunastnicy i gruczoły Liberkuhna	Aminopeptydaza		N końcowe polipeptydy	Niskocząsteczkowe peptydy, wolne aminokwasy
		Dipeptydazy		Dipeptydy	Aminokwasy

Pepsyna hydrolizuje wiązania peptydowe między grupami aminokwasowymi - aminokwasu aromatycznego i dowolnego innego oraz aminokwasem z grupą C - karboksylową i dowolnym innym.

Chymotrypsyna - rozrywa wiązania po karboksylowej stronie aromatycznych łańcuchów bocznych (Tyr, Trp, Phe) oraz dużych reszt hydrofobowych (Met)

Trypsyna - rozbija wiązanie peptydowe w obecności reszt zasadowych Lys lub Arg.

Karboksypeptydaza - odłącza wolny aminokwas od końca C.

Aminopeptydaza (w soku jelitowym) - działa na peptydy od końca N.

Degradacja białek wewnątrzkomórkowych - rola ubikwityny

Ubikwityna

Małocząsteczkowe białko występujące we wszystkich komórkach eukariotycznych, „wyznacza” wiele wewnątrzkomórkowych białek do degradacji. Jej struktura I - rzędowa - bardzo konserwatywna, tylko 3 reszty aminokwasowe różnią ubikwitynę drożdży od ludzkiej.

Białka przeznaczone do degradacji na szlaku ubikwityny są „znakowane” kilkoma cząsteczkami ubikwityny (przyłączone w reakcjach łączących wiązanie - α - peptydowe między końcem C - ubikwityny i grupą ε - aminową Lys w białku). To, czy białko zostanie zmodyfikowane przez ubikwitynę, zależy od rodzaju aminokwasu na jego N - końcu: reakcja opóźniana jest przez N - końcową resztę Met i Ser, a przyspieszana przez resztę Asp i Arg.

Podstawowe procesy przemiany aminokwasów

Deaminacja oksydacyjna

Biochemiczna deaminacja u ssaków odbywa się z udziałem enzymów: oksydaz L - aminokwasu oraz akceptorów wodoru - NAD⁺, FAD lub FMN.

W I etapie iminokwas, który ulega hydrolizie do ketokwasu i amoniaku.

Transaminacja

Decydujący etap w biosyntezie aminokwasów biogennych. Grupy α - aminowe przenoszone są na α - ketoglutaran, co twory glutaminian, a ten ulega deaminacji tworząc amoniak.

Przeniesienie grup α - aminowych odbywa się przy udziale aminotransferaz (transaminaz) oraz koenzymu - fosforanu pirydoksalu. Grupa - NH₂ może zostać przeniesiona na ketokwas z utworzeniem nowego aminokwasu i nowego ketokwasu.

Transaminacji ulegają szczególnie łatwo: Asp, Glu.

Dekarboksylacja

Reakcja dekarboksylacji aminokwasów obojętnych i zasadowych prowadzi do powstania amin biogennych, zgodnie z równaniami:

Katalizowana przez specyficzne dekarboksylazy z fosforanem pirydoksalu jako kofaktorem. Powstałe po dekarboksylacji aminy biogenne pełnią wiele ważnych funkcji:

- tryptamina i serotonina (z Trp) regulują ciśnienie krwi,

- cysteamina (z Cys) - element koenzymu A

- propanolamina - element witaminy B₁₂

- β - alanina (z Asn)

- GABA (z Gln)

Bibliografia:

„Wybrane zagadnienia z chemii medycznej” M. Iskra

„Biochemia Harpera” - R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell

„Biochemia” L. Stryer

Przykładowe pytania z kolokwium:

Gr1.

1. Pepsyna - opisz na wzorze sposób działania

2. Trawienie wewnątrzkomórkowe

3. Dehydrogenaza glutaminianowa

4. α - helisa

5. Ceruloplazmina

Gr.2

1. Reakcja z oksydazą N - aminokwasu

2. Reakcje białek osocza - opis funkcji

3. Wiązania wodorowe, siły Van der Waalsa, hodrofobowe

4. Kolagen

5. Przedstaw działanie chymotrypsyny

Gr.3

1. Zcharakteryzuj immunoglobuliny jako główną frakcję globulin osocza krwi.

2. Na podstawie wzorów aminokwasów zilustruj działanie dwóch endopeptydaz.

3. Zcharakteryzuj 2 białka osocza transportujące inne związki.

4. Na przykładzie wzorów - 2 procesy kataboliczne, gdzie powstaje jon amonowy.

5. 2 struktury występujące w białkach globularnych.

Zajęcia III - seminarium II - „Hemoglobina”

Zakres materiału

1. Hb jako białko allosteryczne

a) konformacja cząsteczki Hb - wiązania stabilizujące strukturę

b) struktura

c) hemoglobiny prawidłowe

2. Udział Hb w transporcie O₂ i CO₂

a) krzywa powinowactwa Hb i mioglobiny do tlenu

b) wpływ efektorów allosterycznych na powinowactwo hemoglobiny i mioglobiny do tlenu (2-3 BPG, CO₂, pH, efekty homo- i heterotropowe)

c) zmiany konformacyjne cząsteczki hemoglobiny towarzyszące jej utlenowaniu

d)mechanizm transportu CO₂ z tkanek do płuc. Rola dehydratazy węglanowej

3. Biosynteza hemu i jej regulacja.

4. Zaburzenia syntezy części białkowej Hb, Hb niebiałkowe (talsemie, HbS, HbM, HbC) oraz mechanizmy leżące u podstaw hemoglobinopatii.

5. Katabolizm hemu i wydalanie produktów jego przemiany.

a) powstawanie bilirubiny

b) transport bilirubiny w osoczu

c) mechanizmy sprzęgania bilirubiny w wątrobie i wydzielanie bilirubiny sprzężonej do żółci

d) przemiany bilirubiny sprzężonej w jelicie

6. Krążenie jelitowo wątrobowe barwników żółciowych

***

Konformacja cząsteczki hemoglobiny

Hemoglobina

Jest przykładem białka zbudowanego z dwóch par jednakowych polipeptydów - protomerów α i β. Jest więc tetramerem. Podwójnie symetryczną strukturę hemoglobiny oznaczamy przez α₂β₂. Stabilizowana głównie przez oddziaływania hydrofobowe i hydrofilowe. Asocjacja łańcuchów następuje dzięki powstałym wiązaniom wodorowym, jonowym i hydrofobowym, rzadziej disulfidowym.

Struktura

Kształt cząsteczki hemoglobiny jest zbliżony do kuli o średnicy 5,5nm. Cztery łańcuchy są upakowane w formę czworościanu. Grupy hemowe są usytuowane pojedynczo w każdej podjednostce w fałdzie cząsteczki, blisko jej powierzchni. Cztery miejsca wiązania tlenu są znacznie od siebie oddalone; odległość między dwoma najbliżej położonymi atomami żelaza wynosi 2,5 nm. Każdy łańcuch α ściśle kontaktuje się z obudwoma łańcuchami β, natomiast oddziaływania między identycznymi podjednostkami są nieliczne.

Struktury przestrzenne łańcuchów α i β hemoglobiny są zaskakująco podobne do mioglobiny, mimo różnic w sekwencjach aminokwasowych. W sekwencjach hemoglobin różnych gatunków, aminokwasy w 9-ciu pozycjach sekwencji są w zasadzie niezmienne - jest to m. inn. kilka reszt położonych w strukturze przestrzennej blisko hemu (proksymalna i dystalna histydyna). Zdecydowanie zachowawczy jest również niepolarny charakter wnętrza każdej cząsteczki.

Podobne pod względem długości łańcuchy α i β HbA są kodowane przez różne geny i mają odmienną strukturę pierwszorzędową.

Podobnie jak w mioglobinie, zarówno podjednostki α, jak i β charakteryzuje obecność hydrofobowych reszt aminokwasowych wewnątrz cząsteczki (z wyjątkiem 2 grup His), a hydrofilowych na zewnątrz cząsteczki.

Hemoglobiny prawidłowe

Patrz ↑

Krzywa powinowactwa Hb i mioglobiny do tlenu

Mioglobina wykazuje większe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina. P₅₀ - cząstkowe ciśnienie tlenu, dla którego miejsca wiązania tlenu są obsadzone w 50% - dla mioglobiny = 1,33 hPa, dla Hb = 34,66 hPa.

Krzywa dysocjacji tlenu dla mioglobiny ma kształt hiperboli, dla Hb - sigmoidalny ( wiązania kooperatywne).

Wpływ efektorów allosterycznych na powinowactwo Hb i mioglobiny do O₂

Siła wiązania tlenu z mioglobiną nie ulega zmianie w szerokim zakresie pH. Zasadniczego wpływu nie ma też CO₂. W wypadku Hb zwiększenie kwasowości powoduje większe uwalnianie tlenu, zmniejszenie - zmniejszy powinowactwo Hb do tlenu. Zwiększenie stężenia CO₂ (przy stałym pH) również powoduje zmniejszenie powinowactwa do tlenu.

2, 3 - BPG

W warunkach niedoboru tlenu w tkankach zwiększa się zawartość 2,3 - bisfosforanu (BPG). Związek ten tworzy się z 1, 3 - BPG produkt pośredni glikolizy.

BPG wiąże się z hemoglobiną w stosunku: 1 cząsteczka BPG na tetrametryczną cząsteczkę hemoglobiny, a miejscem wiązania jest przestrzeń między 4 podjednostkami w centrum cząsteczki Hb - ale tylko w postaci T - gdy przestrzeń między helisami łańcuchów β jest wystarczająco duża.

// postać T - nieutlenowana Hb!//

W wiązaniu tym biorą udział grupy O BPG oraz dodatnio naładowane reszty: Val NA1, Lys EF6 i His H21.

BPG stabilizuje postać T hemoglobiny - tworzenie wiązań poprzecznych i dostarczanie dodatkowych wiązań poprzecznych zmniejszenie powinowactwa Hb do tlenu.

Efekty homo i heterotropowe (??)

Efekt Bohra - zwiększenie stężenia protonów powoduje odłączenie tlenu, podczas gdy wzrost pO₂ powoduje odłączenie protonów. Obecność H⁺ w tkankach czynnych metaboilicznie powoduje uwolnienie O₂ z utlenowanej hemoglobiny, natomiast w pęcherzykach płucnych zwiększone stężenie O₂ powoduje usunięcie H⁺ (i CO₂).

Zmiany konformacyjne cząsteczki Hb, towarzyszące jej utlenowaniu”

Przyłączeniu O₂ towarzyszy rozerwanie wiązań poprzecznych między końcami karboksylowymi wszystkich 4 podjednostek zmiany w drugo-, trzecio- i czwartorzędowej strukturze białka. Jedna para cząsteczek α / β obraca się w stosunku do drugiej pary, w wyniku czego następuje zbliżenie podjednostek tetrameru i zwiększenie powinowactwa hemów do tlenu.

Czwartorzędową strukturę częściowo utlenowanej hemglobiny określa się jako stan T (naprężony - taunt), a całkowicie utlenowanej - R (rozluźniony).

Podczas utlenowania hemoglobiny, atomy żelaza (leżące ok. 6 nm poza płaszczyzną hemów w nieutlenowanej Hb) usuwają się w płaszczyznę hemów, pociągając za sobą histydynę proksymalną i połączone z nią reszty aminokwasowe.

Mechanizm transportu CO₂ do płuc, rola dehydratazy węglanowej.

Bezpośrednio po odłączeniu O₂, cząsteczka Hb wiąże CO₂ w ilości stanowiącej ok. 15% CO₂ transportowanego przez krew. CO₂ wchodzi w reakcję z końcowymi grupami α - aminowymi Hb, tworząc karbaminian (uwalniane są H⁺).

Zmiana ładunku N - końcowych grup umożliwia tworzenie wiązań poprzecznych między łańcuchami α i β (jak w Hb nieutlenowanej).

W płucach następuje przyłączenie O₂ i wydalanie CO₂.

Z chwilą zaabsorbowania CO₂ przez krew, dehydrataza węglanowa erytrocytów katalizuje utworzenie kwasu węglowego, który dysocjuje do H⁺ i HCO₃^-. Buforem zabezpieczającym organizm przed szkodliwym wpływem zwiększenia kwasowości jest m. inn. hemoglobina - odłączeniu 4 cząsteczek O₂ z Hb towarzyszy przyłączenie 2H⁺. W płucach - zjawisko odwrotne uwolnienie H⁺ (spowodowane przyłączeniem O₂), który łączy się z HCO₃^- tworząc H₂CO₃, który pod wpływem dehydratazy węglanowej przekształca się w H₂O i wydalany z wydychanym powietrzem CO₂.

Biosynteza hemu i jej regulacja

Synteza porfiryn

Produktami wyjściowymi są: sukcynylo - CoA ( z cyklu Krebsa w mitochondriach) oraz glicyna. Niezbędny jest rónież PLP, który aktywuje glicynę. Produktem kondensacji jest kwas α - amino β - ketoadypinowy, który natychmiast dekarboksylowany jest do kw. δ - aminolewulinowego (ALA).

Reakcję tą katalizuje syntaza ALA.

W cytozolu przy udziale syntazy porfobilinogenowej kondensują 2 cząsteczki ALA tworząc porfobilinogen (PBG) i 2 cząsteczki H₂O.

Syntaza PBG zawiera ZN, a hamowana jest przez Pb.

Liniowa kondensacja 4 cząsteczek PBG tworzy łańcuchowy tetrapirol - hydroksymetylenobilan, reakcja katalizowana przez deaminazę PBG. W wyniku samorzutnej cyklizacji, hydroksymetylenobilan tworzy uroporfirynogen I lub jest przekształcany pod wpływem syntazy uroporfirygenowej I i konwertazy uroporfirynowej III do uroporfirynogenu III (prawie wyłącznie w warunkach fizjologicznych).

Uroporfirynogen III pod wpływem dekarboksylazy uroporfirynowej przechodzi w koproporfirynogen III (dekarboskylacja grup kw. octowego do grup metylowych). Koproporfirynogen III pod wpływem oksydazy koproporfirynowej (dekarboksylacja + utlenienie 2 łańcuchów kw. propionowego) tworzy protoporfirynogen.

Protoporfirynogen pod wpływem oksydazy protoporfirynowej (w mitochondriach) przechodzi w protoporfirynę. U ssaków proces ten uwarunkowany jest obecnością tlenu cząsteczkowego. Końcowy etap - wbudowanie jonu Fe²⁺ do protoporfiryny w reakcji katalizowanej przez syntazę hemową (ferrechelatazę) w mitochondriach, w wyniku czego tworzy się hem.

[RYCINA]

Regulacja

Kluczowym elementem regulującym biosyntezę hemu jest syntaza ALA. Jest to enzym podlegający regulacji (hem - przypuszczalnie przez cząsteczkę aporepresora - działo jako ujemny regulator jej syntezy!). Szybkość syntezy syntazy ALA znacznie zwiększa się w nieobecności hemu, a maleje w jego obecności. Charakteryzuje ją szybki obrót metaboliczny. Powstaje w wątrobie.

Leki zwiększające stężenie syntazy ALA w wątrobie, metabolizowane są przy udziale swoistej hemoproteiny - cytochromu P-450. Zwiększa on wykorzystanie hemu zmniejszenie wewnątrzkomórkowego stężenia hemu, a tym samym - depresję syntazy ALA i przyspieszenie syntezy hemu.

Indukcja syntazy ALA w wątrobie pod wpływem leków zależy od wielu czynników. Szczeególnie podanie glukozy czy hematyny (utleniona forma hemu) zapobiega depresji tego enzymu.

Zaburzenia

HbM

W hemoglobinie M Tyr zastępuje His F8. Przyczynie się to do stabilizacji żelaza hemowego w formie Fe³⁺, na skutek tworzenia przez niego trwałego połączenia z anionem fenolanowym Tyr. Tworząc kompleks z jonem żelazowym grupy hemowej, łańcuch boczny tyrozyny jest zjonizowany. Obecność żelaza hemu w formie żelazowej powoduje methemoglobinemię.

Występowanie Fe³⁺ może być wynikiem jego utlenienia przez różne czynniki (sulfonamidy), dziedziczenia (występowanie HbM) czy obniżonej aktywności reduktazy methemoglobinowej.

W przypadku wariantów HbM dotyczących łańcuchów α - zmniejszenie powinowactwa do tlenu i zniesienie efektu Bohra. Natomiast w przypadku wariantów dotyczących łańcuchów β efekt Bohra zostaje zachowany - nie ulega zakłóceniu przejście R - T.

Mutacje, które sprzyjają tworzeniu się postaci R, charakteryzują się zwiększeniem powinowactwa do O₂. Dostarczanie wskutek tego zbyt małej ilości tlenu prowadzi do hipoksji, powodującej policytemię (zwiększenie liczby erytrocytów).

Objaw u pacjentów - sinica.

HbS

W hemoglobinie S reszta waliny zastępuje kwas glutaminowy β-6 A2. Reszta A2 znajduje się na powierzchni cząsteczki, odpowiadając za jej kontakty z wodą. Zastąpienie Glu niepolarną Val powoduje powstane na powierzchni łańcucha β „lepkich miejsc”, występujących zarówno w Hb utlenowanej, jak i nie. Na Hb nieutlenowanej (A, S) występują miejsca komplementarne do „lepkich miejsc”.

Oddziaływania te powodują polimeryzację nieutlenowanej HbS powstają długie, wytrącające się agregaty zniekształcające erytrocyty (sierpowaty kształt), co doprowadza do lizy i innych następstw.

Proces ten mógłby być hamowany utrzymaniem HbS w postaci utlenowanej lub zmniejszeniem do minimum jej stężenia w postaci nieutlenowanej.

Przyłączenie HbA do lepkich miejsc - uniemożliwienie wydłużania polimeru (HbA nie ma „lepkich miejsc”!).

HbC

Forma hemoglobiny, występująca podobnie jak HbS w anemii sierpowatej. Objawy anemii spowodowanej HbC są jednak łagodniejsze.

Talsemie (niedokrwistości)

Główną ich przyczyną jest zaburzenie syntezy hemoglobiny (niedobór żelaza) lub zaburzenie erytropoezy (niedobór kw. foliowego czy B₁₂). Podstawą ich rozpoiznania jest oznaczanie stężenia hemoglobiny.

W talsemiach zmniejsza się synteza łańcuchów α (α - talsemie) lub β (β - talsemie).

Hemoglobinopatie

Mutacje genów kodujących aminokwasy nie uczestniczące bezpośrednio w wiązaniu hemu, zlokalizowane na powierzchni cząsteczki globiny, nie powodują niepożądanych objawów klinicznych, w przeciwieństwie do mutacii genów kodujących krytyczne dla funkcji hemoglobiny reszty (np. histydyna E7 czy F8).

Wyjątek - niedokrwistość sierpowata - wszystkie objawy są efektem mutacji prowadzącej do zastąpienia pojedynczej reszty polarnej aminokwasem niepolarnym.

Bilirubina

Powstawanie bilirubiny

Katabolizm hemu zachodzi we frakcji mikrosomalnej komórek przez złożony układ enzymatyczny - oksygenazę hemową. Jej działanie zwykle poprzedza utlenienie żelaza w hemie do formy Fe³⁺. Indukowana jest ona pod wpływem substratu i jest sprzężona z mikrosomalnym łańcuchem przenoszenia elektronów.

W obecności NADPH hemina redukuje się (z Fe³⁺ Fe²⁺), ale dzięki niemu do wiązania α - met między I a II pierścieniem pirolowym porfiryny przyłącza się grupa -OH, a przez to Fe²⁺ ponownie utlenia się do Fe³⁺.

W konsekwencji obecności O_2­, uwalnia się Fe³⁺ i CO, pierścień pirolowy pęka i powstaje biliwerdyna IX - α.

U ssaków reduktaza biliwerdynowa redukuje mostek metinowy między III i IV pierścieniem pirolowym do grupy metylenowej, tworząc bilirubinę IV.

[RYCINA]

Transport bilirubiny w osoczu

Bilirubina słabo rozpuszcza się w wodzie. Jej rozpuszczalność w osoczu zwiększa się dzięki niekowalencyjnemu połączeniu z albuminą. Każda czsteczka albuminy zawiera 1 miejsce o małym powinowactwie i 1 o dużym. Na 1000 ml osocza ≈ 250 mg bilirubiny wiąże się w miejscu dużego powinowactwa. Nadmiar bilirubiny łączy się tylko luźno i przez to łatwo ulega dyfuzji do tkanek.

Niektóre związki (antybiotyki, inne leki) wiążą się z albuminą w miejscu o wysokim powinowactwie do bilirubiny konkurując z nią.

Mechanizmy sprzęgania bilirubiny w wątrobie i jej wydzielanie do żółci

W wątrobie bilirubina odłącza się od albuminy i przy udziale nieswoistego układu przenoścnikowego przenika przez powierzchnią naczyniową hepatocytu do wnętrza komórki.

W hepatocytach bilirubina przekształcana jest do formy polarnej, wydzielanej do żółci w wyniku przyłączenia kwasu glukuronowego. W procesie tym (sprzęganiu) mogą uczestniczyć także inne polarne cząsteczki (np. siarczany).

W wątrobie występują co najmniej 2 formy glukuronozylotransferazy, których substratem jest bilirubina. Znajdują się one w SER, donorem glukuronianu jest UDP - glukuronid.

Produktem pośrednim jest monoglukuronid bilirubiny, przekształcony w diglukuronid i w tej postaci wydalany.

W stanach patologicznych - możliwość występowania monoglukuronidu.

Aktywność UDP - glukuronidazy może być indukowana przez leki.

Wydzielanie sprzężonej bilirubiny zachodzi wbrew gradientowi stężeń na zasadzie transportu aktywnego (prawdopodobnie spełnia funkcję regulacyjną dla całego metabolizmu bilirubiny w wątrobie).

Transport indukowany jest przez te same leki co sprzęganie skoordynowana jednostka funkcjonalna.

W warunkach fizjologicznych praktyczne cała bilirubina wydzielana jest do żółci w postaci sprzężonej.

Przemiany bilirubiny sprzężonej w jelicie

W miarę, jak sprzężona bilirubina dociera do jelita krętego i grubego, swoiste enzymy bakteryjne (β - glukuronidazy) usuwają kwas glukuronowy, a flora bakteryjna kału redkuje barwnik do bezbarwnych związków tetrapirolowych - urobilinogenów. W normalnych warunkach utlenia się ona do urobilin i zostaje wydalona z kałem (dlatego kał ciemnieje na powietrzu).

Krążenie jelitowo - wątrobiwe barwników żółciowych

W jelicie krętym oraz grubym pewna część urobilinogenów wchłania się i ponownie wydziela z wątroby.

W warunkach nieprawidłowych (nadmierna ilość barwników lub choroby wątroby) następuje wydzielanie urobilinogenu rónież z moczem.

Bibliografia:

„Biochemia Harpera” - R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell

„Biochemia” L. Stryer

IV TŁUSZCZE

Zajęcia XIII - Sprawdzian wejściowy

Zakres materiału:

***

1. Składniki lipidów - wzory i nazewnictwo:

a) nasycone i nienasycone

Nasycone		Nienasycone
Mrówkowy	1	Palmitooleinowy	ω7	16:1;9
Octowy	2	Oleinowy	ω9	18:1;9 cis
Propionowy	3	Elaidynowy	ω9	18:1;9 trans
Masłowy	4	Erukowy	ω9	22:1;13
Walerianowy	5	Nerwonowy	ω9	24:1;13
Kapronowy	6	Linolowy	ω6	18:2;9,12
Kaprylowy	8	Linolenowy -γ	ω6	18:3;6,9,12
Kaprynowy	10	Linolenowy - α	ω3	18:3;9,12,15
Laurynowy	12	Arachidonowy	ω6	20:4;5,8,11,14
Mirystynowy	14	Timnodonowy	ω3	20:5;5,8,11,14,17
Palmitynowy	16	Klupandonowy	ω3	22:5;7,10,13,16,19
Stearynowy	18	Cerwonowy	ω3	22:6;4,7,10,13,16,19
Arachidowy	20
Behenowy	22
Lignocerynowy	24

b) alkohole:

Glicerol

- inaczej - gliceryna; alkohol zawierający 3 grupy OH

- otrzymany przez hydrolizę tłuszczów lub fermentację skrobii

- środkowy węgiel - β, zewnętrzne - α

- pochodne - nitrogliceryna, akroleina

Sfingol

- inaczej - sfingozyna

- aminoalkohol zawierający długi nienasycony łańcuch węglowodorowy

Cholesterol

- prekursor kwasów żółciowych, hormonów kory nadnerczy, hormonów płciowych, witaminy D, glikozydów nasercowych, sistosteroli u roślin i niektórych alkaloidów

- ważny składnik błon

c) inne związki wchodzące wskład lipidów złożonych

zasady azotowe

- cholina

-etanolamina

-seryna

- inozytol

C₆H₆(OH)₅

kwas fosforowy

PO₄^3- - występuje w fosfatydyloglicerydach (pochodne kwasu fosfatydowego, w którym fosforan jest zestryfikowany z grupą -OH odpowiedniego alkoholu)

- związek pośredni w syntezie triacylogliceroli oraz fosfoglicerydów

- w tkankach występuje w niewielkich ilościach

cukry - występują w glikolipidach i gangliozydach

- w gangliozydach łańcuch oligocukrowy zawiera co najmniej jeden cukier z funkcją kwasową, łączący się z ceramidem (N-acetuloreuraminian, N-glikoliloneuraminian)

d) wiązania chemiczne w lipidach

nasycone kwasy tłuszczowe nie zawierają wiązań podwójnych (!)

- wiązania -CH₂- między CH₃- a -COOH

nienasycone kwasy tłuszczowe zawierają jedno (jednonienasycone) lub więcej (wielonienasycone) wiązań podwójnych

- prostaglandyny - pierścień cyklopentanowy

- leukotrieny - pierścień cyklopentanowy przerwany atomem tlenu (pierścień oksanowy)

- większość naturalnie występujących nienasyconych kwasów tłuszczowych ma podwójne wiązanie “cis”

np. kwas oleinowy ω9 18:1;9 - kształt “L”

kwas arachidonowy - więcej podwójnych wiązań “cis” (4) - kształt supła lub litery “U”

forma “trans” - jako produkt uboczny podczas wysycania kwasów tłuszczowych w procesie uwodornienia (“utwardzania”), także z tłuszczów spożywczych przeżuwaczy

np. kwas elaidynowy ω9 18:1;9 - prosty

wiązanie estrowe - w trójglicerydach

2. Właściwości fizykochemiczne i podział lipidów

a) podział:

Lipidy proste	Lipidy złożone
tłuszcze właściwe (estry kwasów tłuszczowych z glicerolem), w stanie płynnym - oleje woski (estry kwasów tłuszczowych z długołańcuchowymi alkoholami mnohydroksylowymi)	fosfolipidy - zawierają oprócz kwasów tłuszczowych i glicerolu resztę kwasu fosforowego, często zawierają zasadę azotową i inne podstawniki (glicerol, sfingozyna) glikolipidy - zawierają kwas tłuszczowy, sfingozynę i węglowodany inne - sulfolipidy, aminolipidy, lipiproteiny

Prekursory i pochodne: kwasy tłuszczowe, glicerol, steroidy, alkohole inne niż glicerol i sterole, aldehydy tłuszczowe, ciała ketonowe, węglowodory, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i hormony

b) właściwości

triacyloglicerole

- główna forma zapasowa kwasów tłuszczowych

- niemal wszystkie są mieszane

fosfolipidy

- główny składnik lipidowy błon

- kardiolipina - w błonach mitochondrialnych

- lecytyny - w błonach komórkowych

* cholina - udział w przekaźnictwie nerwowym, zapas labilnych grup metylowych

* dipalmitoilolecytyna - zmniejsza napięcie powierzchniowe między fazą tkanki płucnej i fazą gazów oddechowych (składnik surfaktantu)

-fosfatydyloinozytol - prekursor wtórnych przekaźników w błonach - fosfatydyloinozytolo - 4 - 5 - bisfosforan, po pobudzeniu następuje hydroliza do DAG i inozytolo - trifosforanu

lizofosfolipidy

- produkty pośrednie w metabolizmie fosfoglicerydów

- plazminogeny - w mózgu i w mięśniach

- sfingomieliny - w układzie nerwowym

glikolipidy

- istotny składnik tkanki nerwowej (galaktozyloceramid) i błon komórkowych (glukozyloceramid - tkanki pozamózgowe)

- gangliozydy - w komórkach, także nerwowych (dostarczają kwas N - acetyloneuraminowy)

- receptor dla toksyny cholery w jelicie cienkim

steroidy

-prekursory hormonów płciowych i kory nadnerczy, kwasów żółciowych, witaminy D, glikozydów nasercowych, niektórych alkaloidów, sisteroli w roślinach

- konformacje - “krzesełkowa” i “łódeczkowa”

- cholesterol - w tłuszczach zwierzęcych

- ergosterol - prekursor witaminy D

- koprosterol - w kale

- izoprenoidy - zawierają jednostkę izoprenową

* ubichinon - składnik łańcucha oddechowego

Cechy wspólne

- względna rozpuszczalność w wodzie (hydrofobowość), rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych

- w strukturze błon - najbardziej przydatne - te zawierające jedną lub więcej grup polarnych

3. Formy występowania tłuszczowców w materiale biologicznym

a) lipoproteiny wolne (w osoczu)

	Źródło	Apoproteiny
Chylomikrony	Jelito	AI, AII, B-48, CI, CII, CIII, E
VLDL	Wątroba i jelito	B-100, CI, CII, CIII, E
IDL	VLDL i chylomikrony	B-100
LDL	VLDL	B-100
HDL2	Wątroba, jelito, VLDL	AI, AII, AIV, D, E, CI, CII, CIII
HDL3	Chylomikrony
WKT - albumina	Tk. tłuszczowa

Budowa:

Apoproteiny - rodzaje:

AI i AII - HDL i chylomikrony

AIV - wydzielana z chylomikronów, przenoszona przez HDL

B-100 - LDL, VLDL, IDL

B-48 - chylomikrony

E, CI, CII, CIII - VLDL, HDL, chylomikrony

D - subfrakcja HDL

b) lipoproteiny strukturalne - wchodzą w skład błon komórkowych

4. Trawienie lipidów i wchłanianie prekursorów ich hydrolizy w przewodzie pokarmowym

Trawienie tłuszczów zachodzi dzięki enzymom lipolitycznym przewodu pokarmowego zmiana tłuszczu nierozpuszczalnego w wodzie na produkty rozpuszczalne i łatwo przyswajalne. Potrzebne są też sole kwasów żółciowych (emulgowanie tłuszczów i rozpuszczanie produktów lipolizy w fazie wodnej jelit) oraz wodorowęglany (stwarzają odpowiednie pH).

1. Lipaza językowa - 10%

- wydzielana przez gruczoły ślinowe

- hydrolizuje wiązanie estrowe I - rzędowe w pozycji sn-3, utworzone przez kwasy tłuszczowe krótkołańcuchowe

2. Lipaza żołądkowa - tylko substrat rozpuszczony w wodzie (swoista)

- np. trawienie tłuszczu mleka we wczesnym okresie życia

3. Enzymy trzustki (ok. 22%, rozkładane całkowicie)

1. lipaza trzustkowa

- działa na powierzchni granicznej fazy wodnej i olejowej kropelek tłuszczowych

- jej działanie wymaga tego, by pokryć całą kropelkę tłuszczu; ponieważ jest to niemożliwe (krople pokryte czynnikami emulgującymi) - musi istnieć kolipaza (trypsyna)

b) kolipaza - łączy się z lipazą, odsuwa czynniki emulgujące i pomaga lipazie. Optimum aktywności kompleksu - 6 (samej lipazy - 9), nie podlega inaktywacji przez enzymy proteolityczne.

Produkty trawienia lipazą - 2 monoacyloglicerole, kwasy tłuszczowe i niewiele 1 - monoacylogliceroli są rozpuszczalne w wodzie, przez co mogą wejść do rąbka szczoteczkowego enterocytów.

c) fosfolipaza A₂ - nieczynna, pełna aktywność pod wpływem trypsyny i Ca²⁺m idszczepia kwas tłuszczowy w pozycji 2 glicerolofosfolipidów;

Dzięki jej działaniu powstają lizofosfolipidy, wchłaniane z miceli.

Enzymy trzustkowe atakują nierozpuszczalne w H₂O estry cholesterolu i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach.

Tylko wolny cholesterol może być włączony do miceli soli żółciowych i wchłonięty przez komórki nabłonka jelitowego.

5. Żółć - skład i rola

a) skład:

97% - woda

3% - substancje stałe:

- sole żółciowe - 0,7%

- barwniki żółciowe - 0,2%

- kwasy tłuszczowe - 0,15%

- cholesterol - 0,06%

- fosfolipidy, elektrolity, enzymy (fosfataza alkaliczna)

Skład żółci zmienia się w czasie przechodzenia przez przewody i gromadzenia w pęcherzyku - wchłanianie wody i elektrolitów, zagęszczanie.

Żółć jest izotoniczna z osoczem, osmolalność zmienia się nieco, wraz z szybkością wydzielania przez wątrobę i stopnia zagęszczania.

Jest wydzieliną i wydaliną - składniki wydzielane przez wątrobę znajdują się obok usuwanych z organizmu.

- kwasy żółciowe

* ok. 50% substancji stałych

* wytwarzane z cholesterolu w hepatocytach

* rozpuszczanie cholesterolu, ułatwienie trawienia i wchłaniania tłuszczów i substancji rozpuszczalnych w tłuszczach

* dodatni wpływ na enzymatyczną hydrolizę

* przez emulgację tłuszczów zwiększają ich powierzchnię kontaktu z lipazą

* aktywują enzymy soku trzustkowego

* uczestniczą w osiągnięciu optymalnego pH

* solubilizując produkty zapobiegają zahamowaniu reakcji

* kwas cholowy i chenodeoskycholowy - pierwotne, sprzężone z glicyną i tauryną

* w przewodzie pokarmowym deoksycholowy i litocholowy - są to kwasy wtórne

* uczestniczą w krążeniu jelitowo - wątrobowym - 90% zostaje wychwycone przez wątrobę i spowrotem wraca do żółci

- barwniki żółciowe

* wydalanie niepotrzebnych / szkodliwych produktów przemiany hemoglobiny

* powstają w układzie siateczkowo - śródbłonkowym śledziony i wątroby

* zabarwienie daje bilirubina i znokomo - biliwerdyna, sprzężone z kwasem glukuronowym (mono-, diglukuroniany, estry siarczanowe)

* w jelitach dzięki enzymom bakteryjnym powstaje urobilinogen, a ten przechodzi w stekobilinogen, a część wchłaniana jest w jelitach i z krwi do moczu

- wolny i zmodyfikowany cholesterol

* wydzielany w procesie czynnym z wątroby, gdzie syntetyzowany jest z aktywnego octanu

* zawartość w żółci zależy od zawartości i dynamiki wydzielania soli żółciowych (przenośnik)

* utrzymuje się dzięki rozpuszczalności w micelach soli żółciowych

- fosfolipidy

* około 20% zawartości tłuszczu w zółci, a w tym 96% - lecytyna

* dobrze rozpuszczalne w wodzie, żółci, treści jelitowej

* tworzą micele, ułatwiające rozpuszczanie hydrofobowych substancji

* nie podlegają krążeniu jelitowo - wątrobowemu

* pochodzą z hepatocytów, produkowane niezależnie od innych związków

- glikoproteiny

* pochodzenie - nie do końca poznane

* nadają lepkość, decydują o tworzeniu złogów

- enzymy

* grupa 1 - fosfataza zasadowa, GGTP, LAP - znacznie większa aktywność w żółci niż w osoczu

* grupa 2 - amylaza, fosfataza kwaśna, jednakowa aktywność w żółci i w osoczu

* grupa 3 - AlAT, AspAT, aktywność w żółci mniejsza niż w osoczu

b) rola żółci:

- neutralizuje i alkalizuje kwaśną treść z żołądka

- wzmaga wydzielanie soku trzustkowego

- emulguje tłuszcze

- uczynnia lipazę

- umożliwia wchłanianie kwasów tłuszczowych i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach

- zwiększa toniczne napięcie i ruchy jelit

- zapobiega gniciu białek

- wraz z nią wydalane są inne związki (metabolity, toksyny, leki, barwniki i substancje nieorganiczne)

Zajęcia XIV - Seminarium X

Zakres materiału:

A. Biosynteza kwasów tłuszczowych

1. Synteza nasyconych kwasów tłuszczowych (substraty, enzymy i kofaktory)

1. karboksylacja acetylo - CoA jako pierwszy i kontrolny etap w syntezie kwasów tłuszczowych

2. kompleks syntazy kwasów tłuszczowych oraz sekwencja reakcji katalizowanych przez ten kompleks enzymatyczny

3. źródła acetylo - CoA i NADPH

4. wydłużanie łańcucha węglowego kwasu palmitynowego i innych kwasów tłuszczowych (elongacja)

2. Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

1. stan odżywienia, dostępność substratów i kofaktorów

2. regulacja aktywności kluczowych enzymów szlaku biosyntezy karboksylazy ecetylo - CoA, dehydrogenazy pirogronianowej

3. regulacja hormonalna

B. Degradacja kwasów tłuszczowych

1. β - oksydacja kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych

1. aktywacja kwasów tłuszczowych, synteza acetylo - CoA

2. transport kwasów tłuszczowych do mitochondrium, rola karnityny (enzymy i translokaza)

3. poszczególne etapy procesu β - oksydacji

2. Ketogeneza

***

A. Biosynteza kwasów tłuszczowych

1.

a) karboksylacja acetylo-CoA

Wodorowęglan (HCO₃^-) jest potrzebny jako źródło CO₂.

Biotyna - niezbędna do działania karboksylazy acetylo - CoA (“Enz”).

Karboksylaza ma zmienną liczbę podjednostek, w każdej zawarte są:

- biotyna

- karboksylaza biotyny

- białko nośnikowe karboksybiotyny

- transkarboksylaza

- allosteryczne miejsce regulatorowe

2 etapy reakcji:

1. karboksylacja biotyny (z udziałem ATP)

2. przeniesienie karboksylu na acetyloCoA malonyloCoA

b) kompleks syntazy kwasów tłuszczowych - wyróżniamy dwa typy:

1 - u bakterii, roślin i niższych form

- poszczególne enzymy występują oddzielnie

- reszty acylowe występują w połączeniu z białkiem ACP

2 - u drożdży, ptaków, ssaków

- ACP jest częścią kompleksu, zawiera kwas pantotenowy i przejmuje rolę CoA

- kompleks wieloenzymowy

- przez to bardziej wydajny i wolny od interferencji ze strony barier przepuszczalności

- wszystkie enzymy są syntetyzowane w sposób skoordynowany (koduje je pojedynczy gen)

- jest dimerem, u ssaków monomery są identyczne

- jedynie cały dimer jest aktywny - w aktywności uczestniczą grupy tiolowe

Wolny palmitynian musi być zaktywowany do acetyloCoA

c) źródła acetylo CoA i NADPH

- acetylo CoA jest wytwarzany z węglowodanów drogą wewnątrzmitochondrialnego utleniania pirogronianu

* nie przenika on swobodnie do macierzy pozamitochondrialnej, musi być skondensowany ze szczawiooctanem do cytrynianu

* cytrynian przechodzi do cytoplazmy (dzięki transporterowi trikarboksylanów), gdzie pod wpływem CoA i ATP rozszczepia się do acetylo CoA i szczawiooctanu

- NAPH

* szlak pentozofosforanowy

* szczawiooctan w cytoplazmie pod wpływem enzymu jabłczanowego przechodzi w NADPH i jabłczan

* pozamitochondrialna dehydrogenaza izocytrynianowa

4. elongacja

• proces ten przekształca CoA - pochodne kwasów tłuszczwych w pochodne acylowe, mające o 2 atomy węgla więcej, przy pomocy malonylo - CoA oraz NADPH.

2.

a) stan odżywienia

- główny czynnik kontrolujący szybkość lipogenezy

* jest wyższa u zwierzęcia, którego dieta zawiera dużo węglowodanów

* zmniejsza się w warunkach:

ograniczonego dostarczania energetycznego pokarmu

diety bogatotłuszczowej

niedoboru insuliny

- odwrotna zależność między wątrobową lipogenezą a stężeniem WKT w surowicy

- tłuszcze w pożywieniu powodują zmniejszenie lipogenezy w wątrobie ( >10% - brak przekształcania węglowodanów w tłuszcze)

- lipogeneza jest większa, gdy sacharoza zastąpi glukozę w pokarmie (fruktoza omija etap kontrolny glikolizy, czyli fosfofruktokinazę)

b) regulacja aktywności kluczowych enzymów

- karboksylaza Acetylo CoA

* enzym allosteryczny, aktywowana przez cytrynian (jego stężenie wzrasta w stanie odżywienia)

* hamowana przez cząsteczki acylo-CoA o długim łańcuchu węglowym (hamowanie zwrotne)

* acylo-CoA hamuje też transporter trójkarboksylanów (cytrynien nie wychodzi z mitochondriów do cytozolu)

- dehydrogenaza pirogronianowa

* acylo-CoA hamuje wymienny transporter ATP - ADP wewnętrznej błony mitochondrialnej zwiększenie wewnątrzmitochondrialnego ilorazu ^ATP/ _ADP dezaktywacja dehydrogenazy

* utlenianie acylo-CoA zwiększona ilość WKT, zwiększenie ^Acetylo-CoA/_CoA oraz ^NADH/_NAD+ w mitochondriach hamowanie dehydrogenazy

c) regulacja hormonalna

- insulina

* wzmaga transport glukozy do komórki i przez to zwiększa dostępność pirogronianu do syntezy kwasów tłuszczowych, oraz glicerolo - 3 - P do estryfikacji nowo wytworzonych kwasów tłuszczowych

* aktywuje dehydrogenazę pirogronianową (w tkance tłuszczowej)

* aktywuje (przez defosforylację) karboksylazę acetylo-CoA

* hamuje lipolizę w tkance tłuszczowej, zmniejszając wewnątrzkomórkowe stężenie cAMP zmniejszenie stężenia WKT w osoczu i długołańcuchowego AcyloCoA

- glukagon i adrenalina

* hamują karboksylazę acetylo-CoA (a przez to lipogenezę)

* dzięki zwiększeniu stężenia cAMP, wmożliwia kinazie cAMP zależnej fosforylację karboksylazy acetylo-CoA, a przez to jej unieczynnienie.

B. Degradacja kwasów tłuszczowych

1.

a) aktywacja kwasów tłuszczowych

dzięki nieorganicznej pirofosfatazie reakcja zachodzi do końca

b) przenikanie przez błonę mitochondrialną

- długołańcuchowe kwasy tłuszczowe przenikają wewnętrzną błonę mitochondrialną jako pochodne karnityny

- palmitoilotransferaza karnitynowa I katalizuje przekształcenie długołańcuchowych acylo-CoA w acylokarnitynę

- acylokarnityna przechodzi przez wewnętrzną błonę mitochondrialną dzięki translokazie karnityna - acylokarnityna

- po wniknięciu do mitochondrium reaguje z CoA przy udziale palmitoilotransferazy karnitynowej II. Powstaje AcyloCoA, który ulega dalej β - oksydacji.

c) β - oksydacja kwasów tłuszczowych

- polega na kolejnym odszczepianiu i uwalnianiu Acetylo-CoA z cząsteczek acylo-CoA

- łańcuch rozrywany jest między atomami węgla α (2) i β (3) stąd β - oksydacja

- przebieg reakcji

* po przejściu reszty acylowej przez błonę mitochondrialną wewnętrzną i ponownym odtworzeniu acylo-CoA - oderwanie 2 atomów H z C_α i C_β - reakcja katalizowana przez dehydrogenazę acylo-CoA Δ² trans enoilo-CoA (koenzym - FAD jako grupa prostetyczna)

* przyłączenie cząsteczki H₂O - wysycenie podwójnego wiązania, dzięki hydratazie Δ-enoilo-CoA

*dalsze odwodorowanie na C_β, dzięki dehydrogenazie L(+)S-hydroksyacylo-CoA (koenzym - NAD⁺) 3-ketoacylo-CoA

* tiolaza rozrywa 3-ketoacylo-CoA w pozycji 2, 3 acetyloCoA i acyloCoA, posiadający o 2 atomy C mniej, wchodzi on ponownie w szlak oksydacyjny

- w wyniku utleniania kwasu tłuszczowego o nieparzystej liczbie atomów C powstają cząsteczki acetyloCoA i jedna cząsteczka propionylo -CoA (jedyny fragment kwasów tłuszczowych, który jest glukogenny)

- utlenianie kwasów tłuszczowych powoduje powstanie wielu cząsteczek ATP

* dla palmitynianu 8 moli acetylo-CoA, z których każdy dostarcza 12 moli ATP = 96 moli ATP

* na każdą z siedmiu pierwszych cząsteczek acetyloCoA, transport w łańcuchu oddechowym elektronów z NADH i FADH₂ daje 5 moli ATP = 35

* 96 + 35 - 2 mole ATP, potrzebne do aktywacji kwasu tłuszczowego = 129 moli ATP (6656 kJ)

- kwasy tłuszczowe o bardzo długich łańcuchach, rozkładane są w peroksysomach - oksydacja kończy się na oktanoilo-CoA

* usuwane są w połączeniu z karnityną (oktanoilo - karnitynian, acetylo - karnitynian) a następnie dalej utleniane w mitochondriach.

* skracany jest tam też boczny łańcuch cholesterolu w syntezie kwasów tłuszczowych

* zachodzi tam też synteza glikoproteidów eterowych, cholesterolu i dolicholi

- utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych

* β - oksydacja trwa aż do powstania Δ³-cis-acyloCoA lub Δ⁴-cis-acyloCoA (w zależności od pozycji wiązania podwójnego

* Δ³, dzięki izomerazie Δ³cis Δ²trans enoilo-CoA, przechodzi w Δ² trans, a następnie oksydacja zachodzi dalej

* Δ⁴ (z np. kwasu linolenowego), dzięki dehydrogenazie acylo-CoA tworzy Δ²trans Δ⁴cis-dienoiloCoA, a ten pod wpływem reduktazy Δ²trans Δ⁴cis-dienoiloCoA w Δ³ trans, na ten działa izomeraza i oksydacja zachodzi dalej.

2. Ketogeneza

- Zachodzi, gdy natężenie utleniania kwasów tłuszczowych w wątrobie jest zbyt duże - wytwarza ona znaczne ilości acetooctanu i D(-) - 3 hydroksymaślanu (β), acetooctan ulega ciągłej samoistnej dekarboksylacji do acetonu

- Pod wpływem dehydrogenazy D (-) 3 hydroksymaślanowej, acetooctan i β - hydroksymaślan wzajemnie w siebie przechodzą - kontrolowane jest to mitochondrialnym stosunkiem NAD⁺ do NADH - stanem redoksowym

- przepływ ciał ketonowych z wątroby do tkanek pozawątrobowych - rezultat aktywnego mechanizmu enzymatycznego produkującego je, oraz bardzo małej aktywności enzymów zużytkujących je (w wątrobie) odwrotna sytuacja w pozostałych tkankach

a) szlak ketogenezy

- szlak ketogenezy obejmuje kondensację acetoacetylo-CoA z jeszcze jedną cząsteczką acetyloCoA, zachodzącą dzięki syntetazie HMG-CoA HMG-CoA

- dzięki obecności w mitochondriach liazy HMG-CoA, od HMG-CoA odszczepia się acetyloCoA z pozostawieniem wolnego acetooctanu

- acetooctan jest w równowadze z β-hydroksymaślanem, dzięki reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę 3-hydroksymaślanową.

b) transport ciał ketonowych do tkanek pozawątrobowych i ich spożytkowanie

- raz wytworzony acetooctan nie może być bezpośrednio reaktywowany w wątrobie (wyjątek - synteza cholesterolu) powstawanie acetooctanu w wątrobie przeważa nad jego utylizacją

- w tkankach pozawątrobowych, aktywacja acetooctanu do acetoacetylo-CoA przebiega z udziałem sukcynylo-CoA i enzymu transferazy CoA, sukcynylo-CoA: acetooctan acetoacetylo-CoA + bursztynian

- acetoacetylo-CoA pod wpływem tiolazy rozkładany jest do acetylo-CoA, a ten dalej utleniany jest w cyklu kwasu cytrynowego

- ciała ketonowe są utleniane w tkankach pozawątrobowych proporcjonalnie do ich stężenia we krwi

- ketonemia - spowodowana jest zwiększoną produkcją ciał ketonowych (a nie zmniejszoną utylizacją)

* utlenianie acetonu w tkankach zachodzi z trudnością - jest on w dużej mierze wydychany przez płuca

* ciężkość ketozy powinna być oceniana pomiarami ketonemii (nie ketonurii)

c) regulacja ketogenezy

- pierwotna - w tkance tłuszczowej

* ketoza nie wystąpi, jeżeli nie ma zwiększonego stężenia WKT krążących

* czynniki regulujące mobilizację WKT z tkanki tłuszczowej są ważne dla kontrolowania ketogenezy

- moment wniknięcia WKT do wątroby

* mogą być estryfikowane do TAG i fosfolipidów lub ulec β - oksydacji

* nie wiadomo, czy dostępność glicerolo-3-fosforanu, a przez to i jego prekursorów jest czynnikiem ograniczającym szybkość estryfikacji i aktywność enzymów estryfikujących

* wnikanie długołańcuchowych reszt acylowych do mitochondrium reguluje aktywność palmitoilotransferazy karnitynowej I, hamowanej przez malonylo-CoA (początkowy związek pośredni w syntezie kwasów tłuszczowych, jego stężenie wzrasta w okresie sytości)

Gdy stężenie WKT wzrasta (okres głodzenia), karboksylaza acetyloCoA zostaje zahamowana bezpośrednio przez acyloCoA i stężenie malonyloCoA zmniejsza się, odblokowując hamowanie palmitoilotransferazy karnitynowej I (więcej acyloCoA ulega β-oksydacji). Proces ten jest wzmocniony w głodzeniu przez obniżenie wskaźnika ^insulina/_glukagon

- acetyloCoA, powstały w β-oksydacji, może zostać utleniony w cyklu kwasu cytrynowego lub wchodzi w szlak ketogenezy

* gdy stężenie WKT w surowicy wzrasta, wtedy proporcjonalnie więcej kwasów tłuszczowych zostanie przekształconych w ciała ketonowe, a mniej ulegnie utlenieniu do CO₂

* całkowita energia swobodna zgromadzona w postaci ATP w wyniku utleniania kwasów tłuszczowych pozostaje stała

β-oksydacja 129 moli ATP

acetooctan 33 mole ATP

β - hydroksymaślan 21 moli ATP

Zajęcia XV - Seminarium XI

Zakres materiału:

A

1. Biosynteza TAG

• pod wpływem syntazy acylo-CoA kwasy tłuszczowe aktywowane są do acylo-CoA

• dwie cząsteczki acylo-CoA łączą się z glicerolo-3-fosforanem tworząc fosfatydan (enzymy: acylotransferaza glicerolo-3-fosforanowa, acylotransferaza 1-acyloglicerolo-3-fosforanowa)

• fosfatydan pod wpływem fosfohydrolazy fosfatydanowej przekształcany jest do DAG (1, 2)

• dzięki acylotransferazie diacyloglicerolowej, następna cząsteczka acylo-CoA zostaje zestryfikowana z DAG, tworząc triacyloglicerol

• 
  wiele tkanek (wątroba, serce, nerki, m. szkieletowe, płuca, gonady, mózg, tkanka tłuszczowa) ma zdolność utleniania kwasów tłuszczowych o długim łańcuchu węglowym

• zużytkowanie glicerolu zależy od posiadania kinazy glicerolowej (w dużej ilości w wątrobie, nerkach, jelicie, tkance tłuszczowej brunatnej, w gruczole sutkowym w okresie laktacji); aktywuje go ona do glicerolo - 3 - fosforanu

• w tkankach, w których brak kinazy glicerolowej, lub ma ona niską aktywność (mięśnie, tkanka tłuszczowa), glicerolo-3-fosforan pochodzi z dihydroksoacetonofosforanu (produkt glikolizy) - reakcja katalizowana przez dehydrogenazę glicerolo - 3 - fosforanową

• 
  w jelicie szlak monoacyloglicerolowy

• większość aktywności enzymów tego procesu występuje w ER, niektóre związane są z mitochondriami (acylotransferaza glicerolo-3-fosforanowa), fosfohydrolaza fosfatydanowa - cytoplazma i częściowo błony)

• dostępność kwasów tłuszczowych jako acylo-CoA

* “własna” lipogeneza - głównie w wątrobie, tkance tłuszczowej, gruczole sutkowym (laktacja), mózgu, nerkach, płucach

* pozakomórkowa - głównie tkanka tłuszczowa, enterocyty

• regulacja:

* dostępność substratów (glikoliza, kinaza glicerolowa)

* aktywność fosfohydrolazy fosfatydanowej

* aktywność acetylotransferazy glicerolo-3-fosforanowej (pobudzana przez defosforylację pod wpływem insuliny)

2. Degradacja TAG

• lipaza językowa (ph = 2 - 7)

• lipaza żołądkowa (ph = 3 - 6)

* główny atak na wiązanie sn-3 estrów glicerolu

* szczególnie ważna w okresie noworodkowym

• lipaza trzustkowa (ph = 8)

* aktywowana przez sole kwasów żółciowych, fosfolipidy (fosfolipaza A₂), kolipazę (kolipaza zakotwicza lipazę trzustkową do substratu)

[rycina]

• zółć

* kwasy żółciowe:

1. pierwotne (cholowy, chenodeoksycholowy)

2. wtórne (deoksycholowy, litocholowy)

* cholesterol - wolny i jego estry

* fosfolipidy - głównie lecytyny

* glikoproteiny - mukopolisacharydy, mukoproteiny

* barwniki żółciowe - bilirubina, śladowe ilości biliwerdyny

* enzymy:

1. fosfataza zasadowa, GGTP, leucyloaminopeptydaza

2. fosfataza kwaśna, amylaza

3. AlAT, AspAT

* składniki nieorganiczne - elektrolity

*funkcja:

1. neutralizuje i alkalizuje kwaśną treść żołądka

2. wzmaga wydzielanie soku trzustkowego

3. emulguje tłuszcze

4. uczynnia lipazę

5. kwasy żółciowe poprzez solubilizację usuwają produkty hydrolizy

6. sprzyja tworzeniu miceli, umożliwiając wchłanianie kwasów tłuszczowych oraz witamin rozpuszczalnych w tłuszczach

7. zwiększa toniczne napięcie i ruchy jelit

8. wydalina - metobolity leków, toksyny, barwniki żółciowe, substancje nieorganiczne (Cu, Zn, Hg)

[rycina]

B

1. Biosynteza fosfoglicerydów

albo z fosfatydanu (np. fosfatydyloinozytol) albo z 1,2 DAG (fosfatydylocholina, fosfatydyloetanolamina).

Synteza fosfatydyloinozytolu

• CTP reaguje z inozytolem w reakcji katalizowanej przez 3-fosfatydylotransferazę CDP-DAG-inozytol, tworząc fosfatydyloinozytol)

• Fosfatydyloinozytol ulega kolejnym fosforylacjom, przez co powstaje fosfatydyloinozytolo-4-fosforan oraz fosfatydyloinozytolo-4, 5-bisfosforan; ten ostatni jest rozkładany w tkankach do DAG, oraz inozytolo-trifosforanu (rola drugiego przekaźnika)

[Rycina]

Synteza fosfatydylocholiny (lecytyny) i fosfatydyloetanolaminy (kefaliny)

• rozpoczyna się powstaniem form “aktywnych”

* najpierw - reakcja z ATP monofosforanowe pochodne

* potem - reakcja z CTP cholina lub CDP-etanolamina

• w formie “aktywnej” reagują z 1, 2 DAG (enzym - cytydylotransferaza). Ufosforylowana zasada przenoszona jest na 1, 2 - DAG, z wytworzeniem fosfatydylocholiny lub fosfatydyloetanolaminy

• fosfatydyloetanolamina może w wątrobie ulec przemianie w fosfatydylocholinę kolejne metylacje reszty etanolaminowej z udziałem S-adenozynometioniny (dawca grup metylowych; grupa metylowa w metioninie może pochodzić z metylo-H₄-folianu)

[Rycina]

Synteza fosfatydyloseryny

Fosfatydyloseryna powstaje z fosfatydyloetanolaminy bezpośrednio w reakcji wymiany z seryną.

Z fosfatydylocholiny przez dekarboksylację powstaje na powrót fosfatydyloetanolamina.

[Rycina]

Synteza difosfatydogliceroli (kardiolipina)

Powstają z fosfatydoglicerolu, syntetyzowanego z CDP-DAG oraz glicerolo-3-fosforanu

[rycina]

Synteza plazmalogenów

• wyłącznie w peroksysomach

• prekursor części glicerolowej - dihydroksyacetonofosforan

• dihydroksyacetonofosforan łączy się z acetylo-CoA dając 1-acylodihydroksyacetonofosforan

• następuje wymiana reszty acylowej na alkohol o długim łańcuchu węglowym 1-alkilodihydroksyacetono-fosforan

• 1-alkilodihydroksyacetonofosforan w obecności NADPH przechodzi w 1-alkiloglicerolo-3-fosforan

• zachodzi dalsza acylacjaw pozycji 2 i powstaje 1-alkilo2-acyloglicerolo-3-fosforan

• 1-alkilo-2-acyloglicerolo-3-fosforan jest hydrolizowany, dając wolną pochodną glicerolu

[rycina]

Plazmalogeny - powstają przez desaturację analogicznych pochodnych z fosfoetanolaminą.

2. Degradacja fosfolipidów

• każda część składowa ulega rozkładowi i resyntezie z różną prędkością

• spowodowane jest to obecnością enzymów

* fosfolipaza A₂ - hydroliza wiązania estrowego w pozycji 2 glicerofosfolipidów, wolny kwas tłuszczowy i lizofosfolipid (może zostać ponownie acylowany)

* lizofosfolipaza (fosfolipaza B) - usuwa powstałą z lizofosfolipidu grupę 1-acylową, pozostawia glicerol połączony wiązaniem fosfodiestrowym z odpowiednią zasadą. Lizofosfolipaza może być rozkładana do glicerolo-3-fosforanu i zasady

* fosfolipaza A₁ - działa na wiązanie estrowe w pozycji 1

* fosfolipaza C - atakuje wiązanie w pozycji 3, dając 1, 2 - DAG i zasadę ufosforylowaną; główna toksyna bakteryjna.

[rycina]

[rycina]

• lizolecytyna może powstać w reakcji zachodzącej dzięki acetylotransferazie lecytyna: cholesterol (LCAT_ --) enzym syntetyzowany w wątrobie, a obecny w osoczu

* katalizuje przeniesienie reszty kwasu tłuszczowego z pozycji 2 lecytyny na cholesterol, tworząc ester cholesterolowy.

* jest odpowiedzialny za dużą ilość estrów cholesterolowych w lipoproteinach osocza.

[rycina]

3. Sfingolipidy

Biosynteza ceramidu (w ER)

• seryna po aktywacji z PLP reaguje z palmitoilo-CoA, tworząc 3-ketosfingeninę

• w reakcji z NADPH, w/w związek przechodzi w dihydrosfingozynę

• dihydrosfingozyna łączy się z acylo-CoA tworząc dihydroceramid

• dihydroceramid w wyniku desaturacji tworzy ceramid

[rycina]

Sfingomieliny

Fosfolipidy, powstające głównie w AG, w reakcji ceramidu z fosfatydylocholiną, dając sfingomielinę i DAG

[rycina]

Glikosfingolipidy

Połączenie ceramidu z jedną lub wieloma resztami cukrowymi

Kwasy tłuszczowe C₂₄:

• kwas lignocerynowy C₂₃H₄₇COOH (tworzony z acetylo-CoA)

• kwas cerebronowy - 2 - hydroksy pochodna kwasu lignocerynowego

• kwas nerwonowy - C₂₃H₄₅COOH - jednonienasycony, elongacja kwasu oleinowego (występuje zwłaszcza w mózgu)

Galaktozyloceramid - główny składnik mieliny. Glukozyloceramid - glikosfingolipid tkanek pozamózgowych i prekursor związków bardziej złożonych.

Sulfgalaktozyloceramid - powstaje w reakcji galaktozyloceramidu z 3-fosfoadenozyno-5-fosforano-siarczanem PAPS.

[rycina]

2. Gangliozydy

Są tworzone z ceramidu przez kolejne przyłączanie zaktywowanych cukrów oraz kwasu sialowego - N - acetyloneuraminowego,

Większość enzymów obecna jest w AG

[rycina]

3. Glikosfingolipidy

• składniki zewnętrznej warstwy błony komórkowej

• uczestniczą w kontakcie międzykomórkowym i komunikowaniu się, antygeny (Forsmana, układu ABO), receptory toksyn bakteryjnych.

Sfingolipidozy

Odkładanie się sfingolipidów, prawidłowa synteza, zaburzona degradacja spowodowana niedoborem enzymu. Jest to choroba lizosomalna.

Enzym	Choroba
GM1- β - galaktozydaza	Gangliozydaza
α-fukozydoza	Fukozydaza
Heksoaminidaza A i B	Choroba Tay - Sachsa
α- galaktozydaza	Choroba Fabryego
Laktozydaza ceramidowa	Lipidaza laktoceramidowa
Arylosulfataza A	Leukodystrofia metachromatyczna
β-galaktozydaza	Choroba Krabbego
β-glukozydaza	Choroba Gauchera
Sfingomielinaza	Choroba Niemanna-Picka
Ceramidaza	Choroba Farbera

Biochemia

- 1 -

www.stomka.prv.pl

---