12 - Notatki z wykładu 12 PDF

Preview

Summary

Zagadnienia na wejściówkę z metabolizmu tłuszczów oraz białek + katabolizm...

Description

Kartkówka 12- Katabolizm białek i tłuszczów • Transaminacja i deaminacja aminokwasów Trans aminacja jest kluczowym procesem w metabolizmie aminokwasów. Jet to proces takalizowany przez enzymy z klasy transferaz. Tranzaminacja jest reakcja odwracalnego przeniesienia gurpy aminowej aminokwasu na jeden z trzech a-ketokwasów: -Pirogronian – reakcja katalizowana przez aminotransferaze alaninową → alanina -Szczawiooctan – reakcja katalizowana przez aminotransferaze asparginianową → asparaginian. -a-ktetoglutaran – reakcja katalizowana przez aminotransferaze glutaminianową → glutaminian. Produktem transaminacji jest nowy L-aminokwas oraz nowy a-ketokwas. Dezaminacja polega na odwodorowaniu aminokwasów z udziałem enzymów flawoproteinowych, które są odbiorcą oraz przenośnikiem protonów i elektronów na tlen. Zachodzi ona w cytoplazmie, głównie komórek wątrobowych. Dzięki temu procesowi aminokwasy są utleniane przez oksydazę aminokwasową, FMN ulega redukcji do FMNH2 i ponownie utleniony cząsteczkowym O2. Tokszyczny H2O2 jest inaktywowany przez katalazę. 1. Grupa aminowa jest przekształcana w grupę iminową, a tlen podlega redukcji do nadtlenku wodoru. 2. Iminokwas podkega hydrolizie, uwalnia amoniak i przekształca się w ketokwas. 3. Nadtlenek wodoru jest rozkładany przez kalataze. • Cykl mocznikowy i cykl alaninowy Cykl mocznikowy Mocznik jest syntetyzowany w wątrobie w cyklu mocznikowym. Następnie jest on wydzielany do krwiobiegu, filtrowany przez nerki i wydalany z moczem. Sumaryczna reakcja: NH4+ + HCO3+ + H2O + 3 ATP + asparginian→ mocznik + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi + fumaran Cykl mocznikowy składa się z 5 reakcji enzymatycznych z których pierwsze dwie umiejscowione są w mitochondriach, a kolejne w cytozolu: 1. Syntetaza karbamilofosforanowa katalizuje aktywację i kondensację amoniaku pochodzącego z oksydacyjnej deanimacji z CO2, prowadzącą do utworzenia karbamoilofosforanu. Hydroliza 2 ATP sprawia że reakcja jest praktycznie nieodwracalna. 2. Przeniesienie grupy karbamilowej z karbamoilofosforanu na ornitynę przez karbamoilotransferazę ornitynową. W reakcji powstaje również cytrulina, która jest następnie transportowana do cytozolu gdzie zachodzą pozostałe reakcje cyklu. 3. Cytrulina ulega kondensacji z asparginianem z którego pochodzi drugi atom azotu w moczniku, do argininobursztynianu w reakcji katalizowanej przez syntetazę argininobursztynianową. Reakcja ta przebiega dzięki hydrolizie ATP do AMP i PPi oraz zachodzącej następnie hydrolizie pirofosforanu. 4. Liaza argininobursztynianowa usuwa szkielet węglowy asparaginianu z argininobursztynianu w postaci fumaranu, pozostawiają atom azotu w drugim produkcie – argininie. Ponieważ arginina powstaje w cyklu mocznikowym w organizmach ureotelicznych jest zaliczana do związków endogennych, jest bezpośrednim prekursorem mocznika. 5. Mocznik powstaje z argininy w reakcji katalizowanej przez arginazę, z równoczesną regeneracją ornityny, która jest następnie transportowana do mitochondrium i może znowu przyłączyć kolejną cząsteczke karbamoilofosforanu. Cykl alaninowy Alanina jest jednym z aminokwasów endogennych. Pirogronian utworzony w glikolizie, reagując z aminokwasem, może zostać dzięki aminotransferazie przekształcony a alaninę, grupa ketonowa z drugiego atomu węgla pirogronianu

przeniesie się w miejsce byłej grupy aminowej poprzedniego aminokwasu, co uczyni z niego ketowkas. Powstałą w tkance mięśniowej alanina przedostaje się do krwi a następnie do wątroby, gdzie ulega po raz drugi transaminacji, ponownie z aminokwasu stając się ketokwasem – pirogronianem. Grupa aminowa zostaje przekazana na inny ketokwas. Pirogronian dzięki ATP z B-oksydacji może zostać przekształcony ponownie w heksoze na drodze glukoneogenezy, szczególnie w okresie niedoboru glukozy we krwi. Powstający glukozo-6-fosforan jest hydrolizowany do glukozy i fosforanu w komórkach wątroby. Glukoza opuszcza hepatocyty i udaje się krwiobiegiem do zapotrzebowanych tkanek. • Przekształcenia łańcuchów węglowych aminokwasów Łańcuchy węglowe roskładanych aminokwasó są przekształcane w pirogronian, acetylo-CoA, acetooctan bądz w intermediaty cyklu kwasu cytrunowego. Aminokwasy C3 – alanina, seryna, cysteina oraz glicyna, treonina i tryptofan - są degradowane do pirogronianu. Aminokwasy C4 – asparagina i kwas asparaginowy - są przekształcane w szczawiooctan. Aminokwasy C5 – łańcuchy węglowe glutaminianu oraz glutaminy, histydyny, proliny i arginiy – mogą przekształcić się w glutaminian, wchodzą w cykl Krebsa na etapie a-ketoglutaranu. Niektóre atomy węgla metioniny, izoleucyny i waliny wchodzą w cykl Krebsa przez bursztynyloCoA Leucyna rozkłąda się do acetooctanu oraz acetylo-CoA. Rozkład fenyloalaniny i tyrozyny poddane są rozszczepieniu pierścieni aromatycznych. Cztery z ich węgli ulegają przemianie do fumaranu, i cztery znajdowane są w acetooctanie • Budowa i rola biologiczna kreatyny, fosfokreatyny oraz kreatyniny Kreatyna Jest to związek organiczny zbudowany z trzech aminokwasów: argininy, glicyny i metioniny. Część tego związku jest syntetyzowana przez organizm a pozostała jest dostarczana w pożywieniu. Mięśnie przechowują kreatyne w postaci fosfokreatyny (66%) a pozostałe 33% stanowi wolna kreatyna, w fizjologicznej aktywnej substancji niezbędnej do skurczu mięśni. Podstawowym jej zródłem są ryby i czerwone mięso. Jest gromadzona w organizmie w postaci wolnej bądz sfosforylowanej. Ma potencjalne działanie przeciwutleniające na poziomie komórek i chromi komórki mięśniowe przed stresem oksydacyjnym, stwierdzono również pozytywny wpływ na gojenie się ran oraz uszkodzenia mięśni. Wysoka jej zawartość w mięśniach stymuluje syntezę białek działających antykatabolicznie i anabolicznie, co wpływa na szybszy przyrost masy mięśniowej, sprawność i regeneracje. Fosfokreatyna Powstaje ona w wyniku fosforylacji kreatyny przy udziale kinazy kreatynowej. Należy do fosfagenów – stanowiących zapasową formę fosforanów wysokoenergetycznych. Pozwala ona na utrzymanie stężenia ATP w mięśniach, w sytuacji gdy ATP jest szybko zużywane, służąc jako zródło energii dla skurczu mięśnia. Fosfokreatyna może zmniejszać ryzyko uszkodzenia mięśni serca – działa kardioprotekcyjnie – chroni i zapobiega nieprawidłowościom jego pracy. Kreatynina Jet to związek wydalany przez nerki, wytwarzany głównie w mięśniach, i występuje w krwi oraz moczu. Jej poziom oznacza się w surowicy krwi co pozwala na ocenę stanu funkcjonalności nerek. Jest pochodną kreatyny powstającą w trakcie przemian metabolicznych. Jest produktem rozpadu kreatyny która wykorzystywana jest w mięśniach jako nośnik energii. Z mięśni kreatynina przedostaje się do krwi by następnie trafić do kłębuszków nerkowych. U człowieka zdrowego jest ona filtrowana w nerkach i wydalana z moczem.

• Hydroliza tłuszczów – zmydlanie Hydroliza tłuszczów zachodzi pod wpływem enzymów zwanych lipazami które je rozkładają. Tłuszcze w organizmie człowieka rozkładane są w niewielkim stopniu już w żołądku, ale przede wszystkim w dwunastnicy i jelicie cienkim. Produkty hydrolizy tłuszczów są utleniane dzięki czemu uzyskuje się energie. Hydrolityczny rozkład tłuszczów zachodzi naturalnie pod wpływem zawartej w tłuszczu wody i z udziałem enzymów zwanych lipazami triacyloglicerolowymi. Zwiększenie zawartości wolnych kwasów tłuszczowych pogarsza jakość sensoryczną lipidów. Reakcja hydrolizy jest jedną z ważnych metod chemicznej przeróbki tłuszczów. W wyniku reakcji hydrolizy tłuszczów otrzymuje się glicerol i kwasy tłuszczowe. występuje w dwóch wariantach: 1. kwasowa (pod wpływem wody) 2. zasadowa (pod wpływem zasady). -Hydroliza zasadowa nazywana jest inaczej zmydlaniem, w jej wyniku otrzymujemy glicerol i mydło. -W przypadku hydrolizy kwasowej produktami są glicerol i kwas tłuszczowy. Polega na katalitycznym działaniu jonów wodorowych w procesie hydrolizy. Produktami reakcji są wolne kwasy tłuszczowe i glicerol. • Metabolizm glicerolu Glicerol znajduje się w cząsteczce zwanej triacyloglicerolem którego jest szkieletem, połączonym z trzema łańcuchami kwasów tłuszczowych za pomocą wiązań estrowych. Kwasy tłuszczowe uwalniane są ze szkieletu glicerolowego dzięki katalicznemu działaniu lipaz. Kwasy te są rozkłądane na drodze B-oksydacji, natomiast szkielet glicerolowy ulega przekształceniu w fosfohydroksyaceton, który stanowi związek enzymów: kinazy glicerolowej która zużywając ATP katalizuje reakcje ufosforylowania glicerolu do L-3-fosfoglicerolu, i dehydrogenazy 3-fosfoglicerolowej umżliwiającej powstanie fosfodihydroksyacetonu. • Aktywacja kwasów tłuszczowych Rozpad kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu komórek prokariotycznych oraz w matrix mitochondrialnej eukariotycznych. Zanim jednak dotrze do matrix ulega aktywacji przez utworzenie wiązania tioestrowego z CoA tworząc acylo-CoA. Reakcja ta zużywa cząsteczkę ATP (do AMP i PPi) i katalizowana jest przez syntazę acylo-CoA, umiejscowioną na zewnętrznej błonie mitochondrialnej. Transport cząsteczek acylo-CoA zawierający do 10 atomów węgla zachodzi bezpośrednio przez błonę mitochondrialną. Cząsteczki o dłuższych łańcuchach przechodzą przez błonę po sprzężeniu z cząsteczką karnityny z udziałem acylotransferazy karnitynowej I. • Rola L-karnityny L-karnityna jest związkiem o charakterze alkoholowym który odgrywa istotną rolę w metabolizmie długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Przenosi aktywowane (acylo-CoA) cząsteczki kwasów tłuszczowych z cytosolu do macierzy mitochondrialnej, gdzie ulegają utlenianiu w procesie oksydacji. W cytosolu grupa acylowa zostaje przeniesiona z atomu siarki CoA na grupę hydroksylową karnityny z udziałem acylotransferazy karnitynowej I, znajdującej się po zewnętrznej stronie wewnętrznej błony mitochondrialnej. Błony mitochondrialne są nieprzepuszczalne dla długołańcuchowych acylo-CoA i niepolarnych cząsteczek CoA. Bierze również udział w metabolizmie węglowodanów oraz niektórych rozgałęzionych aminokwasów. Pełni rolę antyoksydantu zapobiegając akumulacji końcowych produktów peroksydacji lipidów. Działa chelatująco przyczyniając się do zmniejszenia stężenia żelaza w cytosolu komórek.

-Reguluje również wpływa na aktywność hormonów takich jak hormony tarczycy (zaangażowane w spalanie tłuszczów) bądz testosteron. -Wpływa na stabilizjację błon komórkowych oraz jest lekiem na różne choroby układu krążenia, nerek, mięśni szkieletowych, wrodzonych jej niedoborów, • ꞵ-oksydacyjny rozkład kwasów tłuszczowych Jest to szereg reakcji przekształcenia kwasów tłuszczowych w acetylokoenzym A. Przebiega ona następująco: 1. Utlenienie acylo-CoA do enoilo-CoA, zawierającego w łańcuchu kwasu tłuszczowego wiązanie podwójne trans-∆2, czemu towarzyszy powatanie FADH2. Reakcja katalizowana jest przez dehydrogenazę acylo-CoA. 2. Uwodnienie trans ∆2-enoilo-CoA do 3-hydroksyacylo-CoA. Reakcja katalizowana jest przez hydratazę enoilo-CoA 3. Utlenianie 3-hydroksyacylo-CoA do 3-ketoacylo-CoA, czemu towarzyszy powstanie NADH. Reakcja katalizowana przez hydroksyacylo-CoA. 4. Rozszczepienie lub tioliza 3-ketoacylo-CoA przez drugą cząsteczke CoA, prowadzące do powstania acetylo-CoA i acylo-CoA skróconego o dwa atomy węgla. Reakcja katalizowana jest przez b-ketotiolazę. Rozpad poszczególnych kwasów obejmuje powtarzającą się sekwencję czterech reakcji: utlenienie (przez FAD), uwodnienie, utlenienie (przez NAD+) i tiolizę. Reakcje te tworzą cykl degradacji kwasu tłuszczowego, a ich skutkiem jest kolejne usuwanie jednostek dwuwęglowych w postaci acetylo-CoA z końca łańcucha kwasu tłuszczowego. Nasza b-oksydacja wywodzi się od rozszczepiania wiązania ∆2 znajdującego się w łańcuchu kwasu. Cząsteczka acylo-CoA podlega obrotom cyklu aż do ostatniego w którym z czterema atomami węgla rozszczepiany jest na dwie cząsteczki acetylo-CoA które trafiają do cyklu Krebsa. • Bilans energetyczny całkowitego utleniania kwasów tłuszczowych Rozpad kwasów tłuszczowych polega na ultenianiu długołańcuchowych kwasów tłuszczowych czemu towarzyszy wytwarzanie ATP. Np. bilans całkowitego rozpadu cząsteczki kwasu palmtynowego (16C) w b-oksydacji prowadzi do powstania 28ATP w wyniku ulteniania FADH2 i NADH, oraz 80ATP z rozkładu acetylo-CoA w cyklu krebsa = w sumie wydajność energetyczna wynosi 106ATP. Bilans energetyczny jednego obrotu B-oksydacji przyjmując że utlenienie NADH = 2,5ATP a FADH2 = 1,5ATP Podczas aktywacji kwasów tłuszczowych i powstania Acylo-CoA zużyte zostają 2ATP. (AMP i PPi) Podczas jednego obrotu w cyklu B-oksydacji powstaje FADH2 oraz NADH + H+, oraz AcetyloCoA do cyklu krebsa, w łańcuchu oddechowym uzyskujemy z tego etapu 5ATP. Ilość obrotów zależy od długości łańcucha, który co cykl skraca się o 2 atomy węgla, natomiast w ostatnim cyklu uwalniane są dwie cząsteczki acetylo-CoA. W cyklu krebsa a acetylo-CoA powstaje 2CO2, 3 NADH H+, FADH2 oraz 1GTP co w sumie po łańcuchu oddechowym daje 12ATP (11 z łańcucha) • Ciała ketonowe: powstawanie i rola biologiczna Rola - Ciała ketonowe są zródłem energii wykorzystywanym przez niektóre narządy w momencie gdy organizmie nie dysponuje odpowiednią ilością glukozy. W normalnych warunkach ciała ketonowe wytwarzane są w niewielkiej ilości, a proces ten jest kontrolowany przez hormony takie jak epinegryna, glikogen, hormon wzrostu oraz insulina

Ich powstawanie zależy również od diety, nadmiar tłuszczów będzie prowadził do nadmiaru acetylo-CoA który nie będzie ulteniany ani nie wejdzie w szlak syntezy kwasów tłuszczowcyh. W takiej sytuacji komórka zmienia ten nadmier acetylo-CoA w ciała ketonowe. Wyrózniamy trzy cfiała ketonowe: Aceton, Kwas acetooctowy oraz Kwas B-hydroksymasłowy. Synteza ciał ketonowych zachodzi głównie w wątrobie. 1. Dwie cząsteczki acetylo-CoA kondensują się tworząc acetooctan. 2. Acetooctan: a) podlega samoistnej dekarboksylacji tworząc aceton b) przyłączając wodór z NADH2 tworzy B-hydroksymaślan. Wszystkie 3 związki wątroba wyrzuca do krwiobiegu skąd pobierane są przez tkanki obwodowe priorytetowo jako paliwo, bądź wydalane są z moczem. W wysokim stężeniu mogą być wynikiem, głodzenia się, organiczonego spozycia węglowodanów, wyczerpującego i przedłużającego się wysiłku fizycznego. Objawami są utrata apetytu, chroniczne zmęcenie, suchość w ustach, zmiana zapachu potu, moczu oraz oddechu,... Zasady metod: ◦ Reakcje charakterystyczne dla mocznika i kreatyniny ◦ Reakcja kwasem azotowym (V) Mocznik (diamid kwasu węglowego) jest związkiem bardziej zasadowym niż monoamidy kwasów karboksylowych, przez co łatwo tworzy sole z mocnymi zasadami. Przykładem jest wytrącanie mocznika z roztworów wodnych pod wpływem kwasu azotowego V. Tworzy się w ten sposób trudno rozpuszczalny aoztan V mocznika. •

◦ Odczyn biuretowy (Piotrowskiego) Podczas ogrzewania mocznika tworzy się dimocznik (biuret) i wydziela się amoniak. W zasadowym środowisku biuret znajduje się w formie enolowej i tworzy z jonami miedzi związki o charakterystycznym fioletowym zabarwieniu. Tego typu kompleksy tworzą również peptydy oraz miałka. ◦ Reakcja z kwasem azotowym (III) Mocznik tak jak aminy alifatyczne I-rzędowe, może reagować w kwasem azotowym III. Mocznik ulega rozkładowi do CO2 i H2O, oraz następuje wydzielanie gazowego azotu z mieszaniny reakcyjnej.

◦ Odczyn Weyla

Keratynina w zasadowym środowizku tworzy z nitroprusydkiem sody barwne kompleksy. Pojawiające się czerwone zabarwienie po pewnym czasie blednia, a znika natyczmiast po zakwaszeniu kwasem octowym. Odczyn jest mało swoisty gdyż wynik pozytywny mogą dawać substancje ketonowe, lecz wtedy zabarwienie roztworu utrzymuje się po dodaniu kwasu octowego. ◦ Odczyn Jaffego Keratynina w środowisku zasadowym tworzy z kwasem pikrynowym kompleks o pomarańczowoczerwonej barwie zwany jako pikrynian kreatyniny. Oznaczanie stężenia triacylogliceroli w materiale biologicznym (metoda Sterna i Shapiro) W metodzie Sterna i Shapiro wykorzystujw się triacyloglicerole uzyskane z surowicy krwi przy użyciu izopropanolu. Wyestrahowane triacyloglicerole poddaje się hydrolizie z obecności NaOH. Powstałe wolne reszty kwasów tłuszczowych reagują z hydroksyloaminą tworząc kwasy hydroksamwoe, które w środowisku kwaśnym, w obecności jonów Fe 3+ tworzą barwny kompleks o barwie brązowofioletowej. Środowisko kwaśne zabezpiecza przed powstaniem osadu wodorotlenku żelaza III. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna do stężenia uwolnionych reszt kwasów tłuszczowych....