Biokémia 2. zh esszé kérdései kidolgozva orvosi lipid lipid transzporttól nukleotid szintézisig PDF

Preview

Summary

lipid transzport,orvosi lipid, aszpirin, ciklooxigenázok, leukotriének, aminosavak, fehérje szerkezet, transzaminálás, dezaminálás, ketogén/glükogén aminosavak, plp, pirimidin, purin de novo szintézis, tumorterápia és antivirális terápia nukleotid/nukleozid és nukleobázis analógokkal...

Description

Orvosi lipid esszé 1. Írja le a lipidek transzportfolyamait a szervezetben, a lipoprotein komplexekre fókuszálva! (10 pont) Táplálék felvétele során a lipoproteinek töltik be a közvetítő szerepet azáltal, hogy kilomikronok (ultra low density lipoprotein – ULDL) formájában szállítják a lipideket a béltraktusból, VLDL formájában pedig a májból oxidáció és egyéb funkciók céljára a szövetekbe, és tárolásra a zsírraktárakba. A lipidek a zsírszövetekből albuminhoz (vérplazmában található) kapcsolódó szabad zsírsav (FFA) formájában mobilizálódnak. A lipoproteinek a vérplazmában találhatóak, melyek a lipidek központi szállítói a szervezetben. Ezek többkomponensű lipid komplexek, olyan molekuláris aggregátumok, melyeket nem kovalens kötések kötnek össze. A lipoproteineknek több osztálya van : HDL, IDL, LDL, VLDL, kilomikronok (ULDL) . Ezek közül a kilomikron a legnagyobb méretű, és csak a HDL illetve LDL képes kijutni az érfalon és eljutni a szöveti sejtekhez. A lipoprotein komplexek a belsejükben neutrális lipideket (koleszteril észterek, triacilglicerolok) tartalmaznak. A belső lipid mag külső felszínén egyrétegű burokban helyezkednek el a töltéssel rendelkező amfoter jellegű lipidek (foszfolipidek), illetve proteinek, mint a perifériás apoprotein (apo-C), integrális apoprotein (apo-B).

A lipidek transzportja a szervezetben végbemehet exogén és endogén útvonalon.

Exogén útvonal: Lényegében a táplálékkal felvett lipidek emésztésével és felszívódásával kezdődik az exogén útvonal. Felnőtt ember naponta kb. 60-100 g zsírt fogyaszt: ennek több mint 90%-a triacilglicerol. Ehhez kb. 1-2 g koleszterol és 4-5 g lecitin szekretálódik az epével. Több féle enzim is részt vesz a lipidek bontásában: 1. lipáz: Triacilglicerol + 2 H2O= beta-monoacilglicerol (MG) + FA (szabad zsírsav) Van egy savstabil formája a szájüregben, illetve a pankreasz acinus sejtjeiből szekretálódik. A lipázt az epesavak gátolják, ezt a kolipáz küszöböli ki, amely a pakreaszból szekretált fehérje, és a tripszin aktiválja. A pankreasz lipáz a trigliceridek 1-es és 3-as pozícióiban hasítja az észterkötést. 2. Koleszteril észteráz: Koleszteril-észter+H2O = Koleszterol + FA 3. Foszfolipáz A: Foszfoglicerid+H2O = α-acil-lizofoszfoglicerid+FA Az epesavak kevert micellákat hoznak létre, ami lehetővé teszi, hogy az emésztett lipid alkotórészek felszívódjanak. (Ez fontos a koleszterol felszívódásához, bár annak jelentős az aktív transzportja is, illetve a zsírban oldódó vitaminok felszívódása is csak a kevert micellák révén lehetséges.) A kevert micellákban az epesavak bekoncentrálják az enzimek által lebontott lipid alkotórészeket, mint a zsírsavak, monoacilglicerol, koleszterol, ez után ezek felszívódása következik, a diffúzió a koncentráció gradiensnek megfelelően történik. A bél lumenből az enterocitákba történik meg a felszívódás. A 2-monoacilglicerolból és hosszú szénláncú zsírsavakból triacilglicerol szintézis történik az enterocitában, és ez a koleszterollal ill. koleszteril-észterrel naszcens kilomikronok formájában jut a nyirokba (kilomikronok felszínén foszfolipidek és apolipoprotein-A, -B, belsejében lipid alkotórészek). A közepes szénláncú zsírsavak a kapillárisokba jutnak.

A koleszterol abszorbciójában és az epesavak reabszorbciójában az enterocitákba fontos szerepe van a NPC1 transzmembrán fehérjének is, mely az enterociták membránjában található. Emellett a flotillin fehérjék elengedhetetlenek a NPC1 mediált koleszterol felvételhez és epesav reabszorbcióhoz.

A nyirokban naszcens kilomikronokra HDL által apo-C és apo-E tevődik, kilomikron jön létre, majd a lipoprotein lipáz triacilglicerolokat hasít le (ezekből származó zsírsavak a szírszövetbe, izomba jutnak), és kilomikron maradék jön létre. A kilomikron maradék apoE-jét érzékelik a májsejtek kilomikron maradék receptorai (LRP1), mivel a receptorok ligandja az apo-E. A kilomikron maradék felvételt az teszi lehetővé, hogy mérete jelentősen lecsökken, ki tud jutni a kapillárisok endotel sejtjei között, és rákötődik a májsejtek kilomikron maradék receptoraira. Így a májsejtekbe kis mennyiségű triglicerid, és az összes táplálékkal bekerülő koleszterol és foszfolipid bejut. A glükózból keletkezett (endogén), és a táplálékkal bejutott (exogén) triacilglicerolt, foszfolipidet és koleszterolt a máj egy újabb lipoproteinbe, a very low density lipoproteinbe (VLDL) csomagolja és a vérbe juttatja, illetve részben raktározhatja vagy az epébe juttatja (koleszterol, foszfolipidek). Endogén útvoval:

A vérbe jutott VLDL-ekhez (felületén apo-B, apo-E) szintén HDL kapcsolódik, amely az apo-A és apo-C -t biztosítja számára. Eközben a lecitin-koleszterol acil transzferáz folyamatosan észterifikálja a VLDL koleszterolt a felszínén. A VLDL-ek lebontása lipoprotein lipáz által történik. A kilomikronokhoz hasonlóan a VLDL leadja a triacilglicerol tartalmát a zsírszövetnek, miközben egyre sűrűbb intermediate density (IDL) és low density lipoproteinné (LDL) alakul. Az IDL tartalmaz triacilglicerolt, koleszterolt és koleszterolésztert, az apo-B 100 és apo-E a ligandja a hepatociták IDL receptorainak. Az LDL már döntően csak koleszterolt, koleszterolésztert és foszfolipideket tartalmaz, apo-B 100-at hordoz, így azok a sejtek (nem csak hepatociták) melyek koleszterolt vagy foszfolipideket igényelnek LDL receptort fejeznek ki, melynek az apo-B a ligandja. A májba jelentős az IDL és LDL visszavétel is, hiszen a feleslegben maradókat a máj veszi vissza. A máj a felesleges koleszterolt epesavakká alakítja, ebben a formában közvetlenül kiüríti az epével, azonban ha túl sok LDL marad a keringésben, a máj nem tudja visszavenni, mivel ez az út nem túl nagy kapacitású, az LDL-koleszterol szint megnő, a koleszterol lerakódik a sejtfalban és érelmeszesedés alakul ki. Reverz koleszterol transzport A sejtmembránokból a felesleges koleszterolt az ABCA1 transzporter juttatja ki, és a HDL veszi fel. A HDL-be került koleszterolt a lecitin-koleszterol acil transzferáz (LCAT) észterifikálja, ezzel elősegíti minél több koleszterol HDL-be jutását. A HDL és a benne lévő lipidek (elsősorban koleszterol) a májba kerülnek, ott a Scavenger Receptor B1 (SR-B1) receptorokhoz kötődve jutnak be a hepatocitákba. A HDL jelentős mennyiségű koleszterolt szállít más szervekbe is, mint a mellékvesekéreg és más endokrin szervekhez a szteroid hormon szintézis miatt. Itt is a SR-B1 biztosítja a sejtekbe való HDL felvételt. 2. Magyarázza el az ApoB48 és ApoB100 közötti különbségeket és ezek fiziológiás következményeit! (10 pont) Az apo-B az egyik leghosszabb ismert polipeptid lánc. Az apo-B 48 (B-100 48%-a) ugyanarról a mRNS-ről képződik, mint az apo-B 100. A bélhámsejtekben (enterocita) olyan stop kodon jelenik meg az apo-B RNS szekvenciában, amely nincs jelen a genomikus DNSben. A stop kodon miatt, amit egy RNS-t editáló enzim hoz létre, a transzláció megáll, így egy jóval rövidebb fehérje jön létre – az apo-B 48. Ezért ez csak az enterocitákban fejeződik ki. Az apo-B 100-at a VLDL, IDL és LDL tartalmazzák. Ezzel szemben az apo-B 48-at csak a kilomikronok és kilomikron maradékok tartalmazzák. Ennek fontos szerepe van, hiszen a 48 nem tartalmazza azt a domént, amelyet az LDL receptorok képesek felismerni, így a kilomikront nem lehet felvenni endocitózissal (kizárólag akkor, amikor a HDL által apo-E tevődik rá, és ezt érzékelik a receptorok). Ezzel szemben a VLDL-ek, majd IDL és LDL-ek felszínén apo-B 100 van, így ezek felvehetőek endocitózissal.

3. Milyen elméleti lehetőségei vannak a koleszterinszint csökkentésének? (10 pont) Amikor a koleszterol rossz helyen halmozódik fel, például az artériák falában, onnan nem mobilizálható és ottani jelenléte elvezet az arterioszklerotikus plakk kialakulásához. A kóros koleszterol depozitumok kialakulásának lehetőségét az is fokozza, hogy a koleszterol veszélyes hajlandóságot mutat passzív kicserélődésre a plazma lipoproteinek és a sejtmembránok között. Mivel a koleszterolt szállítani kell,

koncentrációját alacsonyan és veszélytelen állapotban, a lipoprotein szerkezetek belsejében, észterifikált formában kell tartani. Koleszterolt a legtöbb sejt folyamatosan szintetizál a mevalonát szintézis útvonalon. Emellett étkezéssel naponta nagy mennyiségű koleszterol jut be a szervezetbe. A koleszterol nem bomlik le a szervezetben, hanem az epével ürül változatlan formában, vagy epesavként. A magas koleszterinszint az arterioszklerózis és az epekő kialakulásában játszik meghatározó szerepet. Mevalonát szintézis útvonal:

A koleszterinszint csökkentésének egyik lehetősége a mevalonát anyagcsere útvonal szabályozása a 3-hidroxi-3-metil-glutaril CoA (HMG CoA) reduktáz enzim szintjén. Szabályozható: 1. a reduktáz génjének transzkripciója, ahol a gén promóterét célozzák meg (SREBPk által) 2. a reduktáz transzlációja, ahol az mRNS 5´ régiója a célpont 3. az enzim lebontása, célpont az enzim transzmembrán régiója az endoplazmás retikulumban

Másik lehetőség az LDL receptorok mennyiségének szabályozása (feltehetőleg a koleszterol szintézis és a receptorok száma között kapcsolat van). Az LDL receptorok száma szabályozható a koleszterol szintézis gátlásával transzkripció szintjén. A koleszterol szintézis enzimek és az LDL receptor transzkripcióját szterol szabályozó elemeket kötő fehérjék, ún. SREBP-k szabályozzák. Ezek eredetileg az ER- és a mag membránjában találhatóak. A SREBP-1 és SREBP-2 szekvenciája nagyon hasonló, NH2- végük klasszikus transzkripciós faktornak felel meg. Amikor alacsony a koleszterinszint, az Insig nem tudja proteáz rezisztens környezetben tartani a SREBP-2-t, az a Golgiba kerül, ahol specifikus cisztein proteázok (SP1, SP2) hasítják. Ezzel az NH2- végi szegmens szabaddá válik, bejut a sejtmagba, ahol többek között HMG-CoA szintáz, HMG-CoA reduktáz és LDL receptor gének promóter régióiban lévő SRE szakaszhoz kötődik be, és aktiválja ezen gének transzkripcióját. Azonban ha a sejtekben koleszterol halmozódik fel, a SREBP-k hasítása jelentősen lecsökken, mivel az Insig a SCAP fehérje segítségével olyan környezetbe viszi, ahol nem hasítható, a magban lévő maradék SREBP-k pedig proteolízissel eliminálódnak, így jelentősen lecsökken az LDL receptor szint. További lehetőségek:  étkezési szokások megváltoztatása,  a HDL, ami az anti-atherogén lipoprotein szintjének magasan tartása,  az étkezési és epe koleszterol abszorbciójának gátlása az enterocitákba az NPC1 funkciót gátló ezetimibe szedésével,

 



HMG-CoA reduktáz gátlása statinokkal, csökken az intracelluláris koleszterol, így nő az LDL receptor génről a transzkripció epesavak entheropatikus cirkulációjának gátlása – bélcsatornában megkötni epesavakat, hogy az a széklettel kiürüljön, mivel több epesavat kell szintetizálni, így csökken az intracelluláris koleszterol, nő az LDL receptor gén transzkripciója (mellékhatás hasmenés), az LDL receptort lebontó enzim, a PCSK9 gátlása monoklonális terápiás antitestekkel – így az LDL receptorszám növelése

4. Ismertesse a leptin hatás molekuláris mechanizmusát! (10 pont) Az ob gén kódolja a leptinnek nevezett szekretált fehérjét, melynek az a funkciója, hogy jelezze a zsírraktárak mennyiségét elsősorban az agy számára, a db gén pedig a leptin receptorát kódolja, mely nagy mennyiségben található meg a hipotalamusban. A leptin a vérben olyan koncentrációban kering, amely tükrözi a zsírraktárak mennyiségét. A leptin a zsírszövetekben, az adipocitákban szintetizálódik a triacilglicerol mennyiségének megfelelően. Amikor eléri a hipotalamusz központi szabályozó egységét, kölcsönhatásba kerül a receptorával. Az OB-R (leptin receptor) stimulálásának eredménye a neuropeptid Y és más neuropeptidek bioszintézisének és szekréciójának a gátlása, ezzel az étvágy csökkenése a hipotalamuszban. (A neuoropeptid Ynak számos élettani hatása van, mint az ételfogyasztás szabályozása, az étel felvétele, és ez az étvágyat leghatékonyabban stimuláló neuropeptid.) Emellett a leptin aktiválja a szimpatikus idegrendszert, amely fokozza a termogenezist és energiavesztést. Az inzulinhatás a leptin hatással párhuzamosan és azt erősítve játszik szerepet az étvágy szabályozásában a KIR-ben. Emellett az inzulin szerepet játszik az adipocitákból való leptin felszabadulásban is. A leptin hatására a hipotalamusban fokozódik az étvágyat csökkentő melanocita-stimuláló hormon ( -MSH) szint is, illetve receptorának, az MCR-receptornak a szintje. Leptin hatására pedig csökken nem csak a NPY (fokozza étvágyat), hanem az agouti peptid (AgRP) szintézise is, amely szintén képes az MCRreceptorhoz kötődni, gátolva annak működését. Emellett fokozódik a CART szint, ami csökkenti a NPY szintet. A leptin elsősorban azért van jelen a szervezetben, hogy jelezze, van-e elég zsírraktár az alapvetően fontos funkcióhoz, mint a növekedéshez, vagy reproduktív funkciókhoz. A kövérség kialakulásának egyik gyakori oka ugyanakkor a szabályozás, az „adiposztát” nem megfelelő beállítódása. Kóros éhezési reakció

zajlik, miközben a szervezetben nincs éhezés. Akár magas leptin szint mellett is aktiválódnak az NPY/AgRP neuronok és gátlódnak a POMC neuronokat (α-MSH termelők), vagyis fokozott az NPY és AgRP szint, az AgRP gátolja az egyébként is csökkenő α-MSH szintet, vagyis nő az étvágy. Az étvágy tartós és kóros fokozódása kövérséget eredményez. A kóros szabályozás másik véglete amikor a komplex neuroendokrin szabályozás azt jelzi, hogy jelentős zsírraktár van, miközben nincs, sőt kórosan kevés is lehet. Ekkor a szabályozási reakciók végső eredője, akár csökkent leptin/inzulin szint mellett is, a kóros soványság, a gyakran halálos anorexia.

5. Milyen biológiai funkciói vannak a HDL-nek? (5 pont) Két fő funkciója van: 1. a naszcens kilomikronokra apo C-t és apoE-t juttat, az utóbbi a hepatocitákon található kilomikron maradék receptorának ligandja; a VLDL-re apoA-t és apoC-t juttat 2. részt vesz a reverz koleszterol transzportban: a sejtmembránokból a felesleges koleszterolt az ABCA1 transzporter juttatja ki, és a HDL veszi fel. A HDL-be került koleszterolt a lecitin-koleszterol acil transzferáz (LCAT) észterifikálja, ezzel elősegítve minél több koleszterol HDL-be jutását. A naszcens HDL (kettős foszfolipid rétegű) koleszterolt felvéve átalakul érett HDL-é (egyszeres foszfolipid réteg). A HDL és a benne lévő lipidek, elsősorban a koleszterol a hepatocitákon lévő scavenger receptor B1-hez kötődve jutnak be a májsejtekbe. Emellett a HDL nagy mennyiségű koleszterolt szállít a szteroid hormonok szintézisének helyére, mint a mellékvese kéreg, és más endokrin szervekhez. 6. Ismertesse az ABC transzporterek szerepét a lipid transzport folyamatokban! (5 pont) Az ABC transzporterek génjéről a transzkripciót az LXR magreceptor szabályozza, melynek ligandjai a koleszterol hidroxilált származékai, az oxiszterolok. Ezek megemelkedett intracelluláris szintje az LXR segítségével növeli a transzporterek génjeinek kifejeződését, és ezzel fokozódik a perifériás szövetekben a koleszterol kijuttatása a HDL-be és a májból a koleszterol exkréciója az epébe, illetve csökken a táplálék koleszterol

abszorbciója a vékonybélből, mert több kerül oda vissza az enterocitákból. Az ATP-kötő kazettát (ABC) tartalmazó transzporterek koleszterolt transzportálnak ki a sejtekből. Az egyik tagja az ABCA1 transzporter, melynek károsodása a Tangier betegségért felelős, mely során a sejtekből nem történik hatékony koleszterol efflux, így nem készül HDL. Az ABCG5 és ABCG8 transzporterek az enterocitákból felvett koleszterol nagy részét, valamint a növényi szterolokat (pl. szitoszterol) csaknem teljes egészében visszapumpálják a Golgiba, ahonnan a bélcsatornába a ABCA1 juttatja ki. 7. Mi a molekuláris mechanizmusa az aszpirin lázcsillapító hatásának? (5 pont) A nem-szteroid gyulladásgátlók hatásának mechanizmusa Az aszpirin és a sok más nem szteroid gyulladás gátló a ciklooxigenázt gátolja. A ciklooxigenázoknak két izoformáját ismerjük: COX-1 (konstitutív módon expresszálódik és elsősorban fiziológiás körülmények között működik) és COX-2 (gyulladás alatt indukálódik). Az aszpirin a COX-1-et jóval hatékonyabban gátolja mint a COX-2-t, és az aszpirin mellékhatásait (gyomorvérzés!!) elsősorban a COX-1 gátlás következményei magyarázzák. A gyógyszertervezés és fejlesztés logikus célja specifikus COX-2 gátlószerek kifejlesztése a hatékony, de mellékhatás nélküli gyógykezelés elérésére.

8. Magyarázza el a ciklooxigenáz és leukotrién útvonal közötti különbségeket! (5 pont) Ciklooxigenáz: A prosztanoid- és tromboxánszintézisben membránkötött enzimek vesznek részt. A szintézis elsősorban az endoplazmás retikulumban folyik, de a plazma membrán és a magmembrán is tartalmazza a szükséges enzimeket. A szintézis első lépésében dioxigenálással az arachidonsavba két molekula oxigén épül be. A reakciót a ciklooxigenáz enzim katalizálja: kialakul a ciklopentángyűrű, és prosztaglandinendoperoxid - PGG2 keletkezik. A PGGi 15-hidroperoxi-csoportja redukálódik 15-hidroxilcsoporttá a prosztaglandin-hidroperoxidáz hatására, és egy másik prosztaglandinendoperoxid - PGH2 keletkezik. A két, egymáshoz szorosan asszociált enzimet együttesen prosztaglandin-endoperoxid-szintetáznak nevezik. A ciklooxigenáz aktivitását számos nem szteroid típusú gyulladáscsökkentő gyógyszer (indometacin, szalicilátok stb.) gátolja. Az acetil-szalicilsav (aszpirin) például az enzim kovalens modifikációját (Ser-acetiláció) okozza. Ezért a gyulladáscsökkentő gyógyszerek általában gátolják a prosztaglandin- és tromboxánszintézist.

PGH2-ből különböző reakcióutakon prosztaglandinok, prosztaciklin és tromboxán keletkezik. PGH2-ből a 9-11-endoperoxi-híd hidrolitikus hasítása, illetve oxidoredukció eredményeképpen következő három, természetben előforduló prosztaglandin- származék keletkezhet: PGD2, PGE2, PGF2a. A PGD2 szintézisét a PGH-PGD-izomeráz katalizálja. A PGE2 szintézise szintén izomerizáció, az enzim működéséhez glutation szükséges. PGF2a szintézise több úton: PGE2ből, PGD2-ből, illetve PGH2-ből történhet redukcióval. A prosztaciklin (PGI2) és a tromboxán-A2 (TXA2) biciklusos molekula; intramolekuláris oxido- redukció útján képződnek. A PGI2-szmtézist a prosztaciklin-szintetáz, a TXA2 szintézisét a tromboxán- szintetáz katalizálja, mindkettő citokróm-P450 típusú enzim; heteroatomot tartalmazó gyűrűs szerkezet alakul ki. A különböző oxidált arachidonsav-származékok általában igen rövid időn belül inaktiválódnak. Termelődésük után rendszerint szecemálódnak. Katabolizmusuk a vérben, illetve szövetekben történhet, a lebontás kitüntetetten fontos helyei a tüdő, a vese és a máj. A különböző típusú sejtek a szecemált prosztaglandinokat felveszik, és két lépésben inaktiválják. Először a valamennyi PG-származék aktivitásához nélkülözhetetlen 15C-atomon elhelyezkedő OH-csoport oxidálódik ketocsoporttá a 15-hidroxi-prosztaglandin-dehidrogenáz (PGDE1) hatására. A PGDH a citoszolban található, mind NAD+, mind NADP+ koenzimmel működő formái ismeretesek. A második lépésben a 13 és 14C-atom közötti kettős kötés redukálódik, és ezzel a biológiai aktivitás elvész. A prosztaciklin hidrolízissel 6-keto-PGFia-vá alakul, a TXA2 szintén spontán TXB2-vé.

Leukotrién: A leukotriének szintéziséhez is a foszfolipáz-A2 aktiválása szükséges. Ez a lépés megegyezik a prosztanoidok szintézisének első lépésével. Különbség a prosztanoidszintézissel szemben, hogy a leukotrién- szintézist kiváltó stimulus mindjárt a reakciósorozat második lépését katalizáló lipoxigenáz aktiválását is jelenti. A lipoxigenázok vastartalmú fehérjék, amelyek azonban nem tartalm aznak hemet. Egy oxigén- molekula beépülését katalizálják az arachidonsav meghatározott szénatomján (5,12 vagy 15C-atomon). A leukotriének szintézise szempontjából az 5-lipoxigenálás az alapvetően jelentős út. Az 5lipoxigenáz kalcium dependens enzim. Az 5-lipoxigenáz hatására 5-hidroperoxi-6,8,11,14eikozatetraénsav (5-HPETE) keletkezik. A keletkezett 5-HPETE megfelelő hidroxisavvá redukálódhat, 5-HETE keletkezhet: az alifás lánc további pontjain oxigenálódhat, és végül dihidroxi-eikozatetraénsavak keletkezhetnek (diHETE). A leukotriénszintézis szempontjából a legfontosabb reakció azonban az, amikor instabil epoxizsírsav, 5-oxido- 7,9,11,14eikozatetraénsav keletkezik. Ezt a vegyületet nevezik leukotrién-A4-nek (LTA4), mert már tartalmazza a leukotriénekre jellemző konjugált kettős kötéses szerkezetet...