Spis treści:

1. podział aminokwasów

2. przemiany poszczególnych aminokwasów

3. markery stresu oksydacyjnego

4. obieg azotu:

- cykl mocznikowy

- amoniak - źródła, toksyczność itd.

- cykl purynowy

- cytrulina, cykl glutaminowy, alaninowy itd.

- bilans azotowy

5. enzymy proteolityczne (proteazy serynowe, cysteinowe, pepsyna itd.)

6. wchłanianie aminokwasów

7. aminoacydurie (po łebkach)

8. białka i aminokwasy w diecie (z wykładu) & inne dupsy

have fun! :)

Podział aminokwasów:

I. Aminokwasy:

- białkowe

- niebiałkowe

ornityna, cytrulina, tauryna

II. Aminokwasy białkowe:

- wbudowywane w translacji

- powstające w wyniku modyfikacji postrtranslacyjnych:

- hydroksylizyna

- hydroksyprolina

- aminokwasy wiązań krzyżowych

III. Aminokwasy endogenne.

IV. Aminokwasy egzogenne:

- walina

- leucyna

- izoleucyna

- fenyloalanina

- metionina

- treonina

- tryptofan

- lizyna

Histydyna i arginina - częściowo egzogenne.

Aminokwasy egzogenne - występowanie i metabolizm:

a) walina:

- siemie lniane

- metabolizm w tkankach pozawątrobowych

b) leucyna i izoleucyna:

- mleko, kiełki kukurydzy

- metabolizm poza wątrobą

c) fenyloalanina:

- wszystkie białka

- w wątrobie metabolizowana do tyrozyny

d) tryptofan:

- białka zbóż, brak w kolagenie

- służy do syntezy witaminy PP, 5-hydroksytryptaminy, melatoniny

e) metionina:

- mięso, mleko, twaróg, białko jaja

- dawca grup metylowych

- działanie lipotropowe (tak jak cholina) - zapobiega stłuszczeniu hepatocytów

- powstaje z niej homocysteina

f) treonina:

- wszystkie białka

g) lizyna:

- wszystkie białka, brak w kukurydzy

- hydroksylacja, dezaminacja oksydacyjna, udział w produkcji macierzy pozakomórkowej tkanki łącznej

Podział ze względu na udział szkieletów w przemianach energetycznych:

Aminokwasy glukogenne:

- glicyna

- alanina

- seryna

- cysteina

- asparaginian

- glutaminian

- prolina

- arginina

- histydyna

- metionina

- asparagina

- glutamina

Aminowkasy glukoketogenne:

- fenyloalanina

- tyrozyna

- treonina (wg Bańkowskiego, wg profesora - glukogenna)

- izoleucyna

- tryptofan

Aminokwasy ketogenne:

- leucyna

- lizyna

Podział z I roku :) :

I. aminokwasy z łańcuchami niepolarnymi:

- alanina

- walina

- leucyna

- izoleucyna

- fenyloalanina

- tryptofan

- metionina

- prolina (iminokwas)

II. aminokwasy z łańcuchami polarnymi bez ładunków:

- seryna

- treonina

- tyrozyna

- asparagina

- glutamina

- cysteina

III. aminokwasy z łańcuchami kwasowymi:

- kwas asparaginowy

- kwas glutaminowy

IV. aminokwasy z łańcuchami zasadowymi:

- lizyna

- arginina

- histydyna

Jeszcze inny:

I. aminokwasy właściwe

II. iminokwasy - prolina i hydroksyprolina

Metabolizm szkieletów węglowych aminokwasów:

I. Do powstania pirogronianu prowadzi metabolizm:

- alaniny

- cysteiny i cystyny

- glicyny

- hydroksyproliny

- seryny

- treoniny

II. Do powstania acetylo-CoA prowadzi metabolizm:

- aminokwasów z których powstaje pirogronian (alanina, glicyna, seryna, treonina, cysteiny i cystyny, hydroksyproliny) - oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

- fenyloalanina

- tyrozyna

- tryptofan

- lizyna

- leucyna

- izoleucyna

III. Do powstania szczawiooctanu prowadzi metabolizm asparaginy i asparaginianu.

IV. Do powstania glutaminianu i w konsekwencji 2-ketoglutaranu prowadzi metabolizm:

- glutaminy

- argininy

- histydyny

- proliny

V. Do powstania sukcynylo-CoA prowadzi metabolizm:

- izoleucyny

- metioniny

- waliny

Arginina:

Katabolizm:

- arginaza odłącza grupę guanidynową od argininy - powstaje ornityna

- ornityna ulega transaminacji - powstaje gamma-semialdehyd glutaminianowy

- gamma-semialdehyd glutaminianowy przekształcany w glutaminian przez dehydrogenazę semialdehydo-glutaminianową

- glutaminian transaminowany do alfa-ketoglutaranu

Arginina:

- aminokwas częściowo egzogenny - w okresie wzrostu

- syntezowana w wątrobie, ale arginaza szybko ją rozkłada, więc wątroba prawie w ogóle nie uwalnia argininy do krwi

- syntezowana na potrzeby organizmu w 2 tkankach: jelicie i rdzeniu nerki

- w enterocytach znajdują się dwa pierwsze enzymy cyklu mocznikowego:

- syntetaza karbamoilofosforanowa

- karbamoilotransferaza ornitynowa

- synteza cytruliny

- w rdzeniu nerki:

- aktywność syntetazy i liazy argininobursztynianowa

Narządowa lokalizacja przemian metabolicznych argininy i ornityny:

a) Jelita:

- synteza ornityny:

- glutamina napływająca z krwią rozkłada się do kwasu glutaminowego i amoniaku

- kwas glutaminowy przekształcany do gamma-semialdehydu glutaminowego

- gamma-semialdehyd glutaminowy przekształcany w ornitynę

- ornityna reaguje z karbamoilofosforanem powstającym z CO₂ i amoniaku uwolnionego z glutaminy - powstaje cytrulina

- cytrulina zostaje uwolniona do krążenia

b) Nerki:

- kwas asparaginowy reaguje z cytruliną - powstaje argininobursztynian - syntetaza argininobursztynianowa

- argininobursztynian pod wpływem liazy argininobursztynianowej przekształcany w argininę z uwolnieniem fumaranu

- arginina uwalniana do krążenia i w tkankach zużywana do syntezy białek (histony) i kreatyny (w nerce arginina reaguje z glicyną)

c) Mózg:

- cytrulina docierająca z krwią przekształcana w argininę dzięki obecności syntetazy i liazy argininobursztynianowej

- arginina w mózgu używana do syntezy tlenku azotu - syntaza NO

Względna aktywność	Wątroba	Jelito	Nerki
Karbamoilotransferaza ornitynowa	Wysoka	Wysoka	Niska
Syntetaza argininobursztynianowa	Niska	Wysoka	Wysoka
Arginaza	Wysoka	Niska	Niska

Przemiany argininy:

- Dekarboksylacja argininy - powstaje agmatyna - wpływa ona na podziały mitotyczne

- Transamidynacja - przeniesienie reszty guanidynowej glcynę - amidynotransferaza arginino-glicynowa - powstaje guanidynooctan (glikocyjamina) - w syntezie kreatyny

- katabolizm - powstaje alfa-ketoglutaran

Defekty w przemianie argininy i ornityny:

a) zakrętowy zanik siatkówki

- defekt δ-transaminazy ornitynowej

- występuje postępujące zwyrodnienie siatkówkowo-naczyniowe z widzeniem tunelowym, aż do całkowitej ślepoty

- podwyższone stężenie ornityny w osoczu - dziennie wydalane 1-10 mmoli ornityny

- leczenie: ograniczenie argininy w diecie

b) zespół hiperornitynemii-hiperamonemii:

- prawdopodobnie związany z defektem transportu ornityny do mitochondriów

- podwyższone stężenie amoniaku i ornityny we krwi

- zaburzona synteza mocznika

Synteza tlenku azotu:

- odbywa się przede wszystkim w komórkach śródbłonka

- enzym: syntaza tlenku azotu

- aktywność enzymu stymulowana przez jony Ca²⁺ związane z kalmoduliną

- synteza pobudzana przez m.in. acetylocholinę

- w reakcji uczestniczy arginina, O₂ i NADPH + H⁺, FAD, tetrahydrobiopteryna

Reakcja dwuetapowa:

1. hydroksylacja atomu azotu w grupie guanidynowej argininy - powstaje N-hydroksyarginina (NOHA)

2. hydroksyarginina przekształca się w cytrulinę i tlenek azotu

Funkcje tlenku azotu:

Działanie poprzez cyklazę guanylową: pod wpływem NO zmienia się konformacja centrum aktywnego enzymu - enzym przekształca GTP w cGMP, który odpowiada za efekt biologiczny tlenku azotu.

- obniżanie ciśnienia krwi

- wazorelaksacja - EDRF - endothelium derived relaxing factor

- hamowanie agregacji płytek krwi

- pobudzanie fibrynolizy

- przekazywanie sygnałów drogą autokrynową i parakrynową

Syntaza tlenku azotu - 3 najważniejsze izoenzymy (pozostałe izoformy powstają w wyniku posttranslacyjnej modyfikacji tych 3 typów podstawowych):

- typ I - syntaza neuronalna (nNOS, bNOS, cNOS) - konstytutywna ekspresja, stałe wytwarzanie NO w neuronach

- typ II - syntaza indukowalna (iNOC, macNOS) - enzym w warunkach normalnych nieobecny w makrofagach, może zostać indukowany przez niektóre cytokiny lub lipopolisacharydy bakteryjna

- typ III - syntaza endotelialna (eNOS, cNOS) - konstytutywna syntaza występująca w komórkach śródbłonka

Mechanizm aktywacji syntazy typu III:

- w stanie nieaktywowanym związana z błoną komórkową dzięki palmitynylacji; połączona z błonowym białkiem - kaweoliną

- pobudzenie komórki aktywuje kaskadę fosfatydyloinozytolu, wzrast wewnątrzkomórkowe stężenie jonów wapnia

- kompleks kalmodulina-Ca²⁺ wraz z tetrahydrobiopteryną oddziałują z syntazą, w wyniku czego syntaza odłącza się od kaweoliny, reszta kwasu palmitynowego odłącza się jako aktywny palmitoilo-CoA

- syntaza przemieszcza się do cytozolu i rozpoczyna syntezę NO z argininy

Inaktywacja syntazy typu III:

- fosforylacja przez kinazę A inaktywuje enzym

- syntaza po defosforylacji i przyłączeniu rezty palmitoilowej ponownie deponowana w błonie

Kreatyna:

a) w powstawaniu biorą udział 3 aminokwasy:

- arginina

- glicyna

- metionina

b) biosynteza:

Nerka:

- transamidynaza (amidynotransferaza) glicynowa przekazuje grupę amidynową z argininy na glicynę - powstaje guanidynooctan (glikocyjamina) i ornityna

Wątroba:

- metylotransferaza guanidynooctanowa: guanidynooctan metylowany przy udziale S-adenozylometioniny - powstaje kreatyna

Mięśnie:

- kreatyna fosforylowana przez kinazę kreatynową do fosfokreatyny

c) rola:

- utrzymywanie odpowiedniego stężenia wysokoenergetycznych fosforanów i ATP w komórce, głównie podczas wysiłku fizycznego:

fosfokreatyna + ADP = kreatyna + ATP - enzym: kinaza kreatynowa - standartowa energia swobodna hydrolizy fosfokreatyny jest wyższa niż ta sama energia dla ATP

- fosfokreatyna jest w stanie znacznie dłużej magazynować energię niż ATP, dzięki temu pełni rolę magazynu fosforanu nieorganicznego

- umożliwia szybki transport wysokoenergetycznych fosforanów z mitochondrium do cytoplazmy komórki mięśniowej - mechanizm czółenka fosfokreatynowego: mitochondrialna kinaza kreatynowa (CK_m) fosforyluje kreatynę przy udziale powstałego w mitochondrium ATP; powstająca fosfokreatyna przenoszona jest do cytoplazmy, gdzie staje się źródłem bogatoenergetycznego fosforanu dla cytozolowego ADP

d) katabolizm:

- nieenzymatyczna dehydratacja fosfokreatyny powoduje powstanie kreatyniny

- kreatynina służy do oznaczania GFR

Ornityna:

- aminokwas niebiałkowy

- w wyniku transaminacji powstaje semialdehyd kwasu glutaminowego, który utleniany jest do kwasu glutaminowego

- w wyniku dekarboksylacji - dekarboksylaza ornitynowa - powstaje tetrametylneodiamina czyli putrescyna (1,4-diaminobutan)

- putrescyna, obok reszty diaminopropanowej pochodzącej z dekarboksylacji S-adenozylometioniny, uczestniczy w syntezie poliamin - sperminy i spermidyny;

(u Procaryota - spermidyna i putrescyna):

- dekarboksylowana S-adenozylometionina + putrescyna = spermidyna

- spermidyna + dekarboksylowana S-adenozylometionina = powstaje spermina

Metionina:

- aminokwas egzogenny

- bierze udział w reakcjach metylacji

- inicjuje biosyntezę białka

- odpowiada za metylację w dojrzewaniu hnRNA

- substrat w syntezie homoseryny i cysteiny

SAM - S-adenozylometionina:

- aktywna forma metioniny

- dawca grup metylowych dla:

- guanidynooctanu - w syntezie kreatyny:

SAM + guanidynooctan = S-adenozylohomocysteina + kreatyna

- etanoloaminy (kolaminy, przyłączane 3 grupy metylowe) - w syntezie choliny, której acetylacja prowadzi do powstania acetylocholiny

- noradrenaliny - jej metylacja prowadzi do powstania adrenaliny

- histydyny - jej metylacja prowadzi do powstania metylohistydyny, która z beta-alaniną daje anserynę

- tRNA - dojrzewanie tRNA

- glicyny - powstaje glicylobetaina: po dodaniu jednej reszty metylowej powstaje metyloglicyna; przyłączenie dwóch kolejnych grup metylowych prowadzi do powstania glicylobetainy (betainy glicyny - posiada 3 grupy metylowe)

- kwasu 3-hydroksy-4-aminomasłowego - synteza karnityny

Synteza SAM:

ATP + metionina = SAM + PPi + Pi (potrzebne jony magnezu)

- adenozylotransferaza metioninowa

Metabolizm SAM:

- kofaktor metylotransferaz: oddając grupę metylową SAM przekształca się w S-adenozylohomocysteinę

Transsulfuracja:

- syntaza cystationinowa (B6): S-adenozylohomocysteina + seryna = cystationina

- cystationina - metabolit pośredni, przez cystationazę (B6) rozkładana do homoseryny i cysteiny

- homoseryna pod wpływem gamma-liazy cystationinowej przekształcana w 2-oksomaślan (alfa-ketomaślan)

- 2-oksomaślan poddawany oksydacyjnej dekarboksylacji, następnie przyłączany jest CoA

- powstaje propionylo-CoA + CO₂ + NADH + H⁺

Pozostałe 2 ścieżki metabolizmu - remetylacja hcy oraz reakcja katalizowana przez desulfhydrazę homocysteinową - patrz niżej

Homocysteina (HCY):

- produkt metabolizmu metioniny

- uwalniana do osocza, krąży w postaci utlenionej jako homocystyna i dwusiarczek cysteina-HCY - w większości związana z białkami

- nie może zostać wbudowana w strukturę białek

- metabolizowana do cystyny lub metioniny

Przemiana homocysteiny:

a) jeśli potrzebna jest cysteina - transsulfuracja homocysteiny - powstaje cysteina:

- transsulfurację przeprowadza beta-syntaza cystationiny, jej koenzymem jest witamina B6

b) jeśli potrzebna jest metionina - remetylacja homocysteiny (donorem grup metylowych: metylo-THF):

- z powrotem powstaje metionina

- enzymy: syntaza metioniny i reduktaza metylenotetrahydrofolianu (MTHFR); koenzyami są witamina B12 i kwas foliowy

- 5,10-metylenotetrahydrofolian - redukowany przez MTHFR do 5-metylotetrahydrofolianu, który jest donorem grup metylowych dla remetylacji homocysteiny

- donorem grup metylowych może być też N-trimetyloglicyna (betaina)

- syntaza metioniny = metylotransferaza tetrahydrofolianowa

c) jeśli oba aminokwasy są obecne w jednakowych ilościach:

- desulfhydraza homocysteinowa (cystationaza) hydrolizuje homocysteinę do alfa-ketomaślanu, amoniaku i H₂S (który następnie utleniony zostaje do siarczanu)

d) przy upośledzonym metabolizmie gromadzi się homocysteina

Hiperhomocysteinemia:

- norma: poniżej 16 mmol/l (zależy od metody)

- umiarkowana: 16-30 mmol/l

- pośrednia: 30-100 mmol/l

- ciężka: powyżej 100 mmol/l

Przyczyny hiperhomocystynemii:

a) niedobory lub blak enzymów matabolizmu metioniny - dotyczą reduktazy metylenotetrahydrofolianu lub beta-syntazy cystationiny

- brak beta-syntazy cystationinowej - powoduje ciężką hiperhomocystynemię, występowanie: 1:200 000;

objawy:

- zmiany kośćca (nadmierne wydłużanie)

- osteoporoza

- miażdżycowe zmiany naczyniowe

- skłonność do zakrzepów i zatorów

- cysteina staje się aminokwasem egzogennym

- niedobór beta-syntazy cystationiny i umiarkowana hiperhomocysteinema: 1:200, homozygoty: 1:200 000

- termolabilna forma MTHFR:

- mutacja C677T: zamiast cytozyny - tymina

- miejsce reszty alaniny zajmuje walina

- enzym staje się termolabilny

- defekt występuje u 10-13% rasy kaukaskiej

- zdecydowanie mniejszy skutek kliniczny tego defektu

b) nabyte niedobory kwasu foliowego i witaminy B6, B12 - koenzymów przemiany homocysteiny:

- w wyniku niskiej podaży

- niskie stężeni witamin z grupy B odgrywa rolę w 2/3 przypadków hiperhomocystynemii

c) wtórna - w przebiegu chorób i nowotworów:

- przewlekła niewydolność nerek - upośledzenie wydalania i metabolizmu

- dializa - wymywanie kwasu foliowego

- łuszczyca, chemioterapia nowotworów

- niektóre nowotwory: sutka, jajnika, trzustki

- umiarkowana: w niedoczynności tarczycy

- ekspozycja na CS₂

d) hiperhomocystynemia wywołana lekami lub używkami:

- leki wpływające na przemianę kwasu foliowego: metotrekstat, fenytoina lub witaminy B6 - np. teofilina

- barbiturany (indukcja cytochromu P-450)

- nadmierne spożywanie alkoholu, kawy, palenie papierosów

- duże dawki estrogenów

- niedobory witaminy B₆, B₁₂ i kwasu foliowego

- w zespole Downa: nadekspresja syntetazy - niskie stężęnia homocysteiny i niska zachorowalność na choroby krążenia

c) homocystynurie - podział:

- częstość: 1 na 160 000 urodzeń

- wydalanie do 300 mg homocystyny z moczem w ciągu doby

- występująca w nadmiarze homocysteina kondensuje do homocystyny (2homocysteina = homocystyna)

1. homocystynuria typu I:

- defekt beta-syntazy cystationinowej

- objawy: zakrzepica, osteoporoza (zrzeszotnienie kości), zwichnięcie soczewek w oczach, opóźniony rozwój umysłowy

- postać wrażliwa i niewrażliwa na witaminę B6

- zalecana dieta z małą zawartością metioniny, a dużą - cysteiny

2. homocystynuria typu II:

- defekt reduktazy N,N-metylenotetrahydrofolianowej

3. homocystynuria typu III:

- mała aktywność transmetylazy N-metylotetrahydrofoliano-homocysteinowej (syntazy metioninowej)

- przyczyna: niezdolność do syntezy metylokobalaminy

4. homocystynuria typu IV:

- mała aktywność transmetylazy N-metylotetrahydrofoliano-homocysteinowej

- przyczyna: zaburzone wchłanianie kobalimy w jelitach

Hiperhomocystynemia - czynnik ryzyka chorób układu krążenia:

a) mechanizm aterogenny i trombogenny:

- autooksydacja homocysteiny: powstają wolne rodniki i nadtlenek wodoru

- utlenianie prowadzi do powstania tiolaktonu homocyteiny, który wchodzi w reakcję z LDL (apo B); agregaty LDL i tiolaktonu homocysteiny - wychwytywane przez makrofagi

- lipoproteiny z przyłączoną homocysteiną - tiolowane - immunogenne

- tiolowana apoB-100 ma niższe powinowactwo do receptora

- homocysteina ogranicza dostępność NO - hamowane efekty wazodilatacyjne

- nasila tworzenie nadtlenków lipidowych - hamują syntazę NO w śródbłonku

- wchodzi w interakcję ze składnikami hemostazy: nasila aktywność VII i V czynników krzepnięcia, obniża aktywność białka C

- zwiększa produkcję kolagenu przez SMC ściany naczyniowej

- wzrost ekspresji czynnika tkankowego, który aktywuje nie tylko hemostazę ale również procesy zapalne

b) patologiczne działanie przez śródbłonek:

- obniżenie syntezy prostacykliny i tlenku azotu

- wzrost ekspresji czynnika von Willebranda (adhezja płytek)

- nasilenie adhezji i agregacji płytek krwi

- wzrost degradacji elastyny

- pobudzenie proliferacji miocytów gładkich

- toksyczny wpływ na śródbłonek: zaczyna syntezować TXA₂ zamiast PGI₂

c) zaburzenia związane z tkanką łączną:

- upośledzenie powstawania wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami kolagenu (wiąże się z aldehydowymi grupami aminokwasów poddanych działaniu oksydazy lizylowej)

- dyslokacja soczewki oka

- osteoporoza

- koślawość i szpotawość kolan

- defekty klatki piersiowej

- uszkodzenie naczyń krwionośnych

d) wzrost stężenia homocysteiny o 5 umol powoduje wzrost ryzyka zgonu na zawał serca o 100% (podobnie jak wzrost stężenia cholesterolu LDL o 50 mg/dl)

- zgodnie z krzywą Kaplana-Meyera przy stężeniach homocysteiny poniżej 9 umol/L częstość zgonów spowodowanych incydentami wieńcowymi wynosi kilka %; przy stężeniach powyżej 20 umol/L wzrasta ona do 35%

Podawanie witamin: przede wszystkim kwasu foliowego, również B6 oraz B12 powoduje obniżenie stężeń homocysteiny, również przy defektach MTHFR.

- homocysteina oznaczana metodą HPLC - chromatografii wysokociśnieniowej

Leczenie:

- podawanie witaminy B6 i B12

- obniżenie podaży metioniny, zwiększenie podaży cysteiny

Badanie stężenia homocysteiny powinno być przeprowadzone:

- u pacjentów, którzy mimo prawidłowych wyników lipidowych mieli incydenty zakrzepowe

- w niewydolności nerek

- podczas chemioterapii nowotworów

Poliaminy:

Związki zawierające dwie lub więcej grupy aminowe

a) zgodnie z powyższą definicją należy do nich zaliczyć:

- sperminę

- spermidynę

- putrescynę (powstaje przez dekarboksylację ornityny)

- kadawerynę (powstaje przez dekarboksylację lizyny)

b) synteza:

- dekarboksylowana S-adenozylometionina (powstająca z SAM pod wpływem dekarboksylazy SAM) reguje z putrescyną - powstaje spermidyna i metylotioadenozyna (enzym: syntaza spermidynowa):

dekarboksylowana SAM + putrescyna = metylotioadenozyna + spermidyna

- spermidyna reaguje z kolejną cząsteczką dekarboksylowanej S-adenozylometioniny - powstaje spermina (enzym: syntaza sperminowa):

spermidyna + dekarboksylowana SAM = metylotioadenozyna + spermina

Źródła substratów do syntezy poliamin:

- metionina

- ornityna (=arginina)

Putrescyna może powstawać z argininy w dwóch szlakach:

1. arginina dekarboksylowana do agmatyny, która przez iminohydroksylazę agmatynową (AIH) przekształcana jest w karbamyloputrescynę, z której w ostatniej reakcji powstaje putrescyna

2. arginina przekształcana w ornitynę, której dekarboksylacja daje putrescynę

c) znaczenie poliamin:

- rola w regulacji wzrostu i proliferacji komórek - działają jako czynniki wzrostowe

- zahamowanie ich syntezy spowalnia lub nawet zatrzymuje wzrost komórki

- rola replikacji DNA, transkrypcji i translacji

- stabilizacja błon komórkowych i organelli

- stabilizacja kwasów nukleinowych (szczególnie u mikroorganizmów)

- regulacja kanałów jonowych (receptorów NMDA, kanałów potasowych Kir)

- inhibicja enzymów (spermidyna hamuje neuronalną syntazę NO)

- czynniki wzrostu w hodowlach komórek

- farmakologiczne dawki obniżają temperaturę ciała i ciśnienie

- spermidyna silnie stymuluje polimerazę RNA T7 (bakteriofaga T7)

- jako polikationy asocjują z kwasami nukleinowymi, mogą być wykorzystane do ich izolacji

d) stężenie w komórce jest precyzyjnie regulowane dzięki krótkim okresom półtrwania kluczowych enzymów:

- dekarboksylaza ornitynowa i dekarboksylaza SAM mają T1/2 wynoszący zaledwie 5-60 minut

- aktywność dekarboksylazy ornitynowej (T1/2 = ok. 10 min) wzrasta pod wpływem hormonu wzrostu, kortykosterydów, testosteronu i EGF

- dekarboksylaza SAM (T1/2 = 1-2 h) hamowana przez dekarboksylowaną SAM, aktywowana przez putrescynę

- syntaza spermidynowa i sperminowa są z kolei enzymami dość trwałymi

- nadekspresję genu dekarboksylazy ornitynowej stwierdzono w wielu nowotworach

e) katabolizm poliamin:

- oksydaza poliaminowa - obecna w peroksysomach wątroby

- spermina utleniana do spermidyny z uwolnieniem aldehydu beta-aminopropionowego

- następnie spermidyna utleniana do putrescyny również z uwolnieniem aldehydu beta-aminopropionowego

- putrescyna utleniana do NH₄⁺ i CO₂ lub w formie acetylowanej wydalana z moczem

Cysteina:

Cysteina:

- częściowo egzogenna

- w dużych ilościach występuje w keratynie - we włosach i paznokciach

- stabilizuje strukturę białka

- prekursor tauryny

- służy do syntezy CoA i glutationu

- syntezowana w reakcji homocysteiny z seryną

Cysteina - przemiany:

- dekarboksylacja - powstaje cysteamina

- odwodorowanie - powstaje cystyna

- utlenianie - powstaje kwas cysteinowy (cysteinosulfinian) którego dekarboksylacja prowadzi do powstania hipotauryny; hipotauryna jest utleniana do tauryny, która jest sprzęgana z kwasami źółciowymi (grupy karboksylowe kwasów wytwarzają wiązania amidowe z grupą aminową tauryny)

- deaminacja i desulfuracja - powstaje pirogronian

- cysteina + kwas P-pantotenowy = tioetanoloamid kwasu P-pantotenowego, który w reakcji z ATP daje koenzym A, z kolei w reakcji z odpowiednim polipeptydem daje ACP

- cysteina + glicyna + kwas glutaminowy = glutation

Katabolizm:

a) bezpośrednie utlenianie - prowadzi do powstania pirogronianu:

- powstaje sulfinian cysteiny

- katalizowane przez dioksygenazę cysteinową (Fe²⁺, NAD(P))

- cysteinylosulfinian transaminowany do beta-sulfinylo-pirogronianu

- desulfinaza: beta-sulfinylo-pirogronian rozkładany do pirogronianu i siarczynu

b) transaminacja:

- katalizowana przez aminotransferazę cysteinową, aminotransferazę glutaminianową lub asparaginianową

- powstaje 3-merkaptopirogronian, który jest redukowany przez dehydrogenazę mleczanową

- powstaje 3-merkaptomleczan; jego desulfuracja prowadzi do powstania pirogronianu i H₂S

- 3-merkaptomleczan obecny w moczu w postaci mieszanego dwusiarczku (w połączeniu z cysteiną)

- desulfuracji może również ulec sam merkaptopirogronian

c) desulfuracja (odłączenie H₂S):

- powstaje kwas aminoakrylowy

- kwas aminoakrylowy przekształca się w kwas iminopropionowy

- kwas iminopropionowy ulega dezaminacji - powstaje kwas pirogronowy

d) dekarboksylacja:

- powstaje cysteamina

Cystynuria - wzmożone wydalanie cystyny z moczem

e) dwa szlaki przemiany cysteiny w pirogronian:

1. dioksygenaza cysteinowa - powstaje cysteinylosulfinian

2. transaminacja - powstaje merkaptopirogronian

Reakcje syntezy:

a) koenzym A:

- cysteina + kwas fosfopantotenowy

- powstaje pantofenylocysteina

- pantofenylocysteina ulega dekarboksylacji, która prowadzi do powstania:

- tioetanoloamidu kwasu fosfopantotenowego, który służy do syntezy CoA (reakcja z ATP) oraz ACP

b) glutation:

- syntetaza gamma-glutamylocysteinowa

- syntetaza glutationowa

c) PAPS:

- cysteino(cysteinylo)sulfinian transaminowany do beta-sulfinylo-pirogronianu

- beta-sulfinylo-pirogronian rozkłada się do siarczynu i pirogronianu

- siarczyn utleniany do siarczanu przez oksydazę siarczynową

- siarczan częściowo wydalany, częściowo wchodzi w reakcję z dwoma cząsteczkami ATP: powstaje PAPS - 3-fosfoadenozyno-5-fosfosiarczan:

SO₄^2- + ATP = adenylosiarczan + PP

- adenylotransferaza siarczanowa

Adenylosiarczan + ATP = 3-fosfoadenozyno-5-fosfosiarczan + ADP

- kinaza adenylosiarczanowa

PAPS jest źródłem siarczanów dla glikozaminoglikanów, w inaktywacji hormonów sterydowych i ksenobiotyków.

d) selenocysteina:

- występuje w centrach aktywnych enzymów, m.in. w reduktazie tioredoksynowej, peroksydazie glutationowej i dejodynazie

- powstaje przed włączeniem do peptydu

- w jej kotranslacyjne włączanie do białka zaangażowany jest specjalny tRNA, który najpierw łączy się z seryną, której atom tlenu zostaje zastąpiony selenem

Zaburzenia metabolizmu aminokwasów siarkowych:

a) cystynuria (cystyno-lizynuria)

- do 30 razy więcej cystyny wydalane jest z moczem niż w warunkach prawidłowych

- defekt wchłaniania zwrotnego w kanalikach bliższych (również zwiększone wydalanie lizyny, argininy i ornityny)

- występowanie kamieni cystynowych

b) cystynoza - choroba spichrzania cystyny:

- związana z zaburzonym funkcjonowaniem lizosomów - zakłócony transport cystyny z wykorzystaniem nośnika

- kryształy cystyny odkładają się w tkankach (szczególnie: układ siateczkowo-śródbłonkowy)

- upośledzona czynność nerek - zgon w młodości spowodowany ich niewydolnością

c) homocystynurie:

- częstość: 1 na 160 000 urodzeń

- wydalanie do 300 mg homocystyny z moczem w ciągu doby

1. homocystynuria typu I:

- defekt beta-syntazy cystationinowej

- objawy: zakrzepica, osteoporoza (zrzeszotnienie kości), zwichnięcie soczewek w oczach, opóźniony rozwój umysłowy

- postać wrażliwa i niewrażliwa na witaminę B6

- zalecana dieta z małą zawartością metioniny, a dużą - cysteiny

2. homocystynuria typu II:

- defekt reduktazy N,N-metylenotetrahydrofolianowej

3. homocystynuria typu III:

- mała aktywność transmetylazy N-metylotetrahydrofoliano-homocysteinowej

- przyczyna: niezdolność do syntezy metylokobalaminy

4. homocystynuria typu IV:

- mała aktywność transmetylazy N-metylotetrahydrofoliano-homocysteinowej

- przyczyna: zaburzone wchłanianie kobalimy w jelitach

d) hipermetioninemia:

- defekt wątrobowej adenozylotransferazy metioninowej

e) cystationuria:

- defekt gamma-liazy cystationinowej (= defekt cystationazy)

- akumulacja cystationiny w tkankach, przechodzenie do krwi i moczu

- przebieg na ogół bezobjawowy

f) sulfituria (sulfocysteinuria)

- defekt oksydazy siarczynowej

g) disulfiduria 3-merkaptopirogroniano-cysteinowa:

- siarkotransferaza 3-merkaptopirogronianowa

h) syndrom niedostatecznej absorpcji metioniny z jelita

Treonina:

- jedyny egzogenny hydroksy-aminokwas

- glukoketogenna (przekształca się do propionylo-S-CoA lub pirogronianu albo rozpadać się do acetylo-CoA i glicyny)

Przemiany:

a) aldolaza treoninowa:

treonina = glicyna + aldehyd octowy

- glicyna trafia do cyklu aminoacetonowego albo odtwarzana jest z niej seryna

- aldehyd octowy jest ulteniany do octanu przez dehydrogenazę octanową; powstaje z niego acetylo-CoA

b) dekarboksylacja:

- powstaje hydroksypropyloamina

- utleniana do aminoacetonu - druga droga wejścia treoniny do cyklu aminoacetonowego

c) treonina nie ulega transaminacji

d) treonina jest głównym źródłem metyloglioksalu, który powstaje w cyklu aminoacetonowym

- ulenienie treoniny - powstaje kwas 2-amino-3-oksomasłowy (acetoaminooctowy)

- kwas 2-amino-3-oksomasłowy dekarboksylowany do aminoacetonu

- aminoaceton pod wpływem monoaminooksydazy przekształca się w metyloglioksal

- metyloglioksal utleniany do pirogronianu - oksydaza metyloglioksalowa

- pirogronian oksydacyjnie dekarboksylowany do acetylo-CoA, który z glicyną daje kwas acetoaminooctowy - syntaza acetoaminooctowa (produkt pośredni: kwas 2-amino-3-oksomasłowy)

e) główny szlak przekształcenia treoniny - jej utlenienie:

- utlenianie treoniny przez dehydrogenazę treoninową - powstaje alfa-amino-beta-ketomaślan

alfa-amino-beta-ketomaślan - punkt rozejścia się szlaków:

1. alfa-amino-beta-ketomaślan dekarboksylowany z utworzeniem aminoacetonu

2. tioliza alfa-amino-beta-ketomaślanu - powstaje acetlo-CoA i glicyna

f) dodatkowy (3) szlak:

- dehydratacja i deaminacja treoniny przez dehydratazę serynową - powstaje alfa ketomaślan

- alfa-ketomaślan poddawany oksydacyjnej dekarboksylacji - powstaje propionylo-S-CoA

Cykl aminoacetonowy:

Cykl przemian związanych głównie z metabolizmem treoniny.

Funkcja:

- dostarczenie metyloglioksalu - substancji regulującej podziały komórkowe

Treonina może wejść w cykl na 3 sposoby:

a) przez utlenienie - powstaje kwas 2-amino-3-oksomasłowy

- enzym: dehydrogenaza treoninowa

b) przez rozkład na glicynę i aldehyd octowy (aldolaza treoninowa)

- glicyna w reakcji z acetylo-CoA tworzy kwas 2-amino-3-oksomasłowy

- enzym: syntaza acetoaminooctowa

c) dekarboksylacja treoniny - powstaje hydroksypropyloamina

- hydroksypropyloamina utleniana do aminoacetonu

Etapy cyklu:

a) kwas 2-amino-3-okso-masłowy dekarboksylowany do aminoacetonu:

- enzym: dekarboksylaza acetoaminooctanowa

b) oksydacyjna deaminacja aminoacetonu:

- powstaje metyloglioksal

- enzym: monoaminooksydaza

c) utlenianie metyloglioksalu do pirogronianu:

- enzym: oksydaza metyloglioksalowa

d) kwas pirogronowy może przekształcić się w acetylo-CoA, który z glicyną daje kwas 2-amino-3-ketomasłowy - punkt startowy cyklu

Metyloglioksal:

a) inaczej: aldehyd pirogronowy, 2-oksopropanal

b) katabolizm:

- redukowany przez glutation do 1-hydroksyacetonu

- 1-hydroksyaceton izomeryzuje do laktaladehydu (aldehyd mlekowy)

- laktaldehyd jest utleniany do kwasu mlekowego

Fenyloalanina:

- egzogenna

Przemiany:

a) dekarboksylowana do fenyloetyloaminy (enzymy bakteryjne)

b) utlenianie pierścienia aromatycznego:

- fenyloalanina + O₂ + tetrahydrobiopteryna (kofaktor) + NADH + H⁺

tetrahydrobiopteryna: reduktorem jest THF przekształcający się w DHF

- hydroksylowana przez hydroksylazę fenyloalaninową (monooksygenaza)

- powstaje tyrozyna + chinoid dihydrobiopteryny

Tetrahydrobiopteryna:

- przenośnik elektronów

- powstaje przez redukcję dihydrobiopteryny przez NADPH - reduktaza dihydrofolianowa

- forma chinoidowa powstaje podczas hydroksylacji fenyloalaniny

- forma chinoidowa dihydrobiopteryny ponownie redukowana przez reduktazę dihydropterynową - powstaje tetrahydrobiopteryna

Fenyloketonuria:

- choroba Fohlinga, niedorozwój fenylopirogronowy

- 1:10 000 - powstać klasyczna; dziedziczona autosomalnie recesywnie

- niedobór 4-monooksygenazy (hydroksylazy fenyloalaninowej)

- początkowo: wzrost 10-20 razy stężenia fenyloalaniny we krwi

- od 4 miesiąca - inna droga przemiany fenyloalaniny:

- fenyloalanina transaminowana do kwasu fenylopirogronowego

- kwas fenylopirogronowy dekarboksyloweny i utleniany do kwasu fenylooctowego lub redukowany do kwasu fenylomlekowego

- kwas fenylomlekowy nadaje moczowi mysi zapach

- kwas fenylooctowy - jeśli jest wykrywany w moczu, oznacza, że nie jest przestrzegana dieta eliminacyjna (spożywanie pokarmów z fenyloalaniną)

Typy fenyloalaninemii:

I. fenyloketonuria - brak hydroksylazy fenyloalaninowej

II. uporczywa hiperfenyloalaninemia - niedobór hydroksylazy fenyloalaninowej

III. przejściowa hiperfenyloalaninemia - opóźnienie w dojrzewaniu 4-monooksygenazy

IV. niedobór lub brak reduktazy dihydrobiopteryny

V. anormalna funkcja dihydrobiopteryny - wada w syntezie dihydrobiopteryny

Typ: I + II + III = 97%

Typ IV i V = 3%

Typ I: częstość 1:10 000 w Polsce

Fenyloketonuria - patomechanizm:

a) zaburzenia neurologiczne - zahamowanie rozwoju umysłowego

w OUN:

- zaburzenia transportu aminokwasów

- zaburzenia utylizacji glukozy

- zaburzenia biosyntezy cholesterolu - tkanka mózgowa dzieci syntezuje cholesterol, dorosłych nie

Gromadząca się fenyloalanina w OUN powoduje:

- hamowanie syntezy mieliny, noradrenaliny, serotoniny

Hamowanie syntezy melaniny

- jasne włosy i karnacja

b) wtórne zaburzenia przemian tyrozyna:

- fenyloalanina hamuje syntezę dopaminy - w moczu wydalany kwas wanilinomigdałowy - w postaci klasycznej

c) mysi zapach moczu:

- spowodowany kwasem fenylooctowym

d) w postaci nieklasycznej:

- niedobór reduktazy dihydrobiopteryny - nie powstaje tetrahydrobiopteryna

Objawy fenyloketonurii:

a) neuropsychiczne:

- niedorozwój umysłowy (IQ poniżej 20)

- nadpobudliwość

- drgawki

b) objawy skórne:

- hipopigmentacja skóry

- wypryski

Test Guthrie'go:

- 48 (72) godzin od pierwszego posiłku białkowego

- krew pobierana z pięty noworodka i nanoszona na zaznaczone pola bibuły filtracyjnej

- wynik fałszywie ujemny przy podawaniu antybiotyków - będą one hamować wzrost Bacillus subtilis nawet, jeśli we krwi będą obecne duże stężenia fenyloalaniny

- wynik fałszywie dodatni, jeśli noworodek jest niedojrzały

- Bacillus subtilis - laseczka sienna, kolonie hodowane na agarze; inhibicja wzrostu przez beta-tioenyloalaninę, przełamanie inhibicji przez stężenie fenyloalaniny wyższe niż 4 mg%

- przy patologicznym wyniku - test powtarzany

- potwierdzenie diagnozy: GC/MS - chromatografia gazowa i spektrometria masowa (Warszawa); diagnostyka różnicowa hiperfenyloalaninemii i spektrofluorymetryczne oznaczanie fenyloalaniny i tyrozyny

Monitorowanie schorzenia: wykrywanie kwasu fenylopirogronowego w moczu (pozwala sprawdzić, czy stosowana jest właściwa dieta), ilościowe oznaczanie fenyloalaniny

Diagnostyka prentalna - analiza DNA

Inne zastosowania testu Guthrie'go (choroba - aminokwas):

- MSD - leucyna

- homocystynuria - metionina

- tyrozynemia - tyrozyna

- hiperlizynemia - lizyna

Tyrozyna:

- powstaje z fenyloalaniny

Przemiany:

a) transaminacja - aminotransferaza tyrozynowa:

- powstaje para-hydrokysfenylopirogronian

- upośledzenie prowadzi do tyrozynemii

b) para-hydroksyfenylopirogronian utleniany:

- dioksygenaza para-hydroksyfenylopirogronianowa (potrzebna witamina C i Cu²⁺)

- 2 atomy tlenu wprowadzone do cząsteczki

- równocześnie dekarboksylacja

- powstaje homogentyzynian

- defekt prowadzi do tyrozynurii

c) rozerwanie pierścienia homogentyzynianu:

- przy udziale tlenu

- dioksygenaza homogentyzynianowa (zwana oksydazą)

- defekt prowadzi do alkaptonurii

- powstaje 4-maleiloacetooctan

- zachodzi w wątrobie

d) izomeryzacja 4-maleiloacetooctanu:

- izomeraza maleiloacetooctanowa

- powstaje 4-fumaryloacetooctan

e) hydroliza 4-fumaryloacetooctanu:

- hydrolaza fumaryloacetooctowa

- powstają: fumaran + acetooctan - dlatego aminokwas glukoketogenny

Tyrozyna jest aminokwasem częściowo egzogennym.

Tyrozynemia typu I (tyrozynoza):

- niedobór hydrolazy fumaryloacetooctanowej

- wzrost stężenia tyrozyny (0,33-0,67 mmol/l - 6-12 mg/dl) i jej metabolitów poprzedzających upośledzoną reakcję; występuje również wzrost stężenia metioniny

- wspomniane metabolity hamują aktywność enzymów wątrobowych i pozawątrobowych

- ponad 100-krotny wzrost wydalani tyrozyny i jej metabolitów

- część para-hydroksyfenylopirogronianu przechodzi w para-hydroksyfenylomleczan

- objawy:

- marskość wątroby

- krzywica

- zaburzenia wzrostu

- powiększenie śledziony

- zaburzenia trawienne i objawy uszkodzenia nerek

- ostra tyrozynoza u niemowląt:

- biegunka i wymioty

- zapach kapuściany

- upośledzenie rozwoju i wzrostu

- zgon w ciągu 6-8 miesięcy - z powodu niewydolności wątroby

- przewlekła tyrozynemia:

- podobne objawy, lecz łagodniejszy przebieg

- zgon w wieku ok. 10 lat

Tyrozynemia typu II (zespół Richnera-Hanharta):

- brak lub niedobór cytosolowej aminotransferazy tyrozynowej

- postać oczno-skórna

- akumulacja tyrozyny i uruchomienie alternatywnych szlaków jej przemian: N-acetylacji, dekarboksylacji

- w moczu zwiększone ilości produktów tych alternatywnych szlaków: tyraminy i n-acetylotyrozyny

- funkcja cytozolowej aminotransferazy tyrozynowej przejmuje enzym mitochondrialny lub oksydaza aminokwasowa - dzięki temu powstają pewne ilości para-hydroksyfenylopirogronianu

- podwyższone stężenie tyrozyny w osoczu (0,22-0,27 mmol/l = 4-5 mg/dl); występują tu również: p-hydroksyfenylopirogronian, p-hydroksyfenylomleczan, p-hydroksyfenylooctan, N-acetylotyrozyna, tyramina

- objawy:

- uszkodzenie skóry i oczu

- opóźnienie rozwoju umysłowego

Tyrozynemia noworodków:

- względny niedobór dioksygenazy p-hydroksyfenylopirogronianowej

- w osoczu w zwiększonej ilości występuje tyrozyna i fenyloalanina; w moczu - tyrozyna, p-hydroksyfenylooctan, N-acetylotyrozyna i tyramina

- leczenie - dieta uboga w białko

Tyrozyna jest prekursorem:

- tyraminy

- dopaminy

- noradrenaliny

- adrenaliny

- trójjodotyroniny

- tyroksyny

Metabolizm tyrozyny:

a) dekarboksylacja prowadzi do powstania tyraminy

Biosynteza katecholamin:

a) hydroksylacja (utlenianie) tyrozyny

- powstaje DOPA - 3,4-dwuhydroksyfenyloalanina

- 3-monooksygenaza tyrozynowa - inaczej: hydroksylaza tyrozynowa

- potrzebna tetrahydrobiopteryna

- zachodzi w mitochondriach

b) DOPA dekarboksylowana

- powstaje dopamina (3,4-dwuhydroksyfenyloetyloamina)

- dekarboksylaza DOPA (koenzym - PLP)

- w cytoplazmie

c) dopamina hydroksylowana (utleniana)

- powstaje noradrenalina

- enzym: beta-hydroksylaza dopaminowa (potrzebne tlen, miedź i askorbinian)

- reakcja zachodzi w pęcherzykach ziarnistych

d) noradrenalina metylowana przy udziale SAM do adrenaliny:

- enzym: transferaza n-metylofenyloetanoloaminowa

- powstaje adrenalina

- kofaktor: S-adenozylometionina

Alkaptonuria:

- 2-5 przypadków na milion urodzeń

a) defekt dioksygenazy (oksydazy) homogentyzynianowej

- homogentyzynian nie jest przekształcany w maleiloacetooctan

- w chorobie następuje gromadzenie homogentyzynianu - alkaptonu

b) patogeneza:

- łagodny przebieg, dopiero w średnim wieku - początki objawów kostno-stawowych

- gromadzenie homogentyzynianu w tkankach bradytroficznych

- wiązanie się homogentyzynianu z kolagenem w chrząstce

- odkładanie się alkaptonu w krążkach międzykręgowych

- zapalenie stawów

- hiperpigmentacja chrząstki - ochronoza

- odkładanie alkaptonu w twardówkach - powoduje ich rdzawobrązowe zabarwienie

c) objawy:

- zesztywnienie kręgosłupa - objawy zbliżone do choroby Bechterewa

- wydalanie homogentyzynianu z moczem - jego ciemna barwa; homogentyzynian jest bezbarwnym hydrochinonem, który w obecności oksydazy polifenylowej utlenia się do ketonu - octanu benzochinonu - octan benzochinonu polimeryzuje i zespala się z makrocząsteczkami tkanki łącznej nadając jej ciemne zabarwienie

- niewielki wpływ na metabolizm: niemożlność wytwarzania produktów katabolizmu fenyloalaniny i tyrozyny = straty energetyczne

- brak syntezy glukozy z aminokwasów aromatycznych

- w późniejszym okresie rozwija się artretyzm

Synteza melaniny:

- melaniny - niejednorodna grupa wielkocząsteczkowych polimerów

- melaniny są trudno rozpuszczalne, tworzą ziarniste struktury barwy czarnej

- występowanie melanin: skóra, włosy, ciałko rzęskowe, siatkówka, istota czarna mózgu, splot naczyniówkowy

- synteza w melanosomach w melanocytach (również w niektórych neuronach)

Etapy syntezy:

- oksydaza o-dwufenolowa (tyrozynaza = 3-monooksygenaza tyrozynowa; enzym inny niż hydroksylaza w szlaku syntezy katecholamin) - z tyrozyny powstaje DOPA

- oksydaza katecholowa - z DOPA powstaje DOPA-chinon

Szlak obejmujący substraty wykorzystywane w syntezie eumelaniny:

- DOPA-chinon przekształca się w leukodopachrom, który przekształcany jest w DOPA-chrom

- DOPA-chrom przez 5,6-dihydroksyindol przekształca się w indolo-5,6-chinon

- indolochinon polimeryzuje z wytworzeniem eumelaniny

Szlak prowadzący do powstania feomelanin:

- część DOPA-chinonu wbudowuje resztę cysteinylową, której źródłem jest glutation

- powstaje 5-S-cysteinylo-DOPA

- 5-S-cysteinylo-DOPA przechodzi w 5-S-cysteinylodopachinon, który przez chinoleiminę przechodzi w prekursor feomelanin

Połączenie substratów obu szlaków prowadzi do powstania melanin mieszanych.

Albinizm:

- brak tyrozynazy w melanocytach (w innych tkankach aktywność prawidłowa)

- prawidłowa synteza amin katecholowych - enzym wytwarzający DOPA na potrzeby syntezy katecholamin jest inny niż w przypadku syntezy melaniny

- upośledzona pigmentacja

- występuje 10 postaci albinizmu oczno-skórnego

- tyrozynazo ujemni - występuje całkowity brak widocznego barwnika

- tyrozynazo dodatni - osobniki posiadają nieco barwnika

- bielactwo oczu - zabarwienie włosów i skóry normalne, może być sprzężone z chromosomem X: u żeńskich heterozygot zabarwienie mozaikowe

- u wszystkich albinosów pole widzenia jest prawidłowe, jednak nie potrafią oni widzieć stereoskopowo; wykazują światłowstręt

- katecholaminy są inhibitorami hydroksylazy tyrozyny

Tryptofan:

- aminokwas egzogenny

- transaminacja aminokwasu jest metaboliczną ślepą uliczką - powstający alfa-ketokwas musi ulec ponownemu utlenieniu

- glukoketogenny

a) główny szlak degradacji: rozerwanie pierścienia

- enzym: oksygenaza tryptofanowa

- tryptofan ostatecznie przekształca się w alaninę,

b) tryptofan jest wykorzystywany do syntezy:

- kwasu nikotynowego (witamina PP)

- hormonów: tryptaminy, serotoniny, melatoniny

- auksyn u roślin

c) przekształcanie tryptofanu:

- transaminacja prowadzi do powstania kwasu indolopropionowego

- dekarboksylacja kwasu indolopropionowego daje etyloindol

- etyloindol ulega demetylacji - powstaje skatol

- demetylacja skatolu prowadzi do powstania indolu

- indol wydalany z kałem lub utleniany w jelicie grubym przez oksydazę indolową do indoksylu

- indoksyl w wątrobie siarczanowany przez PAPS - powstaje kwas indoksylosiarkowy

- w jelicie pod wpływem bakterii powstaje skatol i indol - mają wpływ toksyczny i mogą prowadzić do zaparć

d) szlak kinureninowo-antranilowy - katabolizm tryptofanu:

- pod wpływem 2,3-dioksygenazy (oksydazy tryptofanowej) przekształcany w N-formylokinureninę (rozszczepienie pierścienia indolowego z wbudowaniem dwóch atomów tlenu)

- formylokinurenina przy udziale wody rozkłada się do mrówczanu (powstaje z niego formylo-THF) oraz kinureniny - formamidaza

- kinurenina przekształca się w kwas kinurenowy

- kinurenina transaminowana do 2-amino-3-hydroksy-benzoilopirogronianu

- utrata cząsteczki wody i zamknięcie pierścienia: powstaje kwas kinurenowy

albo:

- pod wpływem monooksygenazy kinurenina przekształcona zostaje do 3-hydroksykinureniny przez 3-monooksygenazę kinureninową

- 3-hydroksykinurenina pod wpływem kinureninazy (zależnej od witaminy B6) przekształcana w kwas 3-hydroksyantranilowy i alaninę

- rozerwanie pierścienia kwasu 3-hydroksyantranilowego (utrata CO₂) - powstaje kwas alfa-amino-beta-karboksymukonowy (2-akroleilo-3-aminofumaran) - enzym: 3,4-dioksygenaza 3-hydroksyantranilowa

- od kwasu alfa-amino-beta-karboksymukonowego (2-akroleilo-3-aminofumarowego) odłącza się CO₂ - powstaje kwas pikolinowy (ligand wiążący cynk)

- kwas pikolinowy przekształca się w kwas 2-aminomukonowy

- kwas 2-aminomukonowy utleniany do kwasu 2-oksoadypinowego

- kwas 2-oksoadypinowy dekarboksylowany do glutarylo-CoA

e) 2,3-dioksygenaza tryptofanowa:

- metaloproteina żelazoporfirynowa

- indukowana w wątrobie przez kortykosterydy i tryptofan

- duża część enzymu występuje w postaci utajonej, wymagającej aktywacji

- tryptofan stabilizuje enzym zapobiegając jego proteolizie

- pochodne kwasu nikotynowego hamują enzym

f) ksanturenian:

- przy niedoborze witaminy B6 występuje upośledzenie przemiany katalizowanej przez kinureninazę (zależną od tej witaminy)

- pochodne kinureninowe przedostają się do różnych tkanek, w których przekształcane są do ksanturenianu

g) choroba Hartnupów (Hartnupa):

- dziedziczona jako cecha autosomalna recesywna

- defekt w transporcie obojętnych aminokwasów, w tym tryptofanu: w jelicie i nerkach

- objawy:

- acyduria złożona z obojętnych aminokwasów

- zwiększone wydalanie pochodnych indolu, powstających w trakcie degradacji niewchłoniętego tryptofanu przez bakterie jelitowe

- występują objawy przypominające pelagrę

Kwas pikolinowy:

a) ligand wiążący cynk

- niedobór prowadzi do zaburzonego wchłaniania cynku

b) szlak syntezy kwasu pikolinowego:

- egzokrynna część trzustki - wydzielany do przewodu pokarmowego

- przy niewydolności trzustki spada synteza kwasu pikolinowego

- u dzieci do 4 miesiąca synteza jest niska

- syntezowany również w gruczole mlekowym; 15 razy mniej w mleku krowim niż w mleku kobiecym

- do syntezy potrzebna witamina B6

c) objawy niedoboru:

- Acrodermatitis enteropathica

- występują:

- biegunka

- zmiany skórne w dystalnych częściach kończyn (dłonie i stopy)

- łysienie

- zaburzenia rozwoju fizycznego

- takie same objawy powoduje niedobór tryptofanu, witaminy B6 i kwasu pikolinowego

Synteza NAD:

- u szczurów, królików, psów i świń nie jest konieczne dostarczanie witaminy PP

a) główny szlak przemiany tryptofanu w wątrobie - synteza kwasu nikotynowego

b) etapy:

- oksygenaza tryptofanowa utlenia aminokwas do N-formylokinureniny

- N-formylokinurenina pod wpływem formamidazy przekształca się w kinureninę (odłączenie grupy formylowej)

- kinurenina pod wpływem 3-hydroksylazy kinureninowej przekształcana w 3-hydroksykinureninę (potrzebny tlen i NADPH)

- 3-hydroksykinurenina pod wpływem kinureninazy przekształcana w alaninę i 3-hydroksyantranilan

- 3-hydroksyantranilan pod wpływem oksydazy 3-hydroksyantranilanowej przekształca się w semialdehyd kwasu 2-amino-3-karboksymukonowego

- kwas alfa-amino-beta-karboksymukonowy ulega samoistnej cyklizacji przekształcając się w kwas chinolinowy (dikarboksylowy)

- kwas chinolinowy reaguje z PRPP - równocześnie ulega dekarboksylacji, która prowadzi do utworzenia kwasu nikotynowego

c) w warunkach diety normalnobiałkowej 1/60 tryptofanu może być przekształcona w niacynę (pokryte zostaje zapotrzebowanie)

- pelagra występuje u ludzi odżywiających się małą ilością białka lub białkiem niepełnowartościowym

- przetworzona kukurydza ma bardzo mało tryptofanu

Hydroksylacja tryptofanu:

- powstaje 5-hydroksytryptofan

- hydroksylaza ma duże powinowactwo do tryptofanu

- duże nasilenie w mózgu i szyszynce

- 5-hydroksytryptofan dekarboksylowany do serotoniny

Serotonina:

a) synteza:

- wytwarzana przez komórki APUD występujące w przewodzie pokarmowym, głównie w jelicie cienkim, w drzewie oskrzelowym, wytwarzana w szyszynce, OUN, obecna w płytkach krwi

- powstaje przez dekarboksylację 5-hydroksytryptofanu

b) rola:

- przekaźnik w OUN

- zwęża naczynia krwionośne, stymuluje skurcz mięśni gładkich

- zwiększone wytwarzanie w rakowiaku - zamiast 1% aż 60% tryptofanu przekształcane jest w serotoninę - brak tryptofanu do syntezy niacyny

- rola w hemostazie

c) katabolizm

- nieodwracalnie degradowana

- przez oksydazę monoaminową (MAO) utleniana do aldehydu 5-hydroksyindolooctowego

- aldehyd 5-hydroksyindolooctowy ulteniany do kwasu 5-hydroksyindolooctowego

d) wytwarzana w zwiększonej ilości w rakowiaku:

- w moczu występują następujące metabolity serotoniny: glukuronid N-acetyloserotoniny, 5-hydroksyindoloaceturan

Melatonina:

- inaczej: N-acetylo-5-metoksytryptamina

a) synteza:

- tryptofan hydroksylowany do 5-hydroksytryptofanu, który jest dekarboksylowany do serotoniny

- serotonina acetylowana przez N-acetylotransferazę serotoninową do N-acetyloserotoniny

- metylacja N-acetyloserotoniny przy udziale transferazy hydroksyindolo-O-metylowej - powstaje melatonina

b) działanie:

- antygonadotropowe

- antymelanotropowe

- antykortykotropowe

- antytyreotropowe

- działa jako zmiatacz wolnych rodników

c) charakterystyka i rola:

- wydzielana w ciemności (szczyt wydzielania ok. 2 w nocy)

- hamuje dojrzewanie płciowe

- ogrywa rolę w regulacji snu i czuwania

d) katabolizm:

- hydroksylowana do 6-hydroksymelatoniny, która jest następnie siarczanowana lub sprzęgana z glukuronianem

Histydyna:

- aminokwas częściowo egzogenny

- wykorzystywana głównie do syntezy białek

- Przemiany:

- katabolizm do kwasu glutaminowego

- przekształcenie w sulfohistydynę, która jest metylowana do ergotioneiny

- dekarboksylacja z utworzeniem histaminy

- substrat do produkcji karnozyny - z beta-alaniną

- metylacja do metylohistydyny - substratu do produkcji anseryny - też z beta-alaniną

Katabolizm:

a) deaminacja:

- histydynaza (histydaza) - amoniako-liaza histydynowa

- powstaje urokanian

- niedobór prowadzi do histydynemii

b) urokanaza - hydrataza urokanianowa:

- do urokanianu przyłączona zostaje cząsteczka wody

- powstaje 4-imidazolono-5-propionian

c) 4-imidazolono-5-propionian poddawany hydrolizie:

- enzym: imidazolono-propionaza

- powstaje N-formiminoglutaminian (FIGLU)

d) formiminotransferaza:

- z N-formiminoglutaminianu powstaje kwas glutaminowy

- grupa formiminowa FIGLU przenoszna na THF - powstaje formimino-THF - niedobór kwasu foliowego powoduje zwiększenie stężeń FIGLU

e) kwas glutaminowy przekształcany w alfa-ketoglutaran - histydyna aminokwasem glukogennym

Histydynemia:

- brak amoniako-liazy histydynowej - histydynazy (histydazy)

- dziedziczona jako cecha autosomalna recesywna

- częstość występowania: 1:11 500

- zahamowanie wzrostu

- opóźnienie rozwoju umysłowego, wady wymowy

- schorzenie może czasami przebiegać bezobjawowo

- w schorzeniu uruchomiony alternatywny szlak przekształceń histydyny:

- histydyna transaminowana do imidazolopirogronianu,

- imidazolopirogronian dekarboksylowany z utworzeniem imidazolooctanu

- w moczu dużo imidazolopirogronianu i imidazolooctanu

Acyduria urokanianowa:

- dziedziczona autosomalnie recesywnie

- defekt urokanazy

- zwiększone wydalanie kwasu urokanowego z moczem

- łagodny przebieg

Kwas glutaminowy:

a) źródła:

- pokarm i transaminacja alfa-ketoglutaranu

- pośrednio: z histydyny, argininy, proliny

b) aminacja prowadzi do powstania glutaminy

c) w wyniku dekarboksylacji powstaje GABA

- enzym: dekarboksylaza glutaminianowa

- może powstawać również z putrescyny w wyniku jej deaminacji lub przez N-acetylowane produkty pośrednie

- transaminacja GABA prowadzi do wytworzenia semialdehydu kwasu bursztynowego, który może być utleniony do bursztynianu lub zredukowany do gamma-hydroksymaślanu

d) udział w cyklu gamma-glutamylowym

e) syntezowany w procesie redukcyjnej aminacji alfa-ketoglutaranu, do którego prowadzi metabolizm:

- histydyny

- proliny

- ornityny (argininy)

f) przemiany:

- oksydacyjna dezaminacja do alfa-ketoglutaranu

- przechodzi w alfa-ketoglutaran w wyniku transaminacji

- aminacja prowadzi do powstania glutaminy

- dekarboksylacja - powstaje GABA

- acetylacja - powstaje metabolit regulujący cykl mocznikowy

- substrat do syntezy glutationu

Glutamina:

- rezerwa azotu aminowego do syntez nukleotydów purynowych i pirymidynowych oraz aminosacharydów

- powstaje przy udziale syntetazy glutaminowej - w reakcji hydrolizowany jest ATP

- źródłem azotu w reakcji syntezy - jon amonowy

Cykl gamma-glutamylowy:

- forma transportu aminokwasów do komórki

- funkcjonuje szczególnie w jelicie i kanalikach nerkowych

- transportuje wszystkie aminokwasy z wyjątkiem proliny

- transport jednego aminokwasu do komórki wymaga hydrolizy 3 cząsteczek ATP

- enzym przenoszący - gamma-glutamylotranspeptydaza

Mechanizm:

- aminokwas pochodzący z przestrzeni pozakomórkowej reaguje z glutationem

- powstają 2 dipeptydy: gamma-glutamyloaminokwas oraz cysteinyloglicyna

- dipeptydy uwalniane do cytozolu

- gamma-glutamyloaminokwas hydrolizowany przez gamma-glutamylocyklotransferazę: uwalnia się internalizowany aminokwas oraz glutaminian w formie 5-oksoproliny (najpierw w formie kwasu piroglutaminowego)

- 5-oksoprolina pod wpływem 5-oksoprolinazy (potrzebny ATP) przekształcana w glutaminian

- cysteinyloglicyna hydrolizowana do cysteiny i glicyny

- odtwarzanie glutationu:

- glutaminian reaguje z cysteiną tworząc gamma-glutamylocysteinę - syntetaza gammaglutamylocysteiny (drugi ATP)

- gamma-glutamylocysteina przyłącza glicynę tworząc glutation - syntetaza glutationowa - trzeci ATP

Mikroalbuminuria:

- wydalenie 30-300 mg albumina z moczem w ciągu doby

- sama w sobie nie powoduje objawów; jest markerem ryzyka rozwoju poważniejszych stanów

- niewykrywana (jeśli występuje bez jawnego białkomoczu) w rutynowych badaniach moczu

- wykrywana radioimmunologicznie i immunochemicznie; albumina ilościowo oznaczana metodą immunonefelometryczną

- pomiar stężenia albumin wykonuje się 24-godzinnej zbiórce moczu albo w próbce z pojedynczej zbiórki (najlepiej porannej) przez pomiar stosunku stężenia albuminy do stężenia kreatyniny (ACR - albumin-creatinin ratio)

- test w pojedynczej zbiórce moczu: u mężczyzn stosunek albuminy:kreatynina (ACR) powinien być mniejszy niż 2,5 mg/mmol, u kobiet - niższy niż 3,5 mg/mmol (u obu płci niższy niż 30 mg/g)

- związana jest z początkami nefropatii występującej w cukrzycy: utrzymująca się przez kilka miesięcy mikroalbuminuria wskazuje na rozwój nefropatii cukrzycowej, która nieleczona może nawet doprowadzić do ustania funkcji nerek

- występuje również w nadciśnieniu: tu również jest markerem ryzyka rozwoju choroby wieńcowej i nefropatii

- jest markerem zaburzeń czynności śródbłonka

- niezależny czynnik ryzyka rozwoju CHD - choroby wieńcowej

- bardzo szybko narastajaca mikroalbuminuria wskazuje na ryzyko wystąpienia niewydolności oddechowej i wielonarządowej

- dokładny patomechanizm - nieznany; prawdopodobnie związana z postępującą dysfunkcją śródbłonka, która powoduje zwiększoną przepuszczalność przepony filtracyjnej kłębuszków dla białek

- w cukrzycy - poprawa wyników po obniżeniu ciśnienia krwi i glikemii oraz po zaprzestaniu palenia

- pozytywny wynik testu: w stanach zapalnych dróg moczowych, uogólnionych infekcjach, wysiłku fizycznym, przy wysokich stężeniach glukozy (brak kontroli glikemii), po intensywnym wysiłku fizycznym

- poprawa wyników po zastosowaniu inhibitorów ACE (captopril, enalapril) oraz receptota AT₁ (sartany - główny badany lek: irbesartan)

Białko Bence-Jonesa:

- paraproteina

- obecne w moczu lekkie łańcuchy immunoglobulin

- wytrąca się po podgrzaniu do temperatury 50-60 ⁰ C, rozpuszcza ponownie po osiągnięciu temperatury 90-100 ⁰ C

- nie wykrywane w zwykłych testach wskaźnikowych

- wykrywana w teście termoprecypitacyjnym, lepszym narzędziem diagnostycznym jest jednak elektroforeza moczu zagęszczonego oraz badanie immunochemiczne

- obecne w szpiczaku mnogim (głównie IgG), Macroglobulinemii Waldenstroma (IgM)

- łańcuchy lekkie: masa ok. 25 000 Da, łatwo się przesączają

Białko Tamma Horsfalla:

- THMP, uromodulina

- opisana w latach 50-tych jako inhibitor spowodowanej obecnością wirusa hemaglutynacji, przez Igora Tamma i Franka Lappina Horsfalla

- glikoproteina (mukoproteina) - 30% masy stanowią reszty cukrowe

- masa: 85-90 kDa

- 616 aminokwasów, 48 reszt cysteiny

- struktura: 3 domeny EGF zawierające sekwencje wiążące jony wapnia, oraz domena zbliżona do białek osłonki przejrzystej

- produkowane przez grubszą część wstępującego ramienia pętli Henlego

- białko zakotwiczone w błonie dzięki obecności glikolipidu: glikozylofosfatydyloinozytolu

- 50 - 200 mg dziennie wydzielane do moczu w warunkach fizjologicznych (zależnie od diety, aktywności fizycznej, rozcieńczenia moczu)

- silnie łączy się z komórkami Escherichia coli - z fimbriami typu I - zapobiega łączeniu się tych bakterii z uroplakinowymi receptorami nabłonka kanalików nerkowych (receptory uroplakinowe odgrywają główną rolę w infekcji dróg moczowych)

- przy niskim pH agreguje tworząc żel

- funkcja immunomodulacyjna (in vitro hamowanie proliferacji limfocytów T pobudzonych antygenem oraz hamowanie cytotoksyczności monocytów)

- obrona nabłonka nerkowego przed infekcjami

- rola w transporcie jonów i w procesie zagęszczania moczu

- wchodzi w skład macierzy wszystkich wałeczków - główny składnik wałeczków szklistych

- w szpiczaku mnogim w połączeniu z lekkimi łańuchami immunoglobulin tworzy wałeczki zatykające kanaliki nerkowe - jeden z patomechanizmów niewydolności nerek w szpiczaku mnogim

- zawiera duże ilości mannozy, do której mają powinowactwo bakterie

- zapobiega wytrącaniu się złogów szczawianu wapnia głównie w kanalikach zbiorczych (z drugiej strony, stwierdzono jego rolę w powstawaniu złogów; kwestia problematyczna)

- oznaczane immunoelektroforetycznie; białko uprzednio poddawane działaniu SDS: prążek na wysokości odpowiadającej masie 85-90 kDa

Kwas asparaginowy:

a) przemiany

- transaminacja prowadzi do powstania szczawiooctanu

- aminacja katalizowana przez syntazę asparaginową do powstania asparaginy

- dekarboksylacja węgla alfa prowadzi do powstania beta-alaniny (enzym: 1-dekarboksylaza)

- dekarboksylacja drugiej reszty COOH - powstaje alanina (enzym: 4-dekarboksylaza)

- reakcja z cytruliną daje kwas argininobursztynowy - cykl mocznikowy

- bierze udział w biosyntezie nukleotydów purynowych i pirymidynowych

Alanina:

a) powstaje w wyniku:

- transaminacji kwasu pirogronowego z kwasem glutaminowym, sparaginowym lub 4-aminomasłowym

- dekarboksylacji kwasu asparaginowego

- pośrednich przemian kwasu glutaminowego i asparaginowego

b) przemiany:

- transaminacja prowadzi do powstania kwasu pirogronowego

- transaminacja z kwasem hydroksypirogronowym prowadzi do powstania seryny i kwasu pirogronowego

- główny aminokwas glukogenny

c) alanina i cykl alaninowy:

- głównym źródłem są mięśnie - stanowi 30% wszystkich aminokwasów uwalnianych przez mięśnie; źródłem - transaminacja pirogronianu pochodzącego z glikolizy; źródłem grup aminowych - aminokwasy trafiające do mięśni

- alanina z mięśni trafia z krwią do wątroby; jest ona głównym aminokwasem glukogennym w wątrobie

- powstała w wątrobie glukoza przez krew przenoszona jest do mięśni, w których powstaje z niej pirogronian

- pirogronian w reakcji transaminacji przekształcany w alaninę

Beta-alanina:

a) powstawanie:

- w wyniku dekarboksylacji kwasu asparaginowego (enzym: 1-dekarboksylaza) - głównie mikroorganizmy

- katabolizm cytozyny, karnozyny i anseryny - główne źródło u ssaków

b) składnik koenzymu A

- kwas 2,4-dihydroksy-2,3-dimetylomasłowy + beta-alanina = kwas pantotenowy

c) składnik karnozyny i anseryny

- karnozyna występuje w ludzkich mięśniach szkieltowych

- anseryna występuje w mięśniach u gatunków o szybkim skurczu mięśnie: np. w kończynach królika, mięśniach piersiowych ptaków; anseryna pojawiająca się u ludzi pochodzi z pożywienia

- in vitro oba dipeptydy pobudzają aktywność ATPazy miozynowej

- oprócz tego chelatacja miedzi i pobudzanie pobierania związków miedzi

Synteza karnozyny:

- ATP + β-alanina = β-alanylo-AMP + PP

- β-alanylo-AMP + L-histydyna = karnozyna + AMP

- enzym: syntetaza karnozynowa, katalizuje dwuetapową reakcję: najpierw wytworzenie acyloadenylanu β-alaniny, następnie karnozyny

Hydroliza karnozyny:

- rozkładana do β-alaniny i L-histydyny przez karnozynazę (hydrolaza karnozynowa = dipeptydaza aminoacylohistydynowa)

Metylacja karnozyny z udziałem SAM (nie zachodzi u ludzi) prowadzi do wytworzenia anseryny.

Homokarnozyna:

- występuje w mózgu w stężeniach 100 razy wyższych niż karnozyna

Seryna:

- jej grupa hydroksylowa wchodzi w skład centrów aktywnych wielu enzymów, przede wszystkim hydrolaz (proteazy serynowe)

- fosforylacja reszt serynowych jest elementem regulacji białek

a) przemiany:

- dehydratacja i deaminacja prowadzi do powstania kwasu pirogronowego

- reakcja z homocysteiną prowadzi do powstania homoseryny i cysteiny

- odwodorowanie i odłączenie grupy formylowej prowadzi do powstania glicyny

- dekarboksylacja prowadzi do powstania etanoloaminy, która może być metylowana do choliny (trzykrotna metylacja)

- aktywowana przez CTP jako CDP-seryna bierze udział w syntezie fosfolipidów

- seryna + palmitoilo-CoA - synteza sfingozyny i ceramidu

- główna droga przemian seryny u człowieka:

- hydroksymetylotransferaza serynowa (współdziała z fosforanem pirydkosalu i Mn²⁺)

- seryna przechodzi w glicynę, przy tym odłączona zostaje grupa formylowa jako hydroksymetyleno-THF (aktywny aldehyd mrówkowy)

- reakcja odwracalna

- odłączenie cząsteczki H₂O od hydroksymetyleno-THF prowadzi do powstania metyleno-THF, który może zostać utleniony do metenylo-THF lub zredukowany do metylo-THF (dawca grupy metylowej w reakcji transmetylacji - przekazuje grupę -CH₃ na homocysteinę - metylotransferaza tetrahydrofolianowa = syntaza metioninowa)

b) uczestniczy w syntezie:

- sfingozyny

- homoseryny

- cysteiny

- puryn i pirymidyn - jej węgiel beta dostarcza grup metylowych tyminy oraz atomów węgla w pozycji 2 i 8 pierścieni purynowych

c) może powstawać z metabolitu glikolizy:

- 3-fosfoglicerynian zostaje utleniony do 3-fosfohydroksypirogronianu

- 3-fosfohydroksypirogronian podlega transaminacji przekształcając się w 3-fosfoserynę

- 3-fosfoseryna pod wpływem fosfatazy przekształca się w serynę

Źródła aktywnych fragmentów jednowęglowych:

a) główna droga przemian seryny u człowieka:

- hydroksymetylotransferaza serynowa (współdziała z fosforanem pirydkosalu i Mn²⁺)

- seryna przechodzi w glicynę, przy tym odłączona zostaje grupa formylowa jako hydroksymetyleno-THF (aktywny aldehyd mrówkowy)

- reakcja odwracalna

- odłączenie cząsteczki H₂O od hydroksymetyleno-THF prowadzi do powstania metyleno-THF, który może zostać utleniony do metenylo-THF lub zredukowany do metylo-THF (dawca grupy metylowej w reakcji transmetylacji - przekazuje grupę -CH₃ na homocysteinę - metylotransferaza tetrahydrofolianowa = syntaza metioninowa)

b) histydyna:

- formiminoglutaminian przekazuje grupę formiminową na THF - powstaje formimino-THF

- od formimino-THF odłącza się grupa iminowa - powstaje formylo (hydroksy-metyleno)-THF

c) tryptofan:

- dostarcza wolnego mrówczanu, który w reakcji z THF i ATP przekształca się w formylo-THF

Glicyna:

a) przemiany:

- transaminacja z ketoglutaranem prowadzi do powstania kwasu glioksalowego i kwasu glutaminowego

- sprzęgana z kwasem benzoesowym daje kwas hipurowy

- sprzęgana z kwasem fenylooctowym daje kwas fenaceturowy

- sprzęgana z kwasami żółciowymi - powstają sole kwasów żółciowych

- w reakcji z sukcynylo-CoA powstaje ALA - początek syntezy pierścienia porfirynowego

- składnik glutationu

- substrat w biosyntezie kreatyny: z argininą daje kwas guanidynooctowy

- metylacja prowadzi do powstania betainy

- substrat w syntezie puryn: źródło atomów 4, 5 i 7 w pierścieniu purynowym

Główny szlak przemian: mitochondrialny kompleks syntazy glicynowej:

glicyna + NAD⁺ = CO₂ + NH₄⁺ + NADH + H⁺

w reakcji tej powstaje też metyleno-THF

- kompleks wieloenzymatyczny funkcjonujący w mitochondriach wątroby

b) cykl bursztynianowo-glicynowy:

rola:

- w cyklu tym glicyna całkowicie przekształca się w CO₂ i NH₃

- pośredni metabolit - ALA - uczestniczy w syntezie porfiryn

etapy:

- glicyna + sukcynylo-CoA = alfa-amino-beta-ketoadypinian

- alfa-amino-beta-ketoadypinian dekarboksyluje do kwasu delta-aminolewulinowego (ALA)

- kwas delta-aminolewulinowy traci grupę aminową - powstaje semialdehyd kwasu alfa-ketoglutarowego

- semialdehyd kwasu alfa-ketoglutarowego przekształca się w alfa-ketoglutaran (utlenianie),

- alfa-ketoglutaran dekarboksylowany do bursztynianu (sukcynylo-CoA)

c) glicyna powstaje z:

- glikosalanu, który ulega transaminacji z alaniną lub glutaminianem

- treoniny, gdy ta odłączy aldehyd octowy - aldolaza treoninowa

- seryny, gdy ta odłączy grupę formylową - hydroksymetylotransferaza serynowa

d) glicynuria:

- wydalanie 0,6-1 g glicyny z moczem na dobę

- tendencja do tworzenia szczawianowych kamieni w drogach moczowych

- stężenie glicyny w osoczu w normie - defekt dotyczy zwrotnego wchłaniania glicyny w kanaliku bliższym

e) pierwotna hiperoksaluria:

- hiperoksaluria niezwiązana z przyjmowaniem dużych ilości szczawianów w pokarmie

- defekt katabolizmu glioksalanu - semialdehydu szczawionowego

- gromadzący się glioksalan jest utleniany do szczawianu

- występują: postępująca obustronna kamica szczawianowo-wapniowa, wapnica nerek, nawracające zakażenie dróg moczowych

- zgon w młodym wieku

Walina, leucyna, izoleucyna:

- katabolizm w wątrobie, nerkach, mięśniach, sercu i tkance tłuszczowej

a) przemiany:

- odwracalna transaminacja w cytozolu - aminotransferaza swoista dla Leu i Ile, osobny enzym dla Wal

Przemiany leucyny:

- transaminacja leucyny: powstaje alfa-ketoizokapronian - cytozol

- oksydacyjna dekarboksylacja (NAD) daje izowalerianylo-CoA (izowalerylo-CoA) - w mitochondriach

- izowalerianylo-CoA utleniany (FAD) do beta-metylokrotonoilo-CoA przez dehydrogenazę

- węgiel gamma beta-metylokrotonoilo-CoA karboksylowany - powstaje beta-metylo-glutakonylo-CoA (potrzebna biotyna!!)

- beta-metyloglutakonylo-CoA poddawany hydratacji (uwodnieniu) - powstaje beta-hydroksy-beta-metyloglutarylo-CoA

- beta-hydroksy-beta-metylo-glutarylow-CoA - rozkłada się do acetooctanu i acetylo-CoA -pod wpływem liazy beta-hydroksy-beta-metylo-glutarylo-CoA (mitochondria wątroby, serca, nerek)

- przemiana w mitochondrium, dlatego powstający w metabolizmie leucyny beta-hydroksy-beta-metyloglutarylo-CoA nie może być substratem do syntezy cholesterolu

Przemiana izoleucyny:

- transaminacja izoleucyny: powstaje alfa-keto-beta-metylowalerian

- alfa-keto-beta-metylowalerian oksydacyjnie dekarboksylowany do alfa-metylobutyrylo-CoA

- alfa-metylobutyrylo-CoA utleniany do tyglilo-CoA

- tyglilo-CoA uwodniony do alfa-metylo-beta-hydroksybutyrylo-CoA (hydrataza enoilo-CoA)

- alfa-metylo-beta-hydroksy-butyrylo-CoA utleniany (odwodorowany) do 2(alfa)-metyloacetylo-CoA

- 2-metyloacetylo-CoA rozszczepiany na propionylo-CoA i acetylo-CoA

Przemiana waliny:

- transaminacja waliny z alfa-ketoglutaranem: powstaje alfa-ketoizowalerian

- alfa-ketoizowalerian dekarboksylowany oksydacyjnie (NAD) do izobutyrylo-CoA

- izobutyrylo-CoA utleniany (FAD) do metyloakrylilo-CoA

- metyloakrylilo-CoA poddawany hydratacji - powstaje beta-hydroksyizobutyrylo-CoA (hydrataza enoilo-CoA)

- hydrolityczne odłączenie CoA od beta-hydroksyizobutyrylo-CoA - hydrolaza beta-hydroksyizobutyrylo-CoA - powstaje beta-hydroksyizolmaślan (deacylacja)

- beta-hydroksyizomaślan utleniany (NAD) do semialdehydu metylomalonowego

- semialdehyd metylomalonowy:

1. w wyniku transaminacji przekształcany w beta-aminoizomaślan, albo:

2. utlenianie semialdehydu i przyłączenie CoA-SH (oksydacyjna acylacja) - powstaje metylomalonylo-CoA

- metylomalonylo-CoA przekształcany w sukcynylo-CoA przez mutazę metylomalonylo-CoA (koenzym - adenozylokobalamina - witamina B12)

Enzymy przemian aminokwasów o rozgałęziony łańcuchu:

1. aminotransferazy mają największą aktywość w mózgu i mięśniu sercowym; nie występują w wątrobie, dlatego pierwszy etap przemian tych AA zachodzi poza wątrobą

2. dekarboksylaza alfa-ketokwasów o rozgałęzionym łańcuchu:

- ma największą aktywność w wątrobie;

- całość przemian zachodzi w mitochondrium

- wieloenzymatyczny kompleks związany luźno z wewnętrzną błoną mitochondrialną

- katalizuje oksydacyjną dekraboksylację w podobny sposób jak dehydrogenaza pirogronianowa

- podjednostki: dekarboksylaza alfa-ketokwasowa, transacylaza, dehydrogenaza dihydrolipoilowa

- inaktywacja przez fosforylację z udziałem ATP i kinazy białek

- reaktywacja przez niezależną od Ca²⁺ fosfatazę fosfoproteinową

- kinaza białek jest hamowana przez ADP, alfa-ketokwasy o rozgałęzionym łańcuchu, czynniki zmniejszające lipemię - klofibrat i dichlorooctan oraz tioestry koenzymu A

c) końcowe produkty przemian:

- leucyna - acetylo-CoA i acetooctan

- izoleucyna - propionylo-CoA i acetylo-CoA

- walina - metylomalonylo-CoA

I. Choroba „moczu o zapachu syropu klonowego”:

a) charakterystyka:

- częstość: 1:185 000

- dziedziczona autosomalnie, recesywnie

- występuje mocz o zapachu syropu klonowego lub przypalonego cukru

- 4 postacie - klasyczna, ciężka, kilka dni po urodzeniu

- występują zaburzenia neurologiczne, trudności w połykaniu, drgawki

- choroba uwidacznia się w 1 tygodniu po urodzeniu

- niemowle trudno się karmi, może być w letargu

- przy braku leczenia dzieci umierają pod koniec 1 roku życia

- we krwi znacznie podwyższone są stężenia leucyny, izoleucyny, waliny i ketoanalogów

- podwyższone jest również stężenie pirogronianu, ketoglutaranu i mleczanu

- zwiększone stężenie hydroksykwasów (odpowiedzialne za zapach) powstających przez redukcję ketoanalogów

- o rozpoznaniu decyduje badanie enzymatyczne: używa się krwinek białych (które metabolizują wszystkie 3 aminokwasy i ich analogi) lub fibroblastów skóry w hodowli

b) mechanizm:

- defekt dekarboksylazy alfa-ketokwasów, katalizującej przemianę ketokwasów o rozgałęzionym łańcuchu

Elementy prawdopodobnego patomechanizmu:

- w tkankach i w krwi gromadzi się kwas ketoizokapronowy będący inhibitorem dehydrogenazy pirogronianowej

- zahamowane zostają przemiany glukozy w mózgu

- leucyna działa hipoglikemizująco, ponieważ pobudza wydzielanie insuliny

- ketoanalogi leucyny i izoleucyny hamują aminotransferazę alaninową, co zwiększa stężenie alaniny we krwi

c) leczenie:

- dieta eliminująca leucynę, izoleucynę i walinę

- początek leczenia - pierwszy tydzień życia pozamacicznego

II. nawracająca ketonuria łańcuchów rozgałęzionych:

- nieznacznie upośledzony defekt metabolizmu aminokwasów o rozgałęzionym łańcuchu

- mniej groźna, strukturalna modyfikacja dekarboksylacja alfa-ketokwasów

- objawy są przejściowe i występują w późniejszych okresach życia

III. acydemia izowalerianowa:

- defekt dehydrogenazy izowalerianylo-CoA (izowalerylo-CoA)

- gromadzi się izowalerylo-CoA, następnie jest hydrolizowany do izowalerianu i CoA-SH

- izowalerian wydalany z moczem i potem - odpowiada za ich serową woń

- występują wymioty, kwasica oraz śpiączka

Propionylo-CoA:

a) powstaje z:

- izoleucyny, metioniny, treoniny, beta-alaniny

- uracylu, reszty propylowej, cholesterolu, nieparzystowęglowych kwasów tłuszczowych

b) metabolizm:

- karboksylacja - powstaje D-metylomalonylo-CoA

- D-metylomalonylo-CoA poddawany racemizacji do L-metylomalonylo-CoA

- L-metylomalonylo-CoA pod wpływem mutazy metylomalonylowej przekształcany w sukcynylo-CoA

- sukcynylo-CoA w wątrobie - fosforylacja substratowa

- sukcynylo-CoA w tkankach - udział spalaniu acetooctanu (CoA-transferaza alfa-ketokwasowa)

I. Acyduria metylomalonylowa = metylomalonyloacyduria:

- występują ostre zaburzenia metaboliczne: kwasica metaboliczna (ketoacydoza) i hipoglikemia

- niedobór mutazy metylomalonylo-CoA

a) mechanizm hipoglikemii w acydurii metylomalonylowej:

- błona mitochondrialna nieprzepuszczalna dla metylo-malonylo-CoA

- metylomalonylo-CoA znosi hamujące działanie acetylo-CoA na karboksylazę pirogronianową

II. acydemia propionianowa:

- niedobór karboksylazy propionylo-CoA

- wysokie stężenia propionianu w surowicy

- może wystąpić kwasica metaboliczna

Lizyna:

- aminokwas egzogenny, wykorzystywany do syntezy białek

- nie podlega transaminacji

Przemiany:

a) oksydacyjna deaminacja - powstaje kwas-2-okso-6-aminokapronowy

- kwas 2-okso-6-aminokapronowy poddawany cyklizacji - powstaje kwas dehydropipekolinowy

- kwas dehydropipekolinowy w reakcji z wodą daje semialdehyd kwasu 2-aminoadypinowego (rozerwanie pierścienia)

- semialdehyd kwasu 2-aminoadypinowego utleniany do kwasu 2-aminoadypinowego

- kwas 2-aminoadypinowy poddawany oksydacyjnej deaminacji i oksydacyjnej dekarboksylacji do glutarylo-CoA, który ostatecznie daje aceto-acetylo-CoA

b) katabolizm lizyny:

- nieodwracalna reakcja z 2-ketoglutaranem przy udziale NADPH, który redukuje grupę ketonową KG do H₂O - lizyna najpierw tworzy z alfa-ketoglutaranem zasadę Schiffa, która następnie jest redukowana - powstaje sacharopina - zredukowany kompleks, w którym łańcuchy węglowe obu cząsteczek połączone są poprzez grupę espilon-aminową

- sacharopina zostaje utleniona - oksydacyjnie rozerwana do glutaminianu i delta-semialdehydu 2-aminoadypinowego (alfa-aminoadypinowego)

- alfa-aminoadypinian ulega transaminacji - powstaje alfa-ketoadypinian

- alfa-ketoadypinian prawdopodobnie oksydacyjnie dekarboksylowany do glutarylo-CoA

- w kolejnych przemianach semialdehyd przekształca się w acetoacetylo-CoA

c) pozostałe przemiany lizyny:

- transaminacja - nieznana

- dekarboksylacja - powstaje pentametylenodiamina (1,5-diaminopentan, kadaweryna)

- oksypochodna - hydroksylizyna - hydroksylaza lizylowa - oksygenaza o funkcji mieszanej, potrzebny kwas askorbinowy, tlen, Fe²⁺ i 2 ketoglutaran

d) rozkład lizyny jako przykład prawidłowości w metabolizmie aminokwasów:

- pierwsza reakcja aminokwasów egzogennych - nieodwracalna

- wyjątkiem od tej reguły są aminokwasy z rozgałęzionym łańcuchem - w ich metabolizmie druga reakcja jest nieodwracalna

- nieodwracalność pierwszej reakcji reguluje tempo rozkładu aminokwasów egzogennych

- enzymy uczestniczące mają wysoką stałą Michaelisa - rozkład następuje dopiero, gdy jest nadmiar aminokwasów

e) okresowa hiperlizynemia z towarzyszącą hiperamonemią:

- prawidłowe spożycie białek prowadzi do wzrostu zawartości lizyny w wątrobie

- lizyna w wątrobie hamuje aktywność arginazy, co prowadzi do hiperamonemii

- stosowana dieta z wyłączeniem lizyny

f) trwała hiperlizynemia bez hiperamonemii:

- niekiedy może prowadzić do upośledzenia umysłowego

- nie występuje hiperamonemia

- upośledzony proces tworzenia sacharopiny

- dziedziczona jako cecha autosomalna recesywna

g) hydroksylizyna:

- powstaje przez hydroksylację reszt lizyny w częsteczce kolagenu

- enzym hydroksylujący: hydroksylaza lizylowa - oksygenaza o funkcji mieszanej, wymagająca tlenu, askorbinianu, żelaza oraz alfa-ketoglutaranu

- 1 mol hydroksylowanej glicyny - 1 mol alfa-ketoglutaranu przekształcany w bursztynian

- reszty -OH hydroksylizyny podstawiane galaktozą lub galaktozyloglukozą

h) fibrogeneza - allizyna i wiązania poprzeczne:

- powstaje przez oksydacyjną deaminację grup epsilon-aminowych lizyny przez oksydazę lizylową - enzym wymaga jonów Cu, jest hamowany przez nitryle zawarte w groszku pachnącym - upośledzenie aktywności enzymu nazywane jest latyryzmem (osteolatyryzm, angiolatyryzm, neurolatyryzm)

- w miejscu grupy aminowej pojawia się grupa aldehydowa, która może tworzyć połączenie typu zasady Schiffa z grupą epsilon-aminową innej reszty lizylowej lub w procesie kondensacji aldolowej łączyć się z drugą grupą aldehydową

- cząsteczki tropoelastyny łączą się ze sobą wiązaniami poprzecznymi, każde jedno powstaje z udziałem jednej reszty lizylowej i 3 reszt allizylowych w sąsiadujących łańcuchach - utworzona zostaje desmozyna lub izodesmozyna - pierścieniowe związki zespalające cząsteczki tropoelastyny w przestrzenną sieć

Prolina:

a) aminokwas endogenny - synteza:

- powstaje z kwasu glutaminowego i ornityny (delta-transaminacja)

- kwas glutaminowy utleniany przez dehydrogenazę prolinową - powstaje gamma-semialdehyd kwasu glutaminowego

- cyklizacja gamma-semialdehydu kwasu glutaminowego prowadzi do powstania kwasu prolino-karboksylowego

- kwas prolino-karboksylowy radukowany do proliny (NADH; defekt przemiany prowadzi do hiperprolinemii)

b) katabolizm proliny:

- utleniana do prolinokarboksylanu (kwasu prolinokarboksylowego) - dehydrogenaza prolinowa (NAD-zależna)

- samoistne rozerwanie pierścienia prolinokarboksylanu przy udziale cząsteczki wody - powstaje gamma-semialdehyd kwasu glutaminowego, który z kolei utleniany jest do glutaminianu (enzym: dehydrogenaza semialdehydo-glutaminianowa - NAD-zależna)

- glutaminian transaminowany do alfa-ketoglutaranu

c) hydroksylacja:

- powstaje 4-hydroksyprolina

- hydroksylaza prolinowa - wymaga kwasu askorbinowego, żelaza Fe²⁺, ketoglutaranu

- enzym związany z frakcją mikrosomalną

- oksygenaza o funkcji mieszanej wymagająca tlenu, askorbinianu, żelaza i alfa-ketoglutaranu

- na każdy mol hydroksylowanej proliny, jeden mol alfa-ketoglutaranu przekształcany jest w bursztynian

- element posttranslacyjnej modyfikacji kolagenu

d) hiperprolinemia typu I:

- defekt dehydrogenazy prolinowej

- w postaci heterozygorycznej - łagodna hiperprolinemia, bez wpływu na metabolizm hydroksyproliny

e) hiperprolinemia typu II:

- defekt dehydrogenazy semialdehydo-L-glutaminowej

- zakłócony metabolizm proliny i hydroksyproliny

- w moczu obecny katabolit hydroksyproliny: delta-1-pirolino-3-hydroksy-5-karboksylan

- heterozygoty typu II nie wykazują żadnej hiperprolinemii (w przeciwieństwie do typu I)

f) metabolizm hydroksyproliny:

- utleniana do L-delta-pirolino-3-hydroksy-5-karboksylanu przez mitochondrialną dehydrogenazę 4-hydroksyprolinową (defekt prowadzi do hydroksyprolinemii, brak wpływu na metabolizm kolagenu)

- L-delta-pirolino-3-hydroksy-5-karboksylan pozostaje w nieenzymatycznej równowadze z gamma-semialdehydem gamma-hydroksy-L-glutaminianu

- semialdehyd gamma-hydroksy-glutaminianu utleniony zostaje do erytro-gamma-hydroksy-L-glutaminianu

- erytro-gamma-hydroksy-L-glutaminian jest transaminowany do alfa-keto-gamma-hydroksy-glutaranu

- alfa-keto-gamma-hydroksyglutaran rozszczepiany aldolowo na glioksalan i pirogronian

g) hydroksyprolina:

- istotny składnik kolagenu - chroni potrójną helisę przed trawieniem przez proteazy

- jej grupy hydroksylowe nie są podstawiane resztami cukrowymi

- hydroksyprolina dostarczana w pożyweiniu nie jest wbudowywana do kolagenu!

Wykład - biochemia - aminokwasy 9.V.2007

Aminokwasy ketogenne:

- ich metabolizm prowadzi do powstawania ciał ketonowych, ale w eksperymentalnej cukrzycy wywołanej u zwierząt podaniem alloksanu lub streptozotocyny

- u człowieka zdrowego zwiększenie ich podaży nie prowadzi do wzrostu ketonemii

- leucyna i lizyna

Aminokwasy glukoketogenne: izoleucyna, fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan

Aminokwasy glukogenne - szkielet węglowy staje się substratem w procesie glukoneogenezy

- alanina, arginina, asparaginian, asparagina, cysteina, glicyna, glutaminian, glutamina, histydyna, metionina, prolina, seryna, treonina, walina

Choroba syropu klonowego (MSD):

- defekt oksydacyjnej dekarboksylacji waliny i izoleucyny

- występują:

- uszkodzenie OUN

- drgawki

- kwasica

- niewydolność oddechowa

- śpiączka

- upośledzenie umysłowe

Markery stresu oksydacyjnego:

- pozwalają na ocenę stresu oksydacyjnego w sytuacjach patologicznych

- umożliwiają monitorowanie i ocenę terapii antyoksydacyjnej

a) całkowita pojemność antyoksydacyjna osocza:

- zmniejszona fluorescencja pod wpływem utlenienia - metoda fluorescencyjna

- badane osocze, jeśli zawiera antyoksydanty, przeciwdziała utlenianiu fluorescencyjnego wskaźnika

- kalibracja za pomocą antyoksydanta syntetycznego, np. Trolox C - totalna aktywność antyoksydacyjna dla porównania

- metoda TRAP i FRAP

- obecnosć nieenzymatycznych antyoksydantów takich jak bilirubina, kwas moczowy zaburza wynik metody (przeszkodą w badaniu jest hiperbilirubinemia i hiperurykemia)

- jest wskaźnikiem stresu oksydacyjnego w cukrzycy typu II (DM2)

b) enzymy anytoksydacyjne

- katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), peroksydaza glutationowa (GSH-Px)

- oznaczane w hemolizacie krwi

- nie mają znaczenia praktycznego

- oznaczane w warunkach laboratoryjnych

c) antyoksydanty nieenzymatyczne:

- HPLC - oznaczanie glutationu metodą chromatografii wysokociśnieniowej

- oznaczanie witaminy E, C, beta-karotenu oraz ubichinolu

- faktyczne podstawy ma oznaczanie witaminy E

d) markery syntezy tlenku azotu:

- NO z anionorodnikiem ponadtlenkowym tworzy peroksynitryle (peroksyazotyny),

- peroksynitryle mają powinowactwo do tyrozyny; powodują:

- modyfikacje reszt tyrozyny receptorów katalitycznych, w konsekwencji - dysfunkcję tych receptorów - receptorów czynników wzrostowych;

- poza tym mają powinowactwo do grup tiolowych reszt cysteinylowych białek oraz do lipidów i DNA

e) stabilne końcowe produkty tlenku azotu:

- ilość syntezowanego NO oznaczana przez oznaczanie azotynów i azotanów - mają krótki okres półtrwania - 1,5 h - wydalane z moczem

- przy zaburzonej filtracji kłębkowej wzrasta ich stężenie w osoczu - bez faktycznego wzrostu produkcji

- czasem oznaczane w dobowej zbiórce moczu

- 3-nitrotyrozyna - marker tworzenia tlenku azotu - oznaczana metodą chromatografii wysokociśnieniową

f) oksydowane białka:

- wolne rodniki powodują modyfikację białek

- niektóre białka ulegają degradacji lub powstają wiązania krzyżowe

- pochodne karbonylowe aminokwasów podatnych na oksydację: lizyna, arginina, prolina, treonina

- oznaczanie metodą chromatografii wysokociśnieniowej lub metodą spektrofotometryczną - z 2,4-dinitrofenylohydrazyną

- AOPP - produkty zaawansowanej oksydacji białek - marker oznaczany metodami spektrofotometrycznymi lub immunologicznymi

g) oksydowane lipidy:

- produkty pierwotne - hydronadtlenki - trudne do oznaczenia, nietrwałe, oznaczane metodą chromatografii gazowej połączone ze spektrometrią masową

- produkty wtórne - dialdehyd malonowy i TBARBS - produkty reagujące z kwasem tiobarbiturowym; innym produktem jest 4-hydroksyalkenal

h) izoprostany

- produkty prostanoidowe

- powstają nieenzymatycznie w wyniku działania RTF na fosfolipidy błonowe zawierające kwasy tłuszczowe, z których powstają eikozanoidy

- najczęściej oznaczany: 8-izoprostan - marker stresu oksydacyjnego i procesu zapalnego

- izoprostan jest stabilny i może być długo przechowywany

- metoda oznaczania: chromatografia gazowa ze spektrometrią masową, również metody immunochemiluminescencyjne, immunofluorescencyjne, immunoenzymatyczne

i) oksydowany DNA:

- uszkodzone przez wolne rodniki nukleotydy są usuwane i trafiają do moczu

- 8-hydroksy-2-deoksyguanozyna (8-OHdG) albo sama 8-hydroksyguanina

- markery uszkodzenia i naprawy DNA

j) strategia diagnostyczna przy analizowaniu markerów stresu oksydacyjnego:

- wybór kilku markerów - odzwierciedlają uszkodzenia różnych biomolekuł

- równocześnie oznaczamy markery uszkodzenia narządów/tkanek i markery antyoksydacyjne

- powinno być monitorowane leczenie antyoksydantami - oznaczanie witamin i enzymów antyoksydacyjnych

Obieg azotu:

Synteza mocznika:

a) synteza karbamoilofosforanu

- NH₃ + CO₂ + 2ATP = karbamoilofosforan

- zachodzi w mitochondrium

- CPS-I - swoisty dla wątroby enzym - syntetaza karbamoilofosforanowa

- CPS-I występuje również w nabłonku jelit

N-acetyloglutaminian:

- jego stężenie wzrasta wraz ze wzrostem dostępności aminokwasów

- powstaje z glutaminianu i acetylo-CoA pod wpływem syntetazy n-acetyloglutaminianowej

- jest dodatnim efektorem allosterycznym CPS-I

- syntetaza n-acetyloglutaminianowa jest aktywowana przez endogenną argininę - jest to lecznicze działanie argininy w zatruciach amoniakiem

b) karbamoilotransferaza ornitynowa:

- mitochondrium

- ornityna + karbamoilofosforan = cytrulina

- cytrulina trafia do cytoplazmy

c) syntetaza argininobursztynianowa:

- cytrulina kondensuje z asparaginianem

- reakcja wymaga hydrolizy ATP do AMP

- powstaje argininobursztynian

d) liaza argininobursztynianowa:

- rozszczepia argininobursztynian do argininy i fumaranu

- fumaran poddawany hydratacji do jabłczanu, jabłczan przekształca się w szczawiooctan a ten w asparaginian

e) arginaza:

- arginina rozszczepiana do ornityny i mocznika

Regulacja syntezy mocznika:

a) regulacja w zależności od stężenia białka w diecie - adaptacja

- nasilenie przy diecie bogatobiałkowej

- nasilenie pod wpływem glikokortykoidów

- nasilenie pod wpływem głodu

W tych stanach zwiększa się wychwyt aminokwasów przez wątrobę.

Bloki metaboliczne cyklu mocznikowego:

a) Hiperamonemie:

typu I:

- brak syntetazy karbamoilofosforanowej I - CPS-I

typu II:

- brak karbamoilotransferazy ornitynowej

Kliniczny obraz hiperamonemii:

- postać ostra cechuje się brakiem łaknienia, zaburzeniami oddechowymi, wysokim (1000-2000 ug% stężeniem NH₃ we krwi; norma to 100 ug%)

- wzrasta pH krwi, występuje zasadowica metaboliczna

- czas przeżycia: kilkadziesiąt dni

- mechanizm: obniżone stężenie cytruliny i argininy prowadzi do obniżenia syntezy n-acetyloglutaminianu, co z kolei hamuje syntetazę karbamoilofosforanową prowadząc do wzrostu stężenia amoniaku we krwi

- przesunięcie reakcji w stronę syntezy glutaminianu - wyciąganie alfa-ketoglutaranu

- wykorzystanie NADH do redukcyjnej aminacji - zakłócenie przemian oksydacyjnych

- niedobór szczawiooctanu - ponieważ nie jest regenerowany z fumaranu pochodzącego z cyklu mocznikowego

- brak szczawiooctanu prowadzi do zahamowania cyklu Krebsa, obniżenia oksydacyjnej fosforylacji i stężenia ATP

- w zaburzeniach obu enzymów następuje zwiększona synteza glicyny i glutaminy, w których akumuluje się nadmiar azotu; ten nadmiar jest usuwany z organizmu

Leczenie hiperamonemii:

- dieta uboga w białko wzbogacona benzoesanem i fenylooctanem:

- benzoesan → benzoilo-CoA + glicyna = hipuran

fenyloacetylo-CoA + glutamina = fenyloacetyloglutamina

- azot jest w ten sposób usuwany jako hipuran i fenyloacetyloglutamina

c) Cytrulinemia:

- syntetaza argininobursztynianowej

- obniżone powinowactwo enzymu do substratu - wzrost cytruliny we krwi i w moczu

d) Kwasica arginino-bursztynianowa (acyduria arginino-bursztynianowa):

- brak liazy arginino-bursztynianowej

- choroba śmiertelna u dzieci

- skutki wady można załagodzić stosując dietę ubogą w białko i zawierającą nadmiar argininy

- patomechanizm:

- arginina w wątrobie przekształcana do mocznika i ornityny

- ornityna reaguje z karbamoilofosforanem - powstaje cytrulina

- cytrulina łączy się z asparaginianem dając argininobursztynian

- argininobursztynian wydalany z moczem

e) Hiperargininemia:

- brak arginazy

- wzrost wydalania argininy, lizyny i cysteiny w moczu

Azotowe związki niebiałkowe syntezowane z aminokwasów:

- puryny i pirymidyny

- hormony: tyroksyna, adrenalina, wazopresyna, oksytocyna

- barwniki - melaniny

- witamina PP

- kreatyna

- glutation

- porfiryny

Reakcje uwalniające amoniak (jon amonowy):

Głównym źródłem amoniaku są pracujące mięśnie - amoniak uwalniany w cyklu purynowym - opuszcza mięśnie jako glutamina

Amoniak z jelit jest transportowany żyłą wrotną (wraz z glutaminianem powstałym w wyniku rozłożenia glutaminy w enterocycie)

a) mięśnie - cykl purynowy - deaminacja AMP do IMP

b) jelito:

- w enterocytach: uwalniany z glutaminy przez glutaminazę

- w świetle jelita: uwalniany przez bakterię ze związków azotowych: kwasu moczowego, mocznika i aminokwasów znajdujących się w świetle jelita

c) nerka - uwalniany z glutaminy przez glutaminazę - następnie wykorzystywany w amoniogenezie

d) Oksydacyjna dezaminacja glutaminianu:

glutaminian + NAD⁺ + H₂O = alfa-ketoglutaran + NADH + H⁺ + NH₃

- zachodzi głównie w wątrobie, również w innych tkankach

- przemiana katalizowana przez tylko jeden enzym - dehydrogenazę glutaminianową

- oksydacyjna dezaminacja połączona w ciąg z transaminacją - rola w syntezie mocznika

- w większości tkanek zachodzi aminacja redukcyjna, ponieważ równowaga reakcji przesunięta jest w kierunku syntezy glutaminianu

- w wątrobie dominuje reakcja uwalniania amoniaku, wymuszone jest to usuwaniem produktów: alfa-KG - do cyklu Krebsa, NADH - łańcuch oddechowy, amoniak - cykl mocznikowy

- redukcyjna aminacja nasila się przy dużych ilościach amoniaku

Dehydrogenaza glutaminianowa:

- znajduje się w mitochondriach

- duża aktywność w wątrobie, w nerkach (10-20% aktywności wątrobowej) oraz w mózgu (5% aktywności wątrobowej)

- regulowana allosterycznie:

- hamowana przez GTP i ATP

- aktywowana przez GDP i ADP

- obniżona zawartość związków wysokoenergetycznych przyspiesza utlenianie aminokwasów

e) oksydazy aminokwasowe:

- tlenowa przemiana w wątrobie i nerkach

- oksydaza D aminokwasów - FMN

- oksydaza L aminokwasów - FAD

- w reakcji biorą udział samoutleniające się flawoproteiny

Mechanizm:

- aminokwas wpierw utleniany do iminokwasu

- FMN lub FAD redukuje się odpowiednio do FMNH₂ lub FADH₂

- zredukowane grupy flawinowe przekazują protony i elektrony na tlen - powstaje H₂O₂

- iminokwas reaguje z wodą, w wyniku czego powstaje amoniak i alfa-ketokwas

f) Deaminacja seryny i treoniny:

- dehydrataza serynowa i treoninowa

- od seryny odłączana jest cząsteczka wody w wyniku czego powstaje aminoakrylan;

- odłącznie wody od aminoakrylanu powoduje jego przekształcenie w pirogronian; przy tym następuje uwolnieniem amoniaku w postaci jonu amonowego

- treonina przekształcana w ten sposób w alfa-ketomaślan z uwolnieniem jonu amonowego

Cykl purynowy - biochemia mięśni:

- stężenie ATP w mięśniach: 5x10^-6 mol/g

- intensywny wysiłek zużywa 10^-3 mol/min/g tkanki mięśniowej

- fosfokreatyna gromadząca się w sarkoplazmie jest buforem zapewniającym odpowiednie stężenie fosforanów wysokoenergetycznych; poza tym transportuje fosforany z mitochondrium

- kinaza kreatynowa: fosfokreatyna + ADP = ATP + kreatyna

Cykl purynowy:

- pracy mięśniowej towarzyszy szybko obrót nukleotydów adenylowych i wytwarzanie amoniaku

- REAKCJA DYSPROPORCJONOWANIA ATP: 2ADP = AMP + ATP - enzym: kinaza adenylowa; reakcja jest przesunięta w kierunku tworzenia ATP, gdy usuwany jest AMP w wyniku jego deaminacji do IMP; jest to istotne przy intensywnej pracy mięśni, ponieważ zapewnia tworzenie dodatkowego ATP

- deaminaza AMP katalizuje jego przekształcenie w IMP - dzięki temu przesunięta zostaje równowaga reakcji katalizowanej przez kinazę adenylową - przy tym uwalniany jest amoniak

- reaminacja IMP: syntetaza i liaza adenylobursztynianowa; wykorzystuje hydrolizę GTP oraz asparaginian jako donor grupy aminowej

1. AMP + H₂O = IMP + NH₃

2. IMP + asparaginian + GTP = adenylobursztynian + GDP + Pi

3. adenylobursztynian = AMP + fumaran

Regulacja cyklu:

- cykl jest współzależny od glikolizy, ponieważ syntetaza adenylobursztynianowa jest hamowa przez fruktozo-1,6-bisfosforan

- deaminaza AMP jest enzymem allosterycznym; jest aktywowana przez kationy potasowe i sodowe, hamowany przez otrofosforany

Znaczenie kliniczne:

- brak deaminazy AMP powoduje zwiększoną męczliwość i kurcze powysiłkowe oraz bolesność mięśni; w zwiększonej ilości wytwarzana jest adenozyna i jej metabolity, które uciekają z komórki; zmęczone mięśnie wolniej regenerują swoje zasoby energetyczne

Diagnostyka: aktywność enzymu w mięśniach;

test obciążeniowy - w warunkach niedotlenienia oznaczanie amoniaku i mleczanu w krwi żylnej odpływającej z mięśnia

prawidłowe stężenie mleczanu przy braku wzrostu stężenia amoniaku sugeruje defekt enzymatyczny

Enzymy cyklu purynowego:

a) Deaminaza AMP:

- enzym cytoplazmatyczny

- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych

- związana z układem kurczliwym komórki mięśniowej

- jest enzymem regulatorowym - allosterycznym; jest aktywowana przez kationy potasowe i sodowe, hamowany przez otrofosforany

- w wątrobie znajduje się izoenzym L, w mięśniach - izoenzym M, w erytrocytach - izoenzym E

b) Syntetaza adenylobursztynianowa:

- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych

- hamowana przez produkty reakcji jak i nukleotydy purynowe i pirymidynowe

- nukleozydy i wolne zasady nie wywierają wpływu hamującego

- brak właściwości enzymu allosterycznego

- hamowana przez fruktozo-1,6-difosforan

c) Liaza adenylobursztynianowa:

- rozszczepia kwas adenylobursztynowy do AMP i kwasu fumarowego

- rozszczepia rybonukleotyd 4-N-sukcynylokarboksyamido-5-aminoimidazolowy do rybonukleotydu 4-karboksy-5-aminoimidazolowego oraz kwasu fumarowego

- wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych

- enzym kompetycyjnie hamowany przez AMP

Amoniak:

Reakcje wiązania amoniaku:

1. wątroba - synteza mocznika

2. we wszystkich tkankach: tworzenie glutaminy z glutaminianu i amoniaku

- reakcja nieodwracalna

- syntetaza glutaminowa w mięśniu wiąże amoniak z cyklu purynowego

- przemiana ta ma największe nasielenie w mięśniach

3. w tkankach pozawątrobowych: redukcyjna aminacja alfa-ketoglutaranu do glutaminianu

4. amoniogeneza w nerce:

- znajduje się tu glutaminaza

- uwolniony amoniak przekształcany jest do jonów amonowych i wydalany jako chlorek amonu

- w ten sposób organizm pozbywa się jonów wodorowych - mechanizm utrzymywania równowagi kwasowo-zasadowej

Przemiana azotu aminowego w organizmie:

Jelito:

a) źródła amoniaku w jelicie:

- w świetle jelita powstaje amoniak pod wpływem enzymów bakteryjnych przekształcających kwas moczowy, aminokwasy i mocznik

- powstający w ten sposób NH₃ jest resorbowany i trafia do krwi wrotnej

- w ścianie jelita działa glutaminaza, która przekształca glutaminę z uwolnieniem NH3

b) kwas glutaminowy w ścianie jelita:

- może ulec transaminacji z pirogronianem - powstaje alanina, która trafia do wątroby, gdzie jest włączana do glukoneogenezy

- może dostać się do krwi wrotnej i być wyłapany przez wątrobę lub nie - wtedy dostaje się do krążenia systemowego

c) amoniak w ścianie jelita:

- pod wpływem obecnej tu CPS I - może być przekształcony karbamoilofosforan, który przy udziale karbamoilotransferazy ornitynowej tworzy razem z ornityną cytrulinę

- może z krwią wrotną dostać się do wątroby i być zużyty w cyklu Krebsa

d) amoniak w żyle wrotnej transportowany jest jako:

- amoniak

- kwas glutaminowy

- alanina

- cytrulina

e) Cytrulina:

- pochodząca z jelita może być wyłapana przez wątrobę i być wykorzystana w cyklu mocznikowym

- może też dostać sie do krążenia ogólnego, po czym:

- może być wyłapana przez nerkę - tu przemieniana w argininę:

- wysoka aktywność syntetazy arginino-bursztynianowej w nerce

- arginaza uwalniająca mocznik ma w nerkach niską aktywność, więc wytwarzana arginina jest następnie wykorzystywana do syntez białek w całym organizmie (nerka jest jednym z głównych źródeł tego aminokwasu dla organizmu)

- cytrulina która dostanie się do OUN - służy jako substrat do syntezy argininy

- wysoka aktywność syntetazy i liazy argininobursztynianowej

- brak arginazy

- z argininy w OUN wytwarzany jest NO pod wpływem syntazy NO

f) Amoniogeneza:

- glutamina trafia do nerki

- tu uwalaniny jest NH3

- NH3 jest wydalany jako NH4CL

- regeneracja jonu wodorowęglanowego

f) Cykl glutaminowy:

- glutaminian (pochodzący z krwiobiegu, redukcyjnej aminacji bądź transaminacji) w mięśniu przekształcany w glutaminę w procesie amidacji

- glutamina trafia do nerki:

- następuje deamidacja - uwolnienie cząsteczki amoniaku dla amoniogenezy, kwas glutaminowy powraca do krażenia systemowego i jest wyłapywany przez mięśnie

- glutamina trafia do jelit,

- również następuje jej deamidacja - uwolnienie amoniaku i glutaminianu

- amoniak może:

- być wykorzystany w syntezie cytruliny

- popłynąć do wątroby z krwią żyły wrotnej - tam jest włączany do cyklu moznikowego

- glutaminian może:

- ulec transaminacji z pirogronianem z wytworzeniem alaniny (płynie do wątroby dla glukoneogenezy) i alfa-ketoglutaranu

- popłynąć do wątroby żyłą wrotną, gdzie:

- może nie podlegać żadnym przemianom (najczęściej) - wtedy powraca do krążenia systemowego i do mięśni

- może być oksydacyjnie deaminowany z wytworzeniem amoniaku dla syntezy mocznika

g) Cykl alaninowy:

- w mięśniach z glukozy powstaje pirogronian

- pirogronian transaminuje z różnymi aminokwasami dając alaninę

- alanina z mięśni trafia do krwiobiegu

- w wątrobie alanina transaminowana - grupa aminowa przekazywana dalej do cyklu mocznikowego, pirogronian wykorzystywany w glukoneogenezie

- wytworzona w glukoneogenezie glukoza trafia do mięśnia, tu spalana do pirogronianu, który znowu transaminuje do alaniny

Amoniak - toksyczność:

- wyciąganie alfa-ketoglutaranu z cyklu Krebsa, co powoduje zaburzenia energetyczne, szczególnie w OUN

- kwas glutaminowy wiąże się z amoniakiem - powstaje glutamina; ubywa w ten sposób kwasu glutaminowego - brak substratu do syntezy GABA

- obie powyższe reakcje grają rolę w patogenezie encefalopatii wątrobowej

- wzrost pH płynów komórkowych

- zaburzony zostaje metabolizm aminokwasów oraz komórkowe procesy energetyczne, ponieważ obecność amoniaku przesuwa równowagę reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę glutaminianową w stronę tworzenia glutaminianu

- amoniak interferuje z wieloma funkcjami błon, szczególnie z aktywnym transportem jednowartościowych kationów

Bilans azotowy:

a) różnica między ilością azotu dostarczonego organizmowi a ilością azotu wydalonego (w moczu, kale, pocie, złuszczonym nabłonku)

b) dorosły, zdrowy, prawidłowo odżywiający się człowiek powinien mieć bilans azotowy zerowy - wyrównany; jest to stan równowagi azotowej

c) bilans ujemny występuje przy:

- głodzie

- diecie bezbiałkowej lub niedostatkach białka w diecie

- w chorobach wyniszczających

- w wieku starczym (upośledzone wchłanianie, zwiększony rozpad, upośledzone wykorzystanie)

d) dodatni bilans azotowy:

- w okresie wzrostu (niemowlęta, dzieci)

- rekonwalescenci

- kobiety w ciązy

- kobiety karmiące

Pożywienie ubogie w węglowodany i tłuszcze może spowodować zachwianie równowagi azotowej, nawet gdy pokrycie zapotrzebowania na białko jest wystarczajace; niedostarczanie tłuszczy i węglowodanów wymaga zniszczenia dużej ilości białek, które jest wykorzystywane jako surowiec energetyczny

Enzymy proteolityczne:

a) Endopeptydazy

b) egzopeptydazy

- aminopeptydazy

- egzopeptydazy

- dipeptydazy

denaturacja zwiększa dostępność białka dla proteaz

Proteazy:

a) trawienne

b) pozakomórkowe

- czynniki krzepnięcia

- białka fibrynolizy

- białka aktywujące dopełniacz

c) wewnątrzkomórkowe

- proteazy lizosomów

- katepsyny

Trawienie białek:

Rozpoczyna się w żołądku, nie zachodzi w jamie ustnej.

I. enzymy proteolityczne:

a) egzopeptydazy:

- karboksypeptydaza

- aminopeptydaza

- dipeptydazy

b) endopeptydazy:

- pepsyna

- trypsyna

- chymotrypsyna

- elastaza

Proteazy - podział ze względu na mechanizm proteolizy:

1. serynowe

a) blokowane diizopropylofluorofosforanem

b) przedstawiciele:

- chymotrypsyna A: optymalne pH = 7,8; występuje w jelicie cienkim

- trypsyna; optymalne pH 7,5-8,5; w jelicie cienkim

- trombina; optymalne pH 7,4; w osoczu; przecina wiązania peptydowe utworzone z udziałem argininy w fibrynogenie

- elastaza monocytów (w makrofagach metaloproteaza)

2. tiolowe (cysteinowe):

a) wrażliwe na utlenianie i metale ciężkie

b) muszą być chronione przed wolnymi rodnikami

c) przedstawiciele:

- katepsyna B; optymalne pH 5,0-6,0; wewnątrzkomórkowa; przecina wiązania między: Arg-Lys-x-Phe-X-x

- papaina; optymalne pH 5,0-5,5 - w drzewie malonowym; przecina wiązania między: Arg-x-Lys-x-Phe-X-x

3. karboksylowe (kwaśne):

a) w katalizie bierze udział grupa COOH

b) przedstawiciele:

- pepsyna A; optymalne pH 1,3-3,0; żołądek

- pepsyna C (gastryksyna); optymalne pH 3,0-4,5; żołądek

- podpuszczka (renina); optymalne pH 3,0-4,5; żołądek - przecinanie wiązań w kazeinogenie

- katepsyna D; optymalne pH 3,0-4,5; wewnątrzkomórkowa; specyficzność jak w przypadku pepsyny

4. metaloproteinazy

a) hamowane przez EDTA

b) posiadają jon Zn, Ca lub Mn w centrum aktywnym

c) przedstawiciele:

- termolizyna

- kolagenazy

- żelatynazy

- elastaza makrofagów

Charakterystyka proteaz:

Pepsyna:

- wydzielana przez komórki główne gruczołów żołądka jako pepsynogen - nieaktywny prekursor zawierający N-końcowy fragment prekursorowy złożony z 44 aminokwasów

- maksymalna aktywacja przy pH 1-2

- endopeptydaza, specyficzność:

X-Fen-X

X-Tyr-X

Leu-Glu

- proteaza kwaśna: w centrum aktywnym posiada 2 reszty kwasu asparaginowego, jedna jest zjonizowana, druga nie

Mechanizm aktywacji:

- przy pH niższym niż 5 spontanicznie zachodzi aktywacja enzymu

- fragment prekursorowy zawiera reszty asparaginianu i glutaminianu, których grupy karboksylowe w bocznych łańcucha w stanie zjonizowanym tworzą wiązania z dodatnio naładowanymi grupami aminowymi lizyny i argininy w cząsteczce pepsyny

- obniżenie pH powoduje zanik ładunków ujemnych we fragmencie prekursorowym, ustają siły przyciągania między fragmentem a resztą cząsteczki i odsłonięte zostaje centrum aktywne

- centrum aktywne odcina fragment prekursorowy od cząsteczki pepsyny

Podpuszczka - chymozyna:

- proteaza kwaśna

- ścina mleko w żołądku młodych ssaków, przez co zatrzymywane jest tam dłużej

- substratem jest kazeina, hydrolizowana do parakazeiny, która w obecności jonów wapnia tworzy nierozpuszczalny parakazeinian wapnia

- wytwarzana w śluzówce żołądka jako proenzym

- aktywowana przez niskie pH

- stosowana w serowarstwie do otrzymywania skrzepu podpuszczkowego

Trypsyna:

- produkowana przez trzustkę

- masa: 240 000 Da, 223 reszty aminokwasów

- centrum aktywne: -Gli-Asp-Ser-Gli- proteaza serynowa

- optymalne pH 7-9

- aktywowana przez enteropeptydazę (enterokinazę) przez odcięcie 6-aminokwasowego fragmentu prekursorowego, następnie aktywacja autokatalityczna przez trypsynę kolejnych cząsteczek trypsynogenu

- specyficzność: wiązania utworzone z udziałem grup karboksylowych reszt aminokwasów zasadowych: lizyny i argininy

Enteropeptydaza = enterokinaza:

- glikoproteid soku jelitowego

- odrywa 6-aminokwasowy fragment prekursorowy od N-końca trypsynogenu - aktywcja trypsynogenu do trypsyny

- optymalne pH 5-8

Chymotrypsyna:

- proteaza serynowa

- wytwarzana przez trzustkę jako chymotrypsynogen

- identyczne centrum katalityczne jak w trypsynie

- optymalne pH ok. 8,0

- aktywowana przez trypsynę, następnie w mechanizmie autokatalizy

- specyficzność: wiązania utworzone przez grupy karboksylowe aminokwasów aromatycznych - fenyloalaniny i tyrozyny

Mechanizm aktywacji:

- chymotrypsynogen - białko jednołańcuchowe, 245 reszt aminoacylowych, reszty Ser, His i Asp tworzące centrum aktywne są od siebie oddalone; stabilizowane przez 5 mostków dwusiarczkowych

- trypsyna hydrolizuje wiązanie peptydowe między aminokwasami 15 i 16 - powstaje dwułańcuchowa chymotrypsyna π - enzym aktywny, lecz mało stabilny

- autokataliza - chymotrypsyna odcina dipeptyd: Ser-Arg w pozycji 14-15 - powstaje chymotrypsyna δ;

- dalsza autokataliza - odcięcie drugiego dipeptydu: Thr-Asn w pozycji 147-148 - powstaje trójłańcuchowa, stabilna chymotrypsyna α

- reszty His-51, Asp-102 i Ser-195 zbliżają się na tyle, że mogą utworzyć centrum aktywne

Pankreatopeptydaza - elastaza:

- proteaza serynowa

- wytwarzana przez trzustkę

- proelastaza aktywowana przez trypsynę

- centrum identyczne jak w trypsynie i chymotrypsynie

- specyficzność: wiązania utworzone przez małe aminokwasy: Gli, Ala, Ser różnych białek, również elastyny

Karboksypeptydazy A i B:

- wydzielane przez trzustkę jako prekarboksypeptydazy,

- aktywowane w jelicie przez trypsynę

- metaloproteazy: zawierają cynk

- swoistość: A - aminokwasy rozgałęzione (Leu, Ile, Wal) lub aromatyczne (Phe, Tyr); B - aminokwasy zasadowe: lizyna, arginina

Aminopeptydazy:

- mała specyficzność lub jej brak

- wymagają obecności jonu Mg lub Mn

- wytwarzane w błonie śluzowej jelita cienkiego

- przedstawiciel: LAP - leucyloaminopeptydaza - odszczepia wszystkie AA, ale szczególnie leucynę

Dwupeptydazy:

- wytwarzane przez śluzówkę jelit

- wymagają Co lub Mn

- największa aktywność w jelicie krętym

- przykłady: glicylo-glicynowa, glicylo-leucynowa, glicylo-prolinowa (prolidaza), prolilo-glicynowa (prolinaza), glicylo-alaninowa, glicylo-walinowa

Specyficzność enzymów proteolitycznych - powtórka & podsumowanie:

a) karboksypeptydaza A odcina reszty:

- fenyloalaniny

- tyrozyny

- aminokwasy rozgałęzione

b) karboksypeptydaza B - odcina aminokwasy zasadowe:

- lizyna

- arginina

c) aminopeptydazy:

- brak specyficzności

d) dipeptydazy

e) pepsyna:

- X-Fen-X

- X-Tyr-X

- Leu-Glu

f) trypsyna:

- Liz-X

- Arg-X

g) chymotryspsyna:

- Fen-X

- Tyr-X

h) elastaza:

- trawi włókna sprężyste w pożywieniu

Wchłanianie aminokwasów:

- wchłaniane do krwi przy udziale nośników, którymi są oligopeptydy w treści jelitowej

3 rodzaje transportu:

- oligopeptydy poddawane hydrolizie w jelicie, absorpcja aminokwasów

- oligopeptydy internalizowane przez komórki nabłonka - proteoliza w cytoplazmie

- oligopeptydy łączą się z rąbkiem szczoteczkowym, następnie poddawane są działaniu peptydaz zlokalizownych w błonie komórkowej

Szybkość wchłaniania AA w jelicie zależy od:

- stężenia w jego świetle

- struktury chemicznej

- odcinka jelita cienkiego

- stężenia innych aminokwasów przenoszonych tym samym transporterem

- regulacji nerwowej, hormonalnej, obecności witamin (B6)

b) najszybciej wchłania się izoleucyna, metionina; najwolniej - kwas glutaminowy

c) stężęnie AA w surowicy: 1,44-3,5 mmol/l (2-5 mg%)

Transport dokomórkowy AA:

a) uwarunkowany charakterem chemicznym aminokwasów:

- dyfuzja ułatwiona:

- aminokwasy hydrofobowe (leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, walina) oraz

- zasadowe (lizyna i arginina)

- transport aktywny:

- aminokwasy kwaśne i obojętne (alanina, seryna, cysteina, glicyna, histydyna, asparagina, glutamina)

Układy przenośnikowe aminokwasów:

a) układ A

- większość aminokwasów obojętnych z wyjątkiem hydrofobowych, sprzężony z transportem sodu - transport wtórnie aktywny

- występuje we wszystkich tkankach, zależy od wewnątrzkomórkowego stężenia aminokwasów

- jedyny układ hormonozależny:

- insulina i hormon wzrostu pobudzają transport do wszystkich tkanek

b) układ ASC:

- AA obojętne, ale wybiórczy: Ala, Ser, Cys

c) układ Gly:

- dla glicyny

d) układ N:

- dla his, glutaminy i asp

e) układ L:

- hydrofobowe: leucyna, izoleucyna, walina, fenyloalanina - dyfuzja ułatwiona

f) w nerce i jelicie - układ dla glutaminianu i asparaginianu - aktywny

Losy grupy aminowej:

Transaminacja:

- przenoszenie grupy aminowej - donorem jest aminokwas, akceptorem - alfa-ketokwas

- reakcja odwracalna

- koenzymem jest fosforan pirydoksalu

- uniwersalnym akceptorem jest alfa-ketoglutaran

- AspAT i AlAT - synteza kwasu asparaginowego i alaniny

- aminotransferaza glutaminianowa - najważniejsza:

aminokwas + alfa-KG = glutaminian + alfa-ketokwas

- transaminacji nie ulegają: lizyna, treonina, prolina

a) AspAT:

- aktywny w większości tkanek

- obecny w mitochondriach i cytozolu

- duże ilości w wątrobie

- przenosi azot między glutaminianem i szczawiooctanem

- jest elementem wahadła jabłczanowego - rola w metabolizmie cukrów (także glukoneogeneza)

b) AlAT:

- produkcja alaniny, która trafia do wątroby w tzw. cyklu alaninowym

W wątrobie ostatecznym akceptorem grup aminowych z różnych aminokwasów jest alfa-KG

Oksydacyjna dezaminacja glutaminianu:

- przemiana katalizowana przez tylko jeden enzym

- u człowieka głównie zachodzi aminacja redukcyjna - równowaga reakcji przesunięta w kierunku syntezy glutaminianu

- oksydacyjna dezaminacja połączona w ciąg z transaminacją - rola w syntezie mocznika

- w wątrobie (i również w innych częściach organizmu) dominuje reakcja uwalniania amoniaku, wymuszone jest to usuwaniem produktów: alfa-KG - do cyklu Krebsa, NADH - łańcuch oddechowy, amoniak - cykl mocznikowy

- redukcyjna aminacja nasila się przy dużych ilościach amoniaku

a) Dehydrogenaza glutaminianowa:

- znajduje się w mitochondriach

- duża aktywność w wątrobie, w nerkach (10-20% aktywności wątrobowej) oraz w mózgu (5% aktywności wątrobowej)

- regulowana allosterycznie:

- hamowana przez GTP i ATP

- aktywowana przez GDP i ADP

- obniżona zawartość związków wysokoenergetycznych przyspiesza utlenianie aminokwasów

Oksydazy aminokwasowe:

- tlenowa przemiana w wątrobie i nerkach

- oksydaza D aminokwasów - FMN

- oksydaza L aminokwasów - FAD

- w reakcji biorą udział samoutleniające się flawoproteiny

Mechanizm:

- aminokwas wpierw utleniany do iminokwasu

- FMN lub FAD redukuje się odpowiednio do FMNH₂ lub FADH₂

- zredukowane grupy flawinowe przekazują protony i elektrony na tlen - powstaje H₂O₂

- iminokwas reaguje z wodą, w wyniku czego powstaje amoniak i alfa-ketokwas

Deaminacja seryny i treoniny:

- dehydrataza serynowa i treoninowa

- od seryny odłączana jest cząsteczka wody w wyniku czego powstaje aminoakrylan;

- odłącznie wody od aminoakrylanu powoduje jego przekształcenie w pirogronian; przy tym następuje uwolnieniem amoniaku w postaci jonu amonowego

- treonina przekształcana w ten sposób w alfa-ketomaślan z uwolnieniem jonu amonowego

Aminoacydurie:

- wydalanie dużych ilości aminokwasów z moczem

Podział:

1. pierwotne - genetycznie uwarunkowane defekty enzymatyczne w metabolizmie aminokwasów:

a) z przelewu - prawidłowa funkcja nerek, stężenie aminokwasów przekracza próg nerkowy, występuje hiperaminoacyduria i hiperaminoacydemia

b) spowodowane zaburzeniami transportu cewkowego, bez hiperaminoacydemii - genetycznie uwarunkowana dysfunkcja cewki proksymalnej

2. wtórne:

a) z przelewu - przy ciężkich schorzeniach wątroby, przy których nie jest ona w stanie wyłapywać aminokwasów

b) zaburzenia transportu cewkowego w przebiegu choroby nerki

I. Aminoacydurie pierwotne

a) z przelewu:

- hiperfenyloalaninemia - typ I fenyloketonurii

- alkaptonuria - kwas homogentyzynowy

- homocystynuria

- histydynemia (rzadsza)

- MSD - mapla sirup disease - mocz o zapachu syropu klonowego - aminokwasy rozgałęzione

- choroby cyklu mocznikowego

b) spowodowane defektami transportu cewkowego (pierwotne):

- cystynuria

- hipercystynuria - cysteina + cystyna

- choroba Hartnupów

- aminoacyduria dikarboksylowa

Patogeneza aminoacydurii:

- brak końcowego produktu szlaku metabolicznego

- gromadzenie się produktów pośrednich przed miejscem bloku - toksyczny wpływ na układ nerwowy

- uruchomienie bocznych dróg przemian aminokwasów

- przesycenie moczu - aminokwasy tworzą złogi w moczu

Diagnostyka aminoacydurii:

- wykrywanie metabolitów lub ich braku

- wykrywanie aktywności zdefektowanych enzymów

- diagnostyka molekularna - geny, badania prenatalne itd.

Diagnostyka:

a) diagnostyka chorego noworodka

b) testy screeningowe - przesiewowe

- łatwe

- tanie

- proste

- bardziej czułe niż swoiste - żaden chory nie może być uznany za zdrowego, ale zdrowi mogą być zakwalifikowani do grupy chorych

c) badania prenatalne u kobiet, u których w rodzinie były dzieci z defektami metabolicznymi

Dietetyka - białka & aminokwasy:

Zapotrzebowanie na białka:

a) 0,9 - 1 g/kg masy ciała/24 h

b) wzrost zapotrzebowania 1,5-2 razy:

- noworodki

- dzieci i młodzież

- kobiety ciężarne

- kobiety karmiące

Organizm nie magazynuje białka.

Niedobory białka:

- głód ilościowy

- głód jakościowy

U bardzo niedojrzałych noworodków białka mogą być wchłaniane w całości, bez uprzedniego trawienia. Dlatego białka zbożowe takie jak gluten należy podawać z opóźnieniem, żeby nie wywołać reakcji alergicznej.

Białka:

- pełnowartościowe - posiadają wszystkie aminokwasy egzogenne w ilościach odpowiednich do zaspokojenia potrzeb organizmu - tylko pokarm zwierzęcy

- częściowo niepełnowartościowe - przynajmniej jeden aminokwas egzogenny w ilości niewystarczającej

Aminokwasy ograniczające - egzogenne - występują w niewystarczającej ilości.

Histydyna i arginina - aminokwasy częściowo egzogenne, w okresie zwiększonego zapotrzebowania muszą być dostarczane z pokarmem.

Zawartość białka w 100 g produktu:

a) zwierzęce

- żelatyna - 84,2 g

- kurczak - 21,5 g

- wieprzowina - 21 g

- wołowina - 20,9 g

- nabiał - 3,9

b) roślinne:

- soja - 34,2 g

- fasola biała - 21,6 g

- chleb - 7 g

- kasza jęczmienna - 6,9 g

- ziemniaki - 1,9

Białko pełnowartościowe:

- jaja

- mleko kobiece, krowie

- sery

- mięso zwierząt rzeźnych

- mięso drobiu

- mięso ryb

Białka niepełnowartościowe:

- strączkowe

- zboża

- warzywa

- owoce

Aminokwasy ograniczające:

a) zboża - lizyna:

- mleko, mięso, strączkowe

b) kukurydza, żelatyna - tryptofan:

- mleko, mięso, jaja

c) rośliny strączkowe - tryptofan, aminokwasy siarkowe:

- ziarna słonecznika i sezamu

Produkt	Aminokwas ograniczający	Uzupełnienie diety
Zboża	Lizyna	Mleko, mięso, rośliny strączkowe
Kukurydza, żelatyna	Tryptofan	Mleko mięso, jaja
Rośliny strączkowe	Tryptofan, aminokwasy siarkowe	Ziarna słonecznika i sezamu

Aminokwasy egzogenne - występowanie i metabolizm:

a) walina:

- siemie lniane

- metabolizm w tkankach pozawątrobowych

b) leucyna i izoleucyna:

- mleko, kiełki kukurydzy

- metabolizm poza wątrobą

c) fenyloalanina:

- wszystkie białka

- w wątrobie metabolizowana do tyrozyny

d) tryptofan:

- białka zbóż, brak w kolagenie

- służy do syntezy witaminy PP, 5-hydroksytryptaminy, melatoniny

e) metionina:

- mięso, mleko, twaróg, białko jaja

- dawca grup metylowych

- działanie lipotropowe (tak jak cholina) - zapobiega stłuszczeniu hepatocytów

- powstaje z niej homocysteina

f) treonina:

- wszystkie białka

g) lizyna:

- wszystkie białka, brak w kukurydzy

- hydroksylacja, dezaminacja oksydacyjna, udział w produkcji macierzy pozakomórkowej tkanki łącznej

Turnover białek - ich obrót metaboliczny:

- zużywa 15-20% energii potrzebnej do podtrzymania podst. Przemiany materii

- usuwa nieprawidłowe białka

- usuwa niepotrzebne białka - te które spełniły już swoją funkcję, np. przeciwciała, enzymy

- reguluje stężenie poszczególnych białek - dostosowuje je do potrzeb narządu lub tkanki

- bardzo szybki obrót mają enzymy o znaczeniu regulacyjnym

- zapewnia zaopatrzenie tkanek w aminokwasy w okresie poresorpcyjnym

Okres półtrwania białek:

- duże różnice dla poszczególnych białek

- krótki dla białek enzymatycznych (minuty, godziny, dni)

- długi dla białek strukturalnych (mięśni, tkanki łącznej i tkanki nerwowej) - miesiące i lata

- decyduje o nim podatność białek na działanie proteaz

- białka o szybkim obrocie i małej puli tkankowej

- białka o powolnym obrocie i dużej puli tkankowej

Regulacja wielkości puli białek tkankowych:

- skutki syntezy de novo widoczne dopiero po kilkunastu godzinach - regulacja białek o długim okresie półtrwania

- zmiany stężeń hormonów - regulacja syntezy

- na przemianę białek wolno odnawiających się mają wpływ stany nasilonego anabolizmu i katabolizmu

- stężenie białek o krótki okresie półtrwania - regulacja przez zmianę szybkości rozpadu

- prędkość rozpadu regulowana przez dostępność substratów dla enzymów, zmiany stężenia aminokwasów, hormony

- stężenie aminokwasów dopływających do wątroby jest głównym czynnikiem regulującym rozpad białek wątrobowych

Obrót białek wątroby:

- większość białka ulegającego obrotowi to białko szybko się odnawiające - 10% białek wątroby

- białka o wolnym obrocie 24% białek

- w ciągu doby wątroba odnawia 50% puli swoich białek: 50 g/dobę - 1/3 obrotu białek całego organizmu

Okres półtrwania poszczególnych białek:
- dekarboksylaza ornitynowa: 11 minut

- syntetaza ALA: 60 minut

- dehydrogenaza glutaminianowa: 6 godzin

- beta-glukuronidaza: 30 dni

Obrót białek wątroby:

- obrót dotyczy także białek wydzielniczych - na dobę prawie połowa białka narządu - połowa ulega natychmiast wydzieleniu i rozpadowi; reszta to białka o średnim okresie półtrwania: 2-3 dni

- znaczna część to albuminy

- szybkość obrotu regulowana stężeniem dopływających aminokwasów, hormony wywierają pośredni wpływ

- wątroba reguluje zaopatrzenie tkanek w aminokwasy w okresie poresorpcyjnym

Przy niedoborze aminokwasów prędko obniża się poziom białek szybko ulegających rozpadowi:

- białek osocza

- białek wątroby

- białek komórek nabłonka błon śluzowych gruczołów przewodu pokarmowego

- białka układu odpornościowego - mało podatne

Białka mięśni:

- obrót wolniejszy niż w wątrobie

- najwolniejszy obrót aktyny

- w stanach zwiększonego metabolizmu obrót białek wzrasta

- obrót wzrasta w stanach patologicznych, diecie bezbiałkowej, głodzie, cukrzycy, po pobudzeniu hormonami kory nadnerczy, w przebiegu ostrych zakażeń

Prawo minimum: przebieg procesów metabolicznych zależy od niezbędnego czynnika pokarmowego

Wykorzystanie białka zależy od najmniejszej ilości aminokwasu niezbędnego obecnego w spożywanym białku

Minimum białkowe - zabezpiecza pokrycie strat azotu: 0,5 g/kg/dobę

Norma żywieniowa: 0,9-1,0 g/kg/dobę

3:2 - stosunek białek zwierzęcych do roślinnych

Białka częściowo niepełnowartościowe - zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy, ale przynajmniej jeden w ilości niewystarczającej (mąka, kasze)

Białka niepełnowartościowe - kolagen, żelatyna - brak tryptofanu, brak lizyny w kukurydzy

Aminokwasy przekształcane do amin przez dekarboksylacje

Aminy utleniane do imin

Iminy przekształcane do aldehydów i amoniaku przez hydratację

Wpływ hormonów na gospodarkę białkową i cykl mocznikowy:

a) glukokortykosterydy:

- działają katabolicznie na mięśnie powodując w nich rozkład białek;

- uwolnione aminokwasy trafiają do wątroby, gdzie są poddawane glukoneogenezie i wykorzystywane do syntezy białek - anaboliczny wpływ na przemianę białek w wątrobie

b) glukagon:

- pobudza glukoneogenezę i wykorzystanie w niej aminokwasów

c) insulina:

- zmniejsza nasilenie cyklu mocznikowego, ponieważ pobudza transport aminokwasów do komórek mięśni, pobudza tam również syntezę białek.

- w wątrobie insulina zwiększa utylizację glukozy, oszczędzając przez to białka.

- insulina ma z tego powodu dodatni wpływ na bilans azotowy.

d) tyroksyna:

- działanie zależne od ilości

- fizjologiczne ilości - mają anaboliczny wpływ na mięśnie

- nadczynność tarczycy - pobudzenie katabolizmu białek

1

---