Transcript for:
Egzamin z Biochemii - Kluczowe Tematy

Title: URL Source: file://pdf.784518e891f84f1a659f4e19f9589827/ Markdown Content: 1 Skrypt z jeykiem i szczupaczkiem czyli egzamin z biochemii w 72h. Czy tyle wystarczy???? Niniejszy skrypt powsta na podstawie notatek Michaa Jerzyka uzupenionych wykadami M2K . Nazwa skryptu zostaa zainspirowana ww . Twrc notatek oraz rekinkiem z neuroanatomii. Wszelkie prawa autorskie wyjebane . 2 # UWAGA WANE ! Jest to wersja DEMO(n) - DEMO(n) poniewa rozpierdala katedr biochemii w drobny mak, ale w sowie ukryte jest te DEMO nawet ChatGPT Premium , ktry pomaga nam stworzy An ki do tego skrypt u , ma ograniczone moliwoci, a co dopiero my . Dlatego wersja ta jeszcze nie jest finalnie sformatowana i uzupenion a, nie ma te jeszcze czci Anek ktre pojawi si na dysku na dniach . Informacja dla pierwszakw katedra lubi sobie pozmienia materia jaki obowizuje was na kolosy i egzamin w danym roku. Patrzc na to, e jestecie rocznikiem ktry ma 2 semestry a nie 3 , to zap ewne takie zmiany si pojawi. Dlatego uczc si do kolosa z tego skryptu sprawdcie jakie wykady na danego kolosa obowizuj i czy nie zostao jeszcze co dodane ! Jak bd jakie zmiany, to w miar naszych moliwoci wam pomoemy uzupeni skrypt. Kontakt: projekt [email protected] 3 Spis treci 1. Enzymy strona 3 2. Metabolizm informacji strona 20Z a. Ank i Enzymy i metabolizm informacji i str 30 3. Zwizki az otowe strona 32 4. Metabolizm zwizkw azotowych strona 36 a. Anki zwizki azotowe strona 65 5. Lipidy strona 6 5 a. Anki lipidy strona 113 6. Wglowodany strona 114 a. Anki wglowodany - strona 162 7. Zaburzenia metaboliczne 16 3 a. Anki zaburzenia metaboliczne - strona 201 8. Energetyka komrki 20 2 a. Anki - energetyka komrki 239 9. Jelita, serce, mzg 240 a. Anki - Jelita, serce, mzg strona 2 65 10. Krew i nowotwory 26 6 a. Anki Krew i nowotwory strona 30 1 ANKI: Do podpunktw z Ankami w powyszym spisie treci s dodane linki w postaci hipercza (wystarczy nacisn podkrelony tekst). Na kocu kadego tematu rwnie znajduje si link do dysku Google na ktrym s Anki dla danego tematu, stworzone przy pomocy GPT premium. Link do caoci: https://drive.google.com/file/d/1pXX7UJMHj5MQBdOR7bYgH0xxrDrzeUpm Ryciny by Booba na podstawie MJ i nie tylko (klika tylko mi si nie chciao robi > rdo: prezentacje M2K) 4 # 1. ENZYMY 1. Informacje oglne: -s to biakowe biokatalizatory -obniaj energi aktywacji -przypieszaj reakcj, jednoczenie nie przesuwajc stanu rwnowagi Enzym perfekcyjny /doskonay enzym dla ktrego szybko reakcji jest limitowana jedyni e szybkoci dyfuzji substratu lub produktu odpowiednio do lub z miejsca aktywnego enzymu . Przykady enzymu perfekcyjnego: a. Anhydraza wglanowa b. Izomeraza tiozofosforan owa c. AChe = acetylocholinosteraza d. SOD = Dysmutaza ponadtlenkowa Wyrniamy sze klas enzymw: 1. Oksydoreduktazy funkcja: przenoszenie elektronw, reakcje typu redox. Np.: oksydazy, reduktazy, dehydrogenazy 2. Transferazy przenoszenie grup funkcyjnych lub atomw Np.: kinazy, transaminazy, metylotransferazy 3. Hydrolazy rozkadaj zwizki zoone do prostych przy udziale wody Np.: peptydazy, glikozydazy, estrazy 4. Li azy (Syntazy) rozszczepiaj wizania bez udziau wody Np. Dekarboksylaz y, aldolaz y, dehydratazy 5. Ligazy tworzenie wiza z udziaem wody Np.: syntetazy, karboksylazy 6. Izomerazy przeprowadzaj przegrupowania wewntrzczsteczkowe Np.: izomerazy, epimerazy 2.Lokalizacja enzymw Wyrniamy enzymy: A. Wewntrzkomrkowe -cytozol lub macierz organelli -bona komrkowa organelli B. Zewntrzkomrkowe Sekrec yjne =wydzielnicze. S fizjologicznie wydzielane do ECM (pynu pozakomrkowego); Znaczenie diagnostyczne: ich stenie mona oznaczy w osoczu. Przykady: czynniki krzepnicia Ekskrecyjne = wydalnicze. Produkowane s przez gruczoy zewntrzwydzielnicze np. Trzustka. Ich obecno w osoczu wiadczy o zablokowaniu przewodu wydzielniczego i zastoju ekskretu. Przykady : lipaza i amylaza 5 Wskanikowe = nekroenzymy. S to enzymy wewntrzkomrkowe, ale uwalniane s poza komrk w przypadku jej uszkodzenia. Wzrost stenia osocza moe wiadczy o uszkodzeniu narzdu. Przykady : AspAT, AlAT, LDH (mog wiadczy o niewydolnoci wtroby) 3.Rodzaje enzymw Wyrniamy: Kompleks enzymatyczny wiele enzymw zwizanych niekowalencyjnie , katalizuje 2 lub wicej reakcji szlaku metabolicznego. Produkt jednej reakcji staje si substratem kolejnej. Np.: kompleks Dehydrogenazy pirogronianowej, synteza tryptofanu. Enzymy wielofunkcyjne jeden enzym, ktry ma wiele aktywnoci enzymatycznych. Prawdopodobnie powstay wskutek fuzji wielu genw (karboksylaza acetylo CoA Enzymy wielozadaniowe enzymy posiadajce prcz funkcji katalitycznej funkcj niekatalityczn lub takie ktre posiadaj dwie niepowizane funkcje katalityczne kanoniczn = gwn i niekanoniczn. Regulacja jednej funkcji nie wpywa na drug. 4.Akonitaza Jest to enzym wielozadaniowy: 1. Jest enzymem cyklu Krebsa przeksztacenia cytrynianu w izocytryninan 2. Reguluje poziom elaza w komrce. Hamuje syntez ferrytyny i stymuluje syntez transferyny, poniewa sam potrzebuje Fe do prawidowego dziaania (ferrytyna to magazyn elaza, a transferyna uczestniczy w transporcie Fe z komrek magazynujcych do komrek docelowych) 5.Kofaktory Koenzymw Centrum aktywne enzymu = miejsce wice (odpowiedzialne z przyczanie i orientacj substratu ) + miejsce katalityczne (odpowiedzialne za przeprowadzanie reakcji katalitycznej) Holoenzym (czyli enzym aktywny) = apoenzym (enzym nieaktywny) + Kofaktor (kofaktorem moe by koenzym , ktry jest nietrwale zwizany lub grupa prostetyczna , ktra jest stale zwizana ) Kofaktorami wielu enzymw s pochodne witamin rozpuszczalnych w wodzie: WITAMINA KOFAKTOR ROLA NIEDOBR B1 (Tiamina) Pirofosforan tiaminy Transfer grupy aldehydowej Choroba Beri - Beri B2 (Ryboflawina) Koenzymy flawinowe (FAD, FMN) Reakcje typu redox Stany zapalne skry B3 (Nikotynamid) NAD+, NADP + Reakcje typu redox Pelagra B5 (Pentotenian) Koenzym A (acetylo CoA) Transfer reszty acetylowej Nadcinienie B6 (Pirodoksyna) Fosforan pirodkos alu Reakcje transaminacji, dekarboksylacji Depresja B7/ H (Biotyna) Biocytyna Przenoszenie jednostek jednowglowych Wypadanie wosw, amliwo paznokci 6 B9 (Kwas foliowy) Tetrahydrofolian Przenoszenie jednostek jednowglowych Anemia megaloblastyczna, defekty OUN u podw B12(Kobalamina) Kobalaminy i kobalamidy Utlenianie aminokwasw i kwasw tuszczowych Niedokrwisto C (Askorbinian) Askorbinian Hydroksylacja np. Kolagenu, katecholamin Szkorbut K1 (Filochinon) Hydrochinon karboksylazy Zaburzenia krzepliwoci krwi K2 (Menachinon) Gospodarka wapnia K3 (medianon) Krzepnicie krwi *tak, trzeba zna te tabelk 6. Swoisto enzymu 1. Absolutna enzym jest swoisty to znaczy, e czy si tylko z cile okrelonym substratem. Np. Glukozo 6 fosfataza, ureaza. 2. Grupowa enzym swoisty do grupy funkcyjnej. Np. fosfataz y, oksydazy aminokwasw. 3. Stereochemiczna swoisty do jednego z izomerw : cis/trans np. Fumaraza, L/D np. oksydaza D aminokwasw, / np. amylaza. 4. Wobec wizania swoisto wobec rodzaju wizania (np. peptydazy), konkretnego wizania (np. Aminopeptydaza) Schemat przebiegu reakcji enzymatycznej: E + S > E S > ES* > EP > E +P E-enzym, S -su bstrat, ES kompleks enzym substrat, ES* - stan przejciowy , EP kompleks enzym produkt, P produkt Stan przejciowy jest to stan wysokoenergetyczny, nietrway, niestabilny. Stare wizania jeszcze nie ulegy rozszczepieniu, a nowe jeszcze nie powstay . Charakteryzuje si rwnym prawdopodobiestwem dekompozycji do produktw i substratw. Intermediaty stabilniejsze i duej trwajce formy od stanw przejciowych. Obecno intermediatw zwiksza liczb stanw przejciowych np. w cyklu protezy HIV 1(enzym replikacji wirusa HIV) E + S > ES > ES * > I >ES* *> I > ES*** > EP > E + P E-enzym, S -substrat, ES kompleks enzym substrat, ES* - stan przejciowy , EP kompleks enzym produkt, P produkt , ES* stan przejciowy 2 itd. , I intermediat 7.Sposoby enzymw na obnianie energii aktywacji : Kataliza chemiczna, ktr dzielimy na: Kwasowo zasadow Kowalencyjn 7 Jonem metalu Elektrostatyczn a Kataliza Kwasowo zasadowa reszty boczne aminokwasw czsto wystpujcych w centrum aktywnym maj charakter kwasu albo zasady Bronsteda . To umoliwia czciowy transfer protonu, co obnia energi aktywacji. Aminokwasy ktre tej katalizie ulegaj: His tydyna , Glutaminian, Asparaginian, Lizyna, Arginina, Cysteina, Seryna, Tyrozyna . Przykady enzymw : anhydraza wglanowa, hydrolazy peptydw np. chymotrypsyna Kataliza Ko walencyjna obnienie energii aktywacji wynika z przejciowego wytworzenia wizania kowalencyjnego midzy katalizatorem (enzymem), a substratem . Reakcja ma krok nukleofilowy, polegajcy na utworzeniu kowalencyjn ych inter mediatw oraz krok elektrofilowy, ktry polega na wycofaniu elektronu przez enzym z centrum katalizujcego. W zalenoci od tego ktry krok ogranicza prdko mwimy o katalizie nukleofilowej lub elektrofilowej. Katalizatory: grupy w Histydynie i Cysteinie np. W chymotrypsynie . Koenzymy: pirofosforan tia miny (B1), fosforan pirodoksalu (B6) . Wystpuje sprzeczno interesw im bardziej stabilne jest wizanie tym mocniej obniona jest E aktywacji, ale mniejsze prawdopodobiestwo dekompozycji stanu przejciowego. Kataliza jonem metalu jony wi substrat celem optymalnego zorientowania przestrzennego . Stabilizuj te adunek i elektrostatycznie osaniaj adunki ujemne. Niektre uatwiaj kataliz nukleofilow poprzez jonizacj wody np. Anhydraza wglanowa . Metaloenzymy s cile zwizane z metalem. Enzymy aktywowane metalem s luno powizane. Przykady met aloenzymw: Kinazy np. Heksokinaza , glukozo 6 - fosfataza * - nie cz si z metalem ale wykorzystuj ATP, ktre musi by w kompleksie Mg 2+ - ATP . Ureaza poczona z Ni 2+ Kinaza pirogr onianowa poczona z K+ Anhydraza wglanowa - poczona z Zn 2+ Dysmut aza ponadtlenkowa (SOD) poczona z Mn 2+ Katalaza i peroksydaza poczone odpowiednio z Fe 2+ i Fe 3+ Oksydaza cytochromowa poczona z Cu 2+ Kataliza elektrostatyczna substrat, ktry wie si z centrum aktywnym wypiera z niego wod , przez co oddziaywania elektrostatyczne staj si znacznie silniejsze. To powoduje wzrost re aktywnoci grup bocznych aminokwasw , przez co wzrasta stabilizacja ES*. Efekt zblienia enzym zblia do siebie substrat , co zwiksza ilo zderze czsteczek co zwiksza intensywno reakcji Efekt orientacji enzym jak najkorzystniej orientuje przestrzennie substraty wzgldem siebie 8. Modele oddziaywania enzymu z substratem Model Kucza i zamka enzym jest w peni komplementarny do substratu Model indukowanego dopasowania uwzgldnia zjawisko plastycznoci biaek 8 Model doczenia trzypunktowego zakada, e jeden enancjomer chiralnego substratu wie si jednoczenie w 3 miejscach enzymu, a drugi enancjomer nie jest w stanie zwiza si z tymi resztami tzw. Selektywno wzgldem enancjomeru. Model naprenia substratem dopasowanie ksztatu przez enzym powoduje naprenie wiza w substracie, co uatwia ich rozrywanie , a to obnia energi aktywacji i zwiksza szybko reakcji. Przykad lizozym Model stabilizacji stanu przejciowego zakada, e enzym jest najbardziej kom plementarny w stosunku do stanu przej ciowego, a nie do substratu DFP (Disopropylo Fluoro Phosp hate /Fluostygmina ) analog stanu przejciowego, inhibitor proteinaz i estrad serynowyc h (np. AChE). Silna neurotoksyna , gaz bojowy, w medycynie wykorzystywana w leczeniu jaskry. 9. Leki jako analogi stanu przejciowego Konformycyna i pentostatyna - s to naturalne inhibitory deaminazy adenozynowej (ADA) . Enzym chroni przed kumulacj deoksyadenozyny toksyczn ej dla limfocytw. Wykorzystywane w leczeniu biaaczki wochatokomrkowej. Fozynopryl prolek (prekursor leku) fozynopralytu , czyli inhibiotra konwertazy angiotensyny (ACE). Wykorzystywany w leczeniu nadcinienia ttniczego. Hydroksyetylenowe analogi stanu przejciowego inhibitory proteaz aspartylowych np. Renina, proteaza HIV 1. 10.Mechanizmy katalizy en zymatycznej typu dwusubstratoweg o Mechanizm sekwencyjny uporzdkowany (pojedynczego wypierania) E Enzym EA kompleks enzym substrat , EAB kompleks enzym substrat A i B, EPQ kompleks enzym produkty P i Q, EQ - kompleks enzym produkt Q Enzym przycza substraty, najpierw A, potem B Enzym odcza produkty, najpierw P, potem Q Np. dehydrogenaza mleczanowa (LDH) katalizuje reakcj: pirogroninan +NADH 2 > mleczan + NAD 9 Mechanizm nieuporzdkowany (przypadkowy) E Enzym EA /EB kompleks enzym substrat A lub B , EAB kompleks enzym substrat A i B, EPQ kompleks enzym produkty P i Q, EQ/EP - kompleks enzym produkt Q lub P Przycza substraty losowo, potem odcza produkty losowo Np. Kinaza kreatynowa katalizuje reakcj: fosfokreatyna + ADP > ATP + kreatyna Mechanizm ping pong (podwjnego wypierania) E Enzym EA /EB kompleks enzym substrat A albo B , E P/EQ kompleks enzym produkt P lub Q Enzym przycza najpierw substra t A, odcza produkt P, przycza substrat B i odcza produkt Q. Np. Aminotransferaza katalizujca reakcj transaminacji. 11.Izoenzymy Izoenzymy enzymy katalizujce te sam reakcje, ale rnice si od siebie struktur pierwszorzdow, poniewa s produktami ekspres ji innych genw. Pseudoizoenzymy enzy my katalizujce t sam reakcj i bdce produktami tego samego genu, ale rnice si waciwociami fizykochemicznymi, co wynika z rnic w modyfikacjach posttransacyjnych. Izoenzym y dzielimy na: 1. Izoenzymy tkankowe/nar zdowe 2. Izoenzymy komrkowe 3. Izoenzymy rozwojowe 1. Izoenzymy tkankowe Dehydrogenaza mleczanowa LD H wys tpuje w 5 izotermach LDH 1 5. LDH 1 wystpuje w sercu , LDH 5 w miniach i wtrobie. LDH ma due znaczenie dia gnostyczne podwyszony poziom LDH 1 moe wiadczy o zawale serca. Aldolaza (ALDO) izoenzym zarwno tkankowy jak i rozwojowy . Wystpuje w 3 izoformach AL DO A, B i C. ALDO A pojawiaj si w rozwoju najwczeniej , pniej ALDO B i na kocu ALDO C. Funkcja jako izoenzymy tkankowe: ALDO A minie i erytroc yty. Uczestniczy w szlaku glikolizy 10 ALDO B wtroba, nerki i jelita. Uczestniczy w glukoneo genzie i fruktolizie. ALDO C mzg i tkanka nerwowa. Uczestniczy w glikolizie, glukoneogenezie i fruktolizie. Kinaza kreatynowa (CK) izoenzym zarwno tkankowy jak i komrkowy. W cytozolu osiga ok 70% aktywnoci a w mitochondriach ok 30%. 3 izoformy CK1 mzg, CK2 serce, CK 3 minie . fosfokreatyna + ADP > ATP + kreatyna 2.Izoenzymy komrkowe Dehydorgenaza glicerolo 3 fosforanowa izoenzym cytozolowy oraz mitochondrialny , wsppracuje z rnymi kofakotrami. Katalizuje przeksztacanie glicerolo 3 fosforanu w 1,3 bisfosforan. Dehydrogenaza aldehydowa (ALDH) 2 izoenzymy: ALDH I mitochondrialny, niskie powinowactwo. Niedobory u Azjatw; ALD H II cytozolowy, wysokie powinowactwo. Kinaza kreatynowa (CK) patrz wyej. 12. Makroenzymy Makroenzym enzym o masie wikszej ni masa nominalna danego enzymu, powstaje na skutek agregacji lub tworzenia kompleks z innymi biakami osocza. Znaczenie kliniczne przez swoj mas mog faszywie zawya wyniki laboratoryjne. Np. RZS zawya A spAT i AlAT. Makroeznymy mog te by biomarkerami rnych chorb np. makro CK 2 moe sygnalizowa nowotwr. 13.Szybko reakcji enzymatycznej 1. Temperatura Optimum temperatury l udzkich enzymw to ok. 37 stopni C. Kady enzymy ma specyficzne dla siebie optimum temperatury i temperatur denaturacji. Denaturacja po przekroczeniu wartoci krytycznej staje si nieodwracalna. Hipotermia temperatura ciaa poniej 35 stopni Celsjusza. Wystpuje spadek metabolizmu. Gorczka temperatura ciaa okoo 40 stopni Celsjusza. Wystpuje wzrost metabolizmu. 11 Hipertermia temperatura ciaa powyej 41 stopni Celsjusza . Skutkuje Denaturacj biaek i inicjacj mechanizm w mierci komrki przez wysok temperatur. Dinitrofenol rodek odchudzajcy rozprzgacz acucha oddechowego. Czaperony/ biaa szoku termicznego (HSP) chroni konformacj biaek, naprawiaj sfadowanie uszkodzonych temperatur biaek , kieruj do degradacji biaka nieprawidowe. 2.PH Enzymy maj wski zakres tolerancj pH. Optimum pH dla enzymw moe by rne. Izoenzym tkankowe: lipaza odkowa pH optimum = 4 -5, lipaza trzustkowa pH optimum = 8. Kompa rtmenizacja komrki umoliwia utworzenie stref o rnym pH (lizosom p H = 5, cytozol pH = 7,2) 3.Stenie enzymu Wykres jest liniowy przy zaoeniu, e jest nadmiar substrat u. 4. Stenie substratu Enzym zwyky (kinetyka MM) 12 Enzym zwyky hamowany subs tratem (kinetyka MM konkurencja substratw powoduje zapychanie miejsca aktywnego bez katalizy ) Enzym allosteryczny (niezgodny z kinetyk MM ) 5.Obecno inhibitorw i aktywatorw 14.Kinetyka enzymatyczna Wykres Miche alisa Menten (Hiperbola) 13 V = Vmax * [S] / Km + [S] Km Staa Michealisa stenie substratu, przy ktrym prdko reakcji osiga warto poowy prdkoci maksymalnej. Jest to miara powinowactwa enzymu do substratu. Im Km wiksze , tym mniejsze powinowactwo. Wydajno katalityczna = Kkat/ Km Km staa Michealisa, jak dobrze wie si z substratem miara powinowactwa Kkat staa katalizacji, jak szybko enzym prze mienia substrat w produkt miara szybkoci katalizy Im wysze Kkat/Km, tym wiksza wydajno reakcji. Znajc Km moemy: Przewidzie czy zmiana stenia produktu istotnie wpynie na prdko reakcji (wane przy produkcji lekw). Znajc rwnie Kkat wyznaczy wydajno katalityczn. Przewidzie kierunek przepywu metabolitw. Projektowa inhibitory enzymw jako leki Heksokinaza pozwala korzysta tkankom z glukozy nawet przy jej niskim steniu . Glukokinaza umoliwia wtrobie zagospodarowanie nadwyki glukozy po wysokocukrowym posiku. 15. Inhibitory Wrd inhibitorw wyrniamy: Inhibitory nieodwracalne enzym nie odzyskuje aktywnoci, enzym wie si kowalencyjnie. Efekt inhibicji jest wolny, ale dugotrway. S kinetyczne identyczne i charakteryzuj si wysoka cytotoksycznoci i dua iloci efektw off target - efekty, ktre mog wystpi, gdy lek wie si z celami (biakami lub innymi czsteczkami w organizmie) innymi ni te, do ktrych lek mia si wiza . Przykady: aspiryna, penicylina, konfomrycna , pentostatyna, DIPE, fozynopryl , inhibitor proteazy HIV. Inhibitory nieo dwracalne moemy podzieli na: 14 Specyficzne dla grup np. -OH, -SH Inhibitory samobjcze cz si z centrum aktywnym, zaczynaj kataliz, ale tworz trway intermediat, przez co nastpuje blok enzymu i samobosjtwo . Analogi substratu lub stanu przejciowego Inhibitory odwracalne enzym odzyskuje aktywno , enzym wie si niekonwalencyjnie. Efekt inhibicji jest szybki, ale krtkotrway . S kinetyczne rnorodne i stosunkowo bezpieczne. Sia inhibitora wyraona steniem , przy ktrym 50% aktywnoci enzymu jest zahamowane. Inhibitory odwracalne moemy podzieli na: Kompetycyjne Niekompetycyjne Akompetycyjne Inhibitory nieodwracalne: Penicyliny inhibitor transpeptydazy glikopepty dowej, antybiotyk. Uniemozliwa sieciowanie proteoglikanw w cianie komrki bakteryjnej. E + penicylina > penicylyoilo E > samobjstwo enzymu. Omeprazol inhibitor pompy protonowej ( PPI ): H+/K+ ATPazy . Aktywowany po kilku reakcjach wewntrz organizmu w niskim pH w odku. Reaguje z grup -SH pompy protonowej, co powoduje jej inaktywacj Aspiryna inhibitor cyklooksygenazy (COX) , COX1 odpowiada za krzepnicie krwi, COX2 za powstawanie mediatorw stanu zapalnego. Naley do NLPZ niesteroidowych lekw przeciwzapalnych. W niskich dawkach hamuje COX 1 dziaanie antyzakrzepowe, w wysokich hamuje COX2 dziaanie przeciwzapalne . Off target: rozsprzga fosforylacj oksydacyjn oraz moduluje szlak Nfk . Typy inhibicji odwracalnej Inhibicja kompetycyjna inhibitor wie si z centrum aktywnym enzymu, konkurujc o nie z substratem . Charakteryzuje si wyszym Km (mniejsze powinowactwo), Vmax si nie zmienia. Stenie substratu ma wpyw na inhibicj (poniewa konkuruj). Przykady: 1 antytrypsyna hamuje elastaz Inhibitor trypsyny hamuje trypsyn Malonian hamuje dehydrogenaz bursztynianow (katalizuje przeksztacenie burszty nianu w fumaran. F- hamuje enolaz (bierze udzia w glikolizie bakterii . Inhibicja kompetycyjna w lekach: Statyny leczenie hipercholesterolemii inhibitory reduktazy HMG CoA (uczestniczy w biosyntezie cholesterolu) Me totreksat lek przeciwnowotworowy inhibitor reduktazy dihyrdofolianowej (przeksztaca dih ydrofolian do tetrahydrofolianu, ktry jest kofaktorem patrz tabelka z witaminami str. 4) 15 Zanamiwir i Oselt amvir przeciwwirusowe - inhibitory neuraminidazy (rozkada kwas sjalow y bony komrkowej , co umoliwia opusz czenie zainfekowanej komrki lub wejciowe do n iej) Inhibicja nieko mpetycyjna - Inhibitor wie si w innym obsza rze ni substrat, stenie substratu nie ma wpywu na inhibicj . Zmniejsza si Vmax ale nie zmienia si Km . Przykad y: A TP hamuje kinaz pi rogronianow (PK ), glukozo 6 fosforan (G6 P) hamuje Heksokinaz y. Leki jako inhi bitory nieko petycyjne: Doksycyklina przeciwbakteryjny , hamuje wizanie aminoacylo tRNA z rybosom em Kaspo fungina , mikro fungina leki przeciw grzybicze hamu j syntez > beta -(1,3) -D-glukanu, skadnika > ciany komrkowej wielu grzybw Fo skarnet przeci wwirusowy np. HB V, HIV , opryszczk , pochodna kwas u fosforanowego , hamuje polimeraz DNA. Zatrucia metalami cikimi to przykad inhibicji niekompety cyjnej .16 Inhibicja akompetycyjna inhib itor nie przycza si d wolnego enzymu, tylkodo kompleksu Enzym Substart . Km pozornie si zmniejsza , zmniejsza si Vmax. Inhibicja nie zaley od zmiany stenia substratu. Przykady : hydrozyna hamuje arylsulfataz (odpowiada za rozkad kwasu siarkowego), fe nyloalanina ha mujca fosfataz alkaliczn . 16. Strategie regulacji aktywnoci enzymatycznej 1. Kompartmenizacja na poziome narzdw oraz komrki 2. Farmy multimolekularne = izoenzymy rne warunki , ta sam reakcja 3. Multipleksowanie aktywnoci enzymy wielofunkcyjne , wielozadaniowe i kompleksy enzymatyczne 4. Konola iloci enzymu Kontrola biosyntezy Kontrola degradacji 5.Kontrola aktywnoci katalitycznej enzymu Zmiany dostpnoci substratu St enie produktu ( sprzenie zwrotne) Regulacja przez inhibitory/aktywatory Manipulacja warunkami fizycznymi (pH, T) Modyfikacje aktywacja proenzymw czciow proteoliz np. Proteazy i enzymy kas kady krzepnicia krwi, fosforylacja, metylacja . 17.Enzymy al losteryczne Enzymy alloster yczne s to enzymy regulatorowe kontrolujce n ewralgiczne mie jsca i w szlakach metabolicznych . Umoliwiaj byskawiczn reakcj na zmian warunkw lub wymaga. Maj miejsce allosteryczne miejs ce przywizania efektora. Efektor zmienia konfomacj enzymu, co zwiksza lub zmniejsza powinowactwo enzymnu do substratu. Wystpuj w dwch konformacjach: napitej T i rozlunionej R. 17 Kooperatywno enzymw allosterycznych Wyrniamy : Koo peratywno dodatnia przyczenie substratu lub e fektora dodatniego do jednej jednostki uatwia zwizanie przez kolejne (poprze stabilizacj i up wszechenienie formy R) Kooperatywno ujemna zwizanie inhibitora utrwala enzym w konformacji T, uatwiajc przyczenie substratu do innych podjednostek . Efekt homotopwy substrat uatwia przyczenie substratu Efe kt heterotopwy efektor dodatni, niebdcy substratem uatwia przyczenie substratu. Efekt homo - heterotopwy substr at i inny efektor dziaaj jak 2 efektory. Modele wyjaniajce kooperatywno Model symetryczn y (jednoprzejciowy) wszyst kie podjednostki s albo w formie T albo R. Zmiana konformacji jednej pociga za sob zmian konformacji wszystkich pozostaych. Im wicej substratu si przylaczy, tym wiksza szansa na przejcie w form R . Model Sekwencyjny (indukowanego dopasowani a) podjednostka mo e by w wielu stanach konformacji o rnych powinowactwach do substratu . Zwizanie substratu zmienia konformacj podjednostki , z ktr si zwiza oraz czciowo zmienia konformacj ssiadujcych podjednostek ua twiajc lub utrudniajc prz yczenie do nich substratu. Kin etyka enzymw allosterycznych Wykres sigmoidalny due przyspieszenie/ spowolnieni e przy zmianie warunkw funkcja regulatorowa . Kinetyka typu V zmianie gwnie Vmax , 1 % enzymw allosterycznych , gwnie czynn iki krzepnicia. Kinteyka typ u K zmianie ulega gwnie Km, 99% enzymw allosterycznych. 18 18. Proenzymy Proenzym enzym wytworzony w formie nieaktywnej, aktywowany jest czciow proteoliz . Umoliwia szybk aktywacj i reakcj na dany czynnik. Enzymy wytwarzane formie proenzymw: Zewntrzkomrkowe o Enzymy trawienne: pepsyna, trypsyna, elastaza o Enzymy kaskady krzepnicia krwi Wewntrzkomrkowe o Katepsyny ( proteazu lizosomalne) o Kasp azy (kaskada zapalna inflamosmy, apoptoza. Pepsyna powstaje z pepsynogenu, wydziela nego przez komrki gwne odka. Aktywowana jest za porednictwem niskiego pH lub autoka talizy (wzrost szybkoci reakcji chemicznej pod wpywem jednego z produktw tej reakcji, ktry peni funkcj katalizatora ). Tr ypsyna powstaje z tryspynogenu, wydzielanego przez trzustk do dwunastnicy. Aktywowana za porednictwem enteropep tydazy i autokatalizy. Trypsyna katalizuje aktywacj pozostaych enzymw trzustki: Chymotrypsynogen > chymotrypsyna Proelasataza > elastaza Prokarboksypeptydazy > karobksy peptydazy Prolipaza > lipaza Prokolipaza > kolipa za (biako, nie enzym) Katepsyny proteazy lizosomalne , nie potrzebuj ATP do trawienia. Ich nadprodukcja wie si z wieloma stanami chorobowymi . Katepsyny cysteinylowe mog suy jako cel terapii, np. Katepsyna K trawi kolagen zaangaowana w osteoporoz. Kaspazy proteazy cysteinowe i aspartylowe. Kluczowe dla apoptozy , pyr optozy, nekroptozy i autofagii. Inflamosomy sposb szybkiego reagowania zapalnego, kompleksie inflaomsomu s pr okaspazy, ktre w przypadku wykrycia zagroenia s aktywowane . Aktywowane k aspazy trawi prointerleukiny, powodujc ich aktywacj (IL 1 przeciwbakteryjna, IL 18 przeciwwirusowa) . Kaskada krzepnicia sekwenc yjna aktywacja proenzymw/zymogenw. Niewielka ilo aktywatora pierwotnego uruchamia byskawiczn kaskad reakcji, co pozwala na szybk reakcj organizmu. 7 czynnikw krzepnicia to proteazy serynowe : kalikreina, XIIs, X Ia, Xa , IXa, VIIa, Kaskada Fibrynolizy plazminogen jest odporny na aktywacj, a do momentu zwizana si z skrzepem. 19 19. Znacznie kli niczne enzymw Leki jako inhibitory enzymw Enzymy mog suy za markery diagnostyczne Enymi jako leki (niedobory enzymatyczne) Enzymy jako cel terapii Wykorzystywanie enzymw w przemyle farmaceutycznym Wrodzone niedobory enzymatyczne bardzo rzadkie schorzenia najczciej prenatalny efekt leta lny 20 # 2.Metabolizm informacji 1.Mechanizm przekazywania sygnau Wyrniamy: Autokrynny autosyganlizacja (cytokiny, czynniki wzrostu komrek nowotworowych) Par akrynny Endokrynny Poprzez bzposredni kontakt o Polaczenie typu nexus (np. skurcz kardiomiocytw) o Czsteczki powierzchniowe (np. prezentacja antygenu) Cechy komunikacji: Zrnicowana dany sygna moe mie rne dziaanie na rnego typu komrki Zoona kilka milionw komrek, jedna komrka odpowiada na wiele sygnalkow jednoczenie Skoordynowana wiele dziaa synergistycznie, a ten sam sygna dziaa przeciwstawnie na wykluczajce si szlaki Elasatyczna odpowied jest modulowana zalenie od warunkw rodowiska Elastyczno cieek sygnaowych ten sam receptor inicjuje rne cieki syganaowe. Sygna moe ulec wzmocnieniu lub stumieniu: Amplifikacja Dodatnie sprzenie zwrotne Feedforward relay 21 Ujemne sprzenie zwrotne 22 Etapy komunikacji cieki sygnaowej: 1. Sygna (indukcja) 2. Odbir sygnau (recepcja) 3. Kaskadowe przekazywanie sygnau i wzmocnienie (transdukcja i amplifikacja) 4. Odpowied (efekt) 5. Wygaszanie (terminacja) Efektory cieek sygnaowych: Czynniki transkrypcyjne zmiana ekspresji genw Aktywacja /dezaktywacja poprzez enzymy szyba zmiana metabolizmu Biaka cytoszkieletu zmiana ksztatu i ruchliwoci komrki Przechrzyki wewntrzwydzielnicze fuzja z bon Np. Insulina stymuluje eksrepsj genw kodujcych enzymy anaboliczne ( Czynniki transkrypcyjne ). Stymuluje aktywno enzymw glikolizy (np. heksokinazy) (Aktywacja/dezaktywacja poprzez enzymy ), wpywa na reorganizacj aktyny cytoszkieletu tworzy rodzaj sita w kanalikach nerkowych brak biaek w osoczu ( Biaka cytoszkieletu ), stymuluje fuzj pcherzykw z receptorem GLUT 4z bon komrkow wychwyt glukozy ( Przechrzyki wewntrzwydzielnicze ) 2.Fosforylacja/defosforylacja Jest to najwaniejszy mechanizm regulacji aktywnoci enzymw. Polega na odwracalnej modyfikacji kowalencyjnej (wizanie estrowe). Kinazy (klasa transferaz) odpowiadaj z a fosforylacj, a fosfatazy (klasa hydrolaz) odpowiadaj za defosforylacj. Dawc reszty fosforanowej jest ATP . Defosforylacja uwalnia Pi (fosforan organiczny) brak resyntezy ATP . Kinazy wyrniamy trzy rodzaje kinaz : 1. Kinazy serynowo treoninowe - fosforyluj reszty Ser i Thr 2. Kinazy tyrozynowe - fosforyluj reszty Tyr 3. Kinazy o podwjnej specyficznoci - fosforyluj Ser, Thr i Tyr Geny kinaz stanowi 2% genomu ludzkiego. Fosforylacja moe zarwno aktywowa jak i dezaktywowa enzym. Kinazy s jednym znajwazniejszych celw farmakoterapii np. W onkologii leki jako inhibitory kinaz. Kinazy dziaaj kaskadowo zapewniaj amplifikacj sygnau. Stanowi wielopoziomow kontrol nad szlakiem sygnaowym . Ich aktywno jest kontrolowana przez : Fosforylacj/defosforylacj (autofosforylacja) Specyficzne efektory (aktywatory / inhibitory) 23 Lokalizacj kinaz wzgldem substratw Deregulacja kinaz powoduje nowotworzenie, neurodegenracaj, autoimmunizacj itd. Imatinib pierwszy zatwierdzony inhibitor kinaz. Hamuje kinaz tyrozynow Abelsona (ABL) oraz kinaz KIT . Stosowany jako lek na przewlek biaaczk szpikow (CHL) [kinaza ABL]. Lek dziaa jako mimetyk ATP wie si z enzymem wizania ATP typ 2. Lek na nowotwwr podcieliskowy ukadu pokarmowego (GIST) [kinaza KIT] Apelisib inhibitor kinazy lipidowej (PI3EK) typ 1 Sirolimus inhibitor kinazy atypowej (mTOR) typ 3 i 4 Typ 1 mimetyki ATP. cz si z aktywn kinaz w miejscu wizania ATP Typ 2 mimetyki ATP, wi kinaz w stanie nieaktywnym w innym miejscu ni miejsce wizania ATP Typ 3 i 4 inhibitory allosteryczne, wi si z miejscem allosterycznych przy miejscu wizania ATP (typ3) lub w miejscu allosterycznych w wikszej odlegoci od miejsca wizania ATP (typ 4) . 3.Inne przeczniki molekularne ni fosforylacja Utlenianie / redukcja Nitroz ylacja / denitrozyalcja GDP GTP zwizanie z biakiem G receptory GPCR Teoretycznie kada czsteczka, ktra moe si odwracalnie zmienia pomidzy dwoma stabilnymi stanami moe by przecznikiem molekularnym 4.NRF 2 Jest to gwny czynnik transkrypcyjny zwizany ze stresem oksydacyjnym . Aktywowany jest za spraw utlenienia grup -SH cystein biaek keap, co skutkuje uwolnieniem czynnika NRF2 i ekspresj odpowiednich genw. Odpowiada za cytoprotekcj uruchamia geny zwizane z obron oksydacyjn. Gdy brak jest H2O2 czynnik NRF2 jest ubi kwitynowany i degradowany. 24 5.Elementy kaskady sygnaowe j 1. Sygna Fizyczny nacisk, temperatura, wiato, napicie Chemiczny czsteczki sygnaowe (ligandy, przekaniki pierwotne) Gazy: NO, CO, CO2, H2S Jony: Ca2+ Zwizki hydrofilowe (przyczaj si do receptorw bonowych, preferuj mechanizm parakrynny): cytokiny, neurotransmitery, hormony niesteroidowe, czynniki wzrostu Zwizki hydrofobowe (przyczaj si do receptorw wewntrzkomrkowych, preferuj mechanizm endokrynny): hormony steroidowe, witamina D, retinoidy, hormony tarczycy Czsteczki sygnaowe: 1. Hormony: insulina, glukagon, T3, T4, wazopresyna, oksytocyna, kortyzol, LH, FSH itd. 2. Hormony tkankowe: melatonina, serotonina, gastryna, histamina, endorfiny, erytropoetyna 3. Neuroprzekaniki: acetylocholina, adrenalina, GABA, dopamina, serotonina, bombezyna, 4. Cytokiny: interferony, cheomkiny, interleukiny, czynnik martwicy nowotworw (TNF) 5. Czynniki wzrostowe: czynnik wzrostu rdbonka (VEGF), czynnik wzrostu nabonka (EGF), czynnik wzrostu hepatocytw (HGF), insulinopodobne czynniki wzrostu (IGF). 2.Odbir sygnau Wyrniamy 4 typy receptorw 1. Bezporednio zwizane z kanaem jonowym 2. Zwizane z biakiem G 3. Zwizane z kinaz, fosfataz, cyklaz guanylow 4. Wewntrzkomrkowe Typ 1 Lokalizacja: biona komrkow y Efektor: kana jonowy Po czenie z uk adem efektorowym: bezpo rednie Odpowiedz: milisekundy Przykfady: cholinergiczne , nikotynowe, GABA, NMDA Typ 2 Lokalizacja: b ona komrkowa Efektor: kana jonowy lub enzym Po czenie z uk adem efektorowym: przez biatko G Odpowiedz: sekundy Przyk ady: adrenergiczne, dopaminowe, histaminowe, opioidowe, serotoninowe, cholinergiczne muskarynowe, melatoninowe, dla glukagonu, wazopresynowe rodopsyna 25 Typ 3 Lokalizacja: biona komrkow y Efektor: kinaza Tyr, kinaza Ser Thr, cyklaza guanylowa (CG), fosfataza Po czenie z uk adem efektorowym: bezpo rednie (kinazy receptorowe, CG, fosfatazy lub porednie kinaza Tyr nierecpetorowa Odpowiedz: minuty Przykfady: receptor cytokin, r. insulinowy, r. neurotrofin, r. IgE, r. Dla peptydw natriuretycznych Typ 4 Lokalizacja: cytoplazma, jdro komrkowe Efektor: transkrypcja genw Po czenie z uk adem efektorowym: przez DNA Odpowiedz: godziny, dni Przykfady: receptory hormonw steroidowych, r. Dla T3, r. Retinoidw, r. Dla witamin rozpuszczalnych w tuszczach 3.Prz ekazywa nie i wzmocnienie sygnau Czsteczk i sygnaowe (wtrne ): Przekaniki wtrne ni skocz steczkowe , atwo dyfunduj . Aktywuj kolejne czasteczki sygnaowe , przez co zachodzi ampl ifikacja sygnau . Po aktywacji receptor a gwatownie zmieniaj swoje stenie . Biaka sygnaowe du e czsteczki , mao mobilne . Su modulacji i regulacji sygnau , a nie jego syszbkiej p ropagacji . Jeli s enzymami , to dodatkowo ampl ifiukj sygna . Przekanikowe aktywuj kole jny element cieki sygnaowej Przenonik owe przenosz sygna z jednej czci komr ki do innej (np. cz ynniki transkrypcyjne Integrujce zbieraj i integruj sygna z wielu cieek sygnaowych Modulacje moduluj aktywno innych biaek sygnaowych Przetwarzajce przetwarzaj jeden typ sygnau w inn y Rozg aziaj ce rozga ziaj sygna, aktywujc inne cieki sygnaowe Amplifikuj ce zd olne do aktywacji lub syntezy wielu biaek sygnaowych Biaka niesy gna owe ich zadaniem jest waciwe ulokowanie biaek sygnaowych Biaka rusztowania tworz kompleksy biaek sygnaowych Biaka adaptorowe cz bia ka sygnaowe w odpowiednim momencie , co zapewnia modulacj i niuansow anie odpowiedzi Biaka kotwiczce kotwicz biaka sygnaowe w odpowiednie j lokalizacji w kom rce 26 6. Receproty GP CR i biaka G Receporty GPCR jest to najliczniejsza grup a receptorw bonowych (>4 % g enomu) . S to receprot y siedmio tr ansbo nowe (7 -TH) , tz n., e skladj si z 7 domen przebijajc ych bon komrkow. Od dziaywuj na efektory , ktrymi s enzym y i biaka jonowe za porednictwem biaek G. Re ceptory GPCR s czstym celem farmakoterapii (10 % lekw) . Mechaniz m dzialania zwizanie li ganda > zmiana konformacji >aktywacja biaka G >bia ko efektorowe > wtrny przekanik >odpowied . Biako G jest he tero trimerem i skada si z 3 podjednostek: G kontroluje cyklaz adenylow , odpowiedzial n za syn tez c AMP i fos folipaz C, odpowiedzialn z a synte z IP3 (trio fosforan inozytol u) i DAG (diacy loglicerol ). cA MP, Dag i IP3 s wtrnymi przekanikami. G i G kontroluj kanay jonowe K+ i Ca2 +, fo sfo lipaz A 2 Biaka G mo g by due w postaci hetero trimer w (, , ) lub te mae w postaci monome ryc znych biaek Ras ( np. biako Rho , bior ce udzia w terminacji transkrypcji ). Biaka G s regulowane przez GTP przyczenie GTP powoduje rozpad tr imeru na G i G. G i ATP pozostaj zwi zane z receptorem i aktywuj cieki sygnaowe , G oddysocjowuje i te aktywuje ciek i sygnaowe , ktrych efektorami s np. Fosfolipa za C, PI3 K (3 ki nazy fosfa tydylo inozytolu ). Hydroliza GTP powoduje p onown as ocjacj trimeru = inaktywacja . Biaka G maj s ab aktywno GT Pazy i potrze buj wsparcia biaek GEF i GAP , ktre s niezbdn e dla maych biaek Ras tj np. Biako R ho (patrz schemat poniej) . Wygaszanie sygnau biaek G akty wacja nastpeuj przez rozpad trimeru biaka G > fosforylacja receptora G PCR , co powoduje desensy tyzajc > arsetyna wi e si z ufos forylowanym GPCR > poczeni e z kompleksem endoc yatarnym > internalizacj a kompleks u i rozpad GPC R > recykling GPCR lub rozkad w lizoso mach w zalenoci od potrzeb komrki. 7.Cyklaza adenylowa (CA) Jest to najpopularniejsze biako efektorwe biaek G , ktre generuje cAMP (ATP > cAMP +PPi) . Ten sam ligand, w zalenoci od receptora i biaka G moe stymulowa lub hamowa syntez cAMP. cAMP aktywuje kinaz biaek A (PKA) > fosforylacja enzymw .27 8.Cyklaza guanylowa (CG) Mniej popularna od CA (aktywuje inny receptor ni GPCR) . Generuje cGMP (GTP > cGMP +PPi). c GMP aktywuje kinaz biaek G (PKG), ktra fosforyluje enzym y, zmieniajc ich aktywno. 9.Fosfodiestraza (PDE) Odpowiada za degradacj cAMP i cGMP (cAMP > AMP/ cGM P GMP) . Wygasza sygna wzmacniany przez CA i CG .Insulina jest aktywatorem PDE , w rezultacie powoduje spadek poziomu cAMP i cGMP. Kofeina, teofilina, teobromina s inhibitorami PDE, w efekcie powoduj wzrost poziomu cAMP IP cGMP. Inhibitory PDE s stosowane jako leki : inhibitor PDE4 hamuje wydz ialnie mediatorw zapalnych (alergie, astma); inhibitory PDE stosowane rwnie jako leki przeci wazkarzepowe 10.Kinaza biakowa A (PKA) Aktywowana przez cAMP , porednio przez glukagon, adrenalin i noradrenalin. Rodzina kinaz Ser -Thyr. PKA incicjujue ujemne sprzenie zwrotne przez aktywajc PDE , co porednio hamuje j sam przez niski pozio m cAMP. Ponadto PKA jest hamowana przez fosforylacj podjednostek katalitycznych. 11.Fosfolipaza C Jest efektorem biaek G , stymuluje powstawanie DAG (diacyloglicerol), ktry aktywuje kinaz biaek C (PKC) oraz powstawanie IP3 (trifosforan ino zytolu), ktry otwiera kana Ca2+. 28 12. Receptory (bonowe) zwizane z kinazami, CG lub fosfataz Wyrniamy: Receptory o aktywnoci Cyklazy guanylowej Receptory o aktywnoci ser thr (np. TGF ) Receptory o aktywnoci kinazy tyrozynowej (np. recpcetor insulinowy) Recpeorty zwizane z kinazami tryrozynowymi Receptory o aktywnoci fosfatazy 13.Kinazy tyrozynowe (TK) Mog by receptorowe (RTK ) lub nierecptorowe (NRTK .) Mechanizm dziaania: zwizanie liganda > dimeryzacja monomerw > uaktywnia to domeny kinazowe > autofosforylacja > rekrutacja/ aktywacja biaek sygnaowych i wtrnych przekanikw. Receptory mog wymaga wsparcia korecepotrw. Domeny cytoplazmatyczne receptorw mog mie wiele miejsc fosforylacji rne efekty biologiczne. Przykady RTK: receptor dla VEGF A. Przykady NRTK receptor hormonu wzrostu zwiz any z kinazami JAK2. 14.Receptory wew ntrzkomrkowe (jdrowe) Receptory typu I (cytoplazmatyczne) Me chanizm: recep tor w cytoplazmie zwizany jest z biakiem opiekuczym (HSP) > zwizanie liganda oddysocjowuje HSP i indukuje dimeryzacj > translokacja do jdra > utworzenie kompleksu z koaktywatorem i polimeraz RNA > przyczenie kompleksu do sekwencja HRE (Hormone Response Element) w promotorze genu docelowego > biosynteza biaek . Przykady: receptor glukokortyko oidwiy (GCR), Receptor hormonu tarczycy (TR), receptor witaminy D (VDR), recepto r androgenowy ( AR) 29 Receptory typu II (jdrowe ) - Mechanizm: nieczynny receptor w jdrze komrkowym, zwizany z korepresorem > zwizanie liganda oddysocjowuje korepresor, a umowzliwia przyczenie koaktywatora i polimewrazy > tak utworzony kompleks receptor koaktywator polimeraza przycza si do sekwencji HRE genu doc elowego > biosynteza biaek. 15.Atypowe czsteczki sygnaowe PAMPsy (Pathogen Associated Molecular Patterns) struktury patogenu pozwalajce odrni wasne makroczasteczki od obcych, zwizanych ze stanem zapalnym / infekcj np. lipopolisacharydy, lipoproteiny, pe ptydoglikany. DAMP sy (Dan ger Associated struktury naszego organizmu pozostae w wyniku uszkodzenia komrek lub czynnego uwolnienia komrki w celach ostrzegawczych (czynnie) . DAMPsy stymuluj odpowied zapaln i apoptotyczn. Komrka prezentujca DAMPsy na swojej bonie komrkowej wysya sygna eat me do makrofagw w celu neutralizacji zagroenia, np. fosfatydyloseryna, mtDNA, kalretikulina, fibronektyna . PRRs (Pattern Recognising Recep tors) receptory rozpoznajce wzorce - moemy wyrni: Receptory typu Scavenger zewnatzkomrkowe, wychwytuj PAMPsy i DAMPs y. Obecne s na fagocytach, komrkach rdbonka i nabonka, hepatocytach , trombocytach . Garnitur 30 Receptorowy na fagocytacyh decyduje o ich funkcji : M1 prozaplane ( neutralizacja patogenw), M2 antyzapalne (regeneracja i degradacja uszkodzonych tkanek). Receptory Toll podobne (TLRs) bonowe lub wewntrzkomrkowe bonowe (endoskopy) , rozpoznaj PAMPsy i DAMPsy. Indukuj odpowied zapaln poprzez syntez chemokin i interferonw w odpowiedzi na PAMPsy. Uczestnicz w utrzymywaniu homeostazy w odpowiedzi na DAMPsy. Receptory NOD podobne (NLR s) receptory wewntrzkomrkowe inflamosomw indukuj odpowied zapaln. Aktywuj szlak MAP kinaz i szlak NFK , a w efekcie produkcj peptydw antybakteryjnych, cytokin i chemokin. PR Ms (Pattern R ecognisig Molecules) Czsteczki rozpoznajce wzorce jedn z grup PRH s PRR s. S biakami przeciwciao podobnymi element nieswoistej odpowiedzi humoralnej. Podwjny mechanizm dziaania: Eliminacja patogenu przez aktywacj ukad dopeniacza , opsonizacj , agregacj Interakcje z PRRs i indukcja odpowiedzi zapalnej i immunologicznej Rodziny PRM: pen traksacyny, kolektyny, fikoliny Rodziny PRMs 1) Pentraksycyny Bialko C reaktywne (CRP) marker stanu zapalnego , wie fosforocholin polisacharydu typu C bakterii np. pneumokokw , produkowany przez wtrob Surowiczy Amyloid (SAA) rozpoznaje biako bony zewntrznej bakterii , produkowany prez wtrob PTX3 rozpoznaje rne biaka, gwnie biako bony zewntrznej A , pecherzyki bony zewntrznej (OMV) 2) Kolekty ny maj domen lektynow zalen od Ca2+ oraz kolagenopod bny ogonek. Rozpoznaj reszty cukrowe gwnie ma nnozowe. Np. surfaktanty pucne A i D, biaka MBL (biaka wice mannoz) 3) Fikoliny skadaj si z dwch domen: kolagenopodobnej i fibrynogenopodobnej . Rozpoznaj polisacharydy, peptydoglikany i chityn grzybw. Np. M fikolina, L fikolina, H fikolina 31 16.Szlak NFK Rodzina Biaek NFK : p50, p52 , RelA, RelB, c Rel Aktywny czynnik transkrypcyjny jest dimerem , zrnicowanie jego kompozycji odpowiada za modulacj odpowiedzi komrkowej . Czynnik N Fk jest zwizany w zcytoplazmie z inhibitorom Ik . Klasyczny szlak aktywacji NFk : 1) Aktywacja kinazy I KK 2) Kinaza IKK fosforyzuje biako Ik , co powoduje jego degradacj 3) Dimer NFk przemieszcza si do jadra i inicjuje transkrypcj ANKi Enzymy i Metabolizm informacji: https://drive.google.com/file/d/1BGcFE8zyQEiqTsrGDs0oX6wkpiLF1JlK/view?usp=drivesdk 32 # 3.Zwi zki azotowe (heterocykliczne) Azot w zwizkach heterocyklicznych zachowuje si jak zasada Bronstedea (przycza proton ). Wyrniamy nastpujce naturalne zwizki heterocykliczne: Purynowe i pirymidynowe zasady azotowe Porfiryny Niektre witaminy, koenzymy i aminokwasy (Pro, His, Trp) Alkaloidy i poifenole rolinne 1.Puryny i Pirymdyny Za pomoc zasad azotowych zapisany jest mteria genetyczny. Komplementarno zasad jest kluczowa w przekazywaniu informacji genetycznej w sposb niezmieniony. 33 Komplementarno adenina i tymina/ uracyl tworz wizania podwjne, a cytozyna i guanina tworz wizania potrjne Wrd nukleotydw wystpuj nie tylko A, T, C, G i U . Moemy wyrni te AMP, cAMP, ADP, ATP, GD P, GTP, cGMP it. Wanym z nich jest cGMP jest on wtrnym przekanikiem w szlakach sygnaowych, aktywuje kinaz biakow A (PKA). Integruje te regulacje syntezy i rozpadu glikogenu . Wizanie glikozydowe C -N w nukleotydach dysponuje pen swobod rotacji (forma syn - i anty -) Tautomeria ketonowo enolowa zjawisko tautomerii w trakcie replikacji DNA moe spowodowa powstanie mu tacji punktowych. Forma enolowa tymina nie pasuje do adeniny , za to moe si poczy z guanin, przez co powstaje mutacja DNA. Shemat dziaania jest taki sam w przypadku wszystkich innych zasad azotowych . 2.Aminokwasy heterocykliczne Prolina azot ma waciwoci zasady Bronsteda , jej piercie zawiera grup aminow . Histydyna - azot ma waciwoci zasady Bronsteda, piercie imidazolowy Tryptofan azot bez waciwoci zasady Bronsteda, piercie indolowy 3.Porfiryny Maj 4 piercienie pirolowe poczone grupami =CH -. Wizania podwjne s sprzone w obrbie caego pierciecnia Porfiryny . Wolne pary e lek tronowe azotu mog wiza si kowalencyjnie z jonem metalu w takim kompleksie s one barwne. Hem elazopofriryna (metabolity hemu bilirubiny ). Biaka zawierajce hem = hemoproteiny: o Hemoglobna nietrwae wizanie tlenu przez Fe2+ o Mioglobina nietrwae wizanie tlenu przez Fe2+ o Cytochromy transportuj elektron, zmienajc wartociowo elaza (Fe2+ Fe3+ ) w acuchu oddechowym Chlorofil magenzoporfiyna Porfirnowy fragment kobalaminy (B12) 34 4.Alkaloidy S to substancje o pochodzeniu rolinnym, silnie toksyczne w duych dawkach. Ich waciwoci s wykorzystywane w medycynie Alkaloidy tropanowe: Atropina znosi dziaanie acetylocholiny, przez co spowalania prace serca, rozszerza renice, rozkurcza miniwk gadk, stosowan w leczeniu zatru narkotykowych Skopalamina dziaa depresyjnie na orodkowy ukad nerwowy senno, otpienie, apatia, tzw. Serum prawdy Alkoloidy chinolinowe Chinina leki prze ciw malaryczne, obecne s w toniku Alkaloidy izocholi nowe Morfina dziaanie sedacyjne, odurzajce, przeciwblowe i depresyjne Papawryna rozkurcza minie gadkie, stosowana w stanach skurczowych przewodu pokarmowego, kamicy nerkowej i ciowej Emetyna dziaanie wykrztune, wymiotne, pierwotniakobjcze Kodeina i heroina pochodne morfiny, narkotyki. Kodeina wykorzystywana jak sedacyjny i przeciwkaszlowy (w maych dawkach) Alkaloidy purynowe Kofeina, teofilina, teobromina kawa, herbata, kakao, pobudzaj ukad nerwowy i prac serca Inne alkaloidy Nikotyna, akonityna (trucizna tojadu), cytyzyna (leczenie godu nikotynowego) 5.Witaminy heterocykliczne B1 (Tiamina) wzmaga dziaanie acetylocholiny . Niedobory powoduj zaburzenia pracy mini, zmczenie, chorob Beri Beri B2 (Ryboflawina) uczestniczy w procesach redox, substrat FAD I FMN, uczestniczy w przemianach aminokwasw i lipidw B3 (Niacyna / kwas nikotynowy) uczestniczy w procesach redox . Prekursor dla NAD i NADP. Uczestniczy w regulacji poziomu cholesterolu i trjglicerydw. Niedobr powoduje pelagr . B6 (Pirodyksyna) uczestniczy w reakcjach transaminacji, dekarboksylacji i dehydratacji. Fosforan pirodoksalu (koenzym) niezbdny w szlakach syntezy tryptofanu, tryptamin, katecholamin, neuroprzekanikw B7 (Biotyna/ H) przenoszenie grup jednowglowych, regulacja glukone ogenezy, syntezy kwasw tuszczowych. Odpowiada za dobry stan skry, wosw, paznokci 35 B9 (Kwas foliowy) niezbdny dla prawidowego rozwoju cewy nerwowej podu. Przenosi grupy jednowglowe. Niedobr powoduje anemi megaloblastyczn. B12 (Kobalamina) porfyirna z jonem Co2 +. Reguluje produkcj erytrocytw. Uczestniczy w metabolizmie wglowodanw, biaek i lipidw. Niedobr powoduje anemi zoliw. C (Askorbinian) uczestniczy w syntezie kolagenu. Przeprowadza reakcje hydroksylacji, jest wanym antyoksydantem. Niedobr powoduje szkorbut. E ( tokoferol ) jest antyoksydantem, chroni erytrocyty, zwizany z msk podnoci Koenzym y: Acetylo CoA pochodna witaminy B5 NAD pochodna witaminy B3 FAD, FMN pochodna Witaminy B2 6.Leki z elementem heterocykliczny Leki przeciwwirusowe np. Azydotymidyna jest analogiem tymidyny, czy si z RNA wirusa i uniemoliwia dalsz repilkacj Penicylina antybiotyk, inhibitory transpeptydazy glikoproteinowej ( ona katalizuje tworzenie wiza krzyowych midzy acuchami peptydoglikanu , ktre stabilizuj cian komrkow bakterii). Metotreksat analog kwasu foliowego, przeciwzapalny i przeciwnowotworowy Sulfonamidy dziaanie przeciwbakteryjne 36 # 4.Metabolizm zwizkw azotowych 1. Bilans azotowy Rwnowaga azotowa pobieranie tyle samo azotu przez organizm, ile jest utracone. Kiedy pobieranie przewysza utrat mwimy o dodatnim bilansie azotowym (np. podczas wzrostu, ciy, rekonwalescencji) . Kiedy to utrata przewysza pobieranie mwimy i ujemnym bilansie azotowym (np. nieoywienie, wyniszczenie organizmu przez nowotwr) Jednoczenie zachodz przeciwstawne procesy degradacji i odbudowy. Degradacja dotyczy biaek nieprawidowych lub zbdnych, tzn takich ktrych speniy ju swoj funkcj. Odbudowa w ciagu doby nastpuje odnowa 1 / 2% puli biaek ustrojowych. 2.Pochodzenie aminokwasw w ustroju Biaka w naszym organizmie pochodz z 3 rde: z biaek pokarmowych, z degradacji biaek tankowanych, z syntezy biaek de novo. Biaka s zbyt due, eby podlega filtracji nerkach, tym samym nie mog by wydalane z mocze, proteinuria = biakomocz : Dobowa utrata biaka < 250mg biakomocz fizjologiczny Dobowa utrata biaka > 300/500 mg biakomocz patologiczny Dobowa utrata biaka > 3,5 g lub 50mg/ kg masy ciaa zesp nerczycowy Gwny mechanizm usuwanie biaek to degradacja do aminokwasw, ktre albo zostan wykorzystane do biosyntezy zwizkw azotowych albo jako paliwo energetyczne. Aminokwasy egzogenne (9) Ile, Phe, Met, Val, Thr, Leu, Lys, His, Trp . (Mnemotechnika: Ile Phenomenalnej Mety Val Threpy? L(e)ubi Lysa Historyczne Tr(y)upy NIE OCENIAJCIE !!!) Aminokwasy endogenne (11) Asp, Glu, Ala , Tyr, Asn, Cys, Pro, Ser, Arg, Glen, Gly (Mnemo: jak zapamitacie egzo to reszta to Endo i chooooj) +Selenocysteina 21 aminokwas obecna w 25 selenoproteianch 37 3.Pochodzenie aminokwasw z torw metabolicznych Homocysteina pow staje z metioniny. Jest substratem do produkcji tiola katonu homocysteiny (HCTL) bardzo reaktywny zwizek, ktry powoduje homocysteinylacj biaek, co jest procesem niekorzystnym. Zmiany w strukturze biaek skutkuj chorobami sercowo naczyniowymi, neuro psychiatrycznymi i deformacj szkieletu (brak kolagenu). Histydyna = PRPP ( 5-fosforybozylo -1-pirofosforan ) + Glutamina + ATP 38 4.Amimny biogenne i zasady azotowe Powstaj w wyniku dekarboksylacji , fosforan pirodkosalu jest do tego niezbdny, poniewa jest kofaktorem dekarboksylaz. Wyrni moemy: Tryptaminy pochodne tryptofanu Katecholaminy pochodne tyrozyny Histamina pochodna histydyny Prolaminy pochdone ornityny, ktra powstaje z argininy GABA pochodna glicyny Puryny = Asparaginian + Glutamina + Glicyna Pirymidyny = Asparaginian + Glutamina 5.Trawienie Biaek W trawieniu bior udzia proteazy Biaek pokarmowych wytwarzane s jako proenzymy i aktywowane nieodwracalanie. Po strawieniu Biaek s dopiero dezaktywowane przez inhibitory proteaz . Wystpuj w soku odkowym, soku trzustkowym, nabonku jelita. Wyrni moemy: Podzia na swoisto substratow: Endopeptydazy trawienie wewntrz acuchach polipeptydowego o Pepsyna o Trypsyna o Chymotrypsyna Egzopeptydazy trawienie na kocach acucha polipeptydowego o Karboksypeptydaza C- koniec o Aminopeptydaza N koniec Podzia ze wzgldu na budow centrum aktywnego Proteazy aspartylowe pepsyna Proteazy cysteinowe katepsyny (niektre) Proteazy treoninowe pro teasom 26S Proteazy serynowe trypsyna, chymotrypsyna, elastaza Metaloptorteinazy (Zn2+) karboksypeptydazy, kolagenazy Podzia ze wzgldu na lokalizacj: Wewntrzkomrkowe - proteazy aspartylowe, cysteinowe i treoninowe Zewntrzkomrkowe proteazy serynowe i metaloproteinazy Pepsyna jej aktywacja z pepsynogenu zachodzi pod wpywem jonw H+w odku . Pepsyna jest specyficzna w stosunku do wiza (ktre rozkada) pomidzy konkretnymi aminokwasami tj. Aminokwasy aromatyczne: Phe, Tyr, Trp i kwane: Asp, Glu 39 Trypsyna aktywowana z trypsynogenu pod wpywem enterokianzy w jelicie cienkim. Aktywuje pozostae peptydazy. Specyficzna w stosunku do wiza midz y: Lys i Arg Chymotrypsy na aktywowana z chymotrypsynogenu pod wpywem trypsyny w j. Cienkim. Specyficzna w stosunku do duych hydrofobowych reszt bocznych. Elastaza aktywowana z proelastazy pod wpywem trypsyny w j. Cienkim. Specyficzna w stosunku do Ala, Gly i Val Karbkosypeptydaza aktywowana z prokarboksypeptydazy pod wpywem trypsyny w j. Cienkim . Specyficzna do koca C acucha. PSTI trzustkowy wydzielniczy inhibitor trypsyny moe by wytwarzany przez rne tkanki m.in. Trzustk i wtrob . Przez wtrob jest wydzielany w stanie zapalnym jako biako ostrej fazy . Hamuje aktywno trypsyny i aktywacj innych proenzymw. Osoczowy inhibitor trypsyny ( 1 AT / 1 antytrypsyna) hamuje proteazy serynowe, gwnie elastaz neutrofilow (NE). Syntetyzowany w wtrobie i wydzielany do krwi, rwnie biako ostrej fazy. Jego niedobr powoduje, e elastaza (NE) niszczy wkna spryste puc POChP , rozedma puc. Inhibitory trypsyny mog by wykorzystywane jako lek i Trasylo l (aprotinina) lek przeciwfibrynolityczny . Wykorzystywane s te w dietetyce jako antynutrinenty, czyli substancje antyodywcze, ktre hamuj proteoliz np. surowe roliny strczkowe. 6.Wchanianie aminokwasw Aminokawasy z wiata jelita do enterocytw s symprotowne z jonami Na+. Z enterocytw do krwioobiegu aminokwasy przechodz za pomoc dyfuzji uatwionej. Pompa sodowo potasowa wyrwnuje fizjologiczne stenia jonw K+ i Na+ (w ECF i ICF) oraz wytwarza gradient ste, aby aminokwasy mogy by symprotowne z Na+ Di i tripeptydy do enterocytu dostaj si drog symprotu z jonami H+. W enterocycie s rozkadane do aminokwasw przez di i tripeptydazy, a do krwioobiegu dostaj si dyfuzj uatwion . Aby usun nadmiar H+ z enterocytu antyporter NHE usuwa H+ do wiata jelita w zamian za jony Na+, ktre nastpenie s wpompowywane Na+ / K+ atpaz. 40 [zrobi schemat jak bdzie mi si chciao ] Celiakia autoimmunologiczna choroba glutenozalena. Powoduj ja prolaminy (np. gliadyna w pszenicy ) biaka zb bogate w Pro i Gln . Prolaminy s oporne na protezy jelitowe, a produkty ich czciowego rozkadu powoduj rozszczelnienie nabonka jelit , przez co rozwija si enteropatia (zanik kosmkw jelitowych, zaburzenia wchaniania, zapalenie jelita cienkiego). Chorzy na celiaki przez gan HLA DQ2 lub HLA DQ8 reaguj siln reakcj immunologiczn na peptydy gliadynowe, atakujc wasne enterocyty. Nieceliaklana wraliwo na gluten dieta bezglutenowa eliminuje dolegliwoci. 7.Wymina midzynarzdowa aminokwasw Po posiku bogatym w biako jelita uwalniaj aminokwasy do wtroby (wyjtek: aa rozgazione, ktre trafiaj od mini) . Alanina z mini i nerek trafia do nerek w celu glukoneogenezy. Midzy posikami zachodzi glukoneogeneza w wtrobie. Minie uwalniaj: aminokwasy rozgazione do mzgu (Val, Leu, Ile) ; a lanina trafia do wtroby ; glutamina do jelita i nerek (rdo amoniaku uwalaniego z moczem w postaci soli amonowych NH4+) Wychwyt aminokwasw przez komrki: Uczestnicz w tym transportery bonowe: 1. Aminokwasy mae i obojtne : Ala, Ser, T hr 2. Aa due, obojtne i aromatyczne: Leu, Val, Trp, Tyr, Phe defekt transporty powoduje chorob Hartnupw 3. Aa zasadowe i cyst yna Arg, Lis, ornityna, cystyna defekt transportu powoduje cystynuria > kamica nerkowa 4. Aa. Kwane : Glu i Asp 5. Pro i Gly >Glicynuria (brak objawow klinicznych) Cykl glutamylowy nonikiem aminokwasw jest Glutation . Proces jest energochonny w regeneracji. Enzym 3 GGT ( glutamylotransferaza jest markerem chorb wtroby. Badanie GGT razem z innymi znacznikami tj. AlAT, AspAT, LDH to tak zwane prby wtrobowe. Glutation nie jest w stanie przenosi Proliny. 41 8.Wewntrzkomrkowa degradacja biaek Rozkad lizosomalny jest niezaleny od ATP . Autofagia lizosomalny rozkad biaek wewntrzkomrkowych o dugim czasie poowicznego rozpadu, dzieli si na: Makroautofagia cae organella lub due obszary cytozolu Mikroautofagia male porcje cytozolu, cigy rozpad biaek Krinofagia pochanianie pcherzykw Aparatu Golgiego, w celu ograniczenia wydzielania Heterogafia lizosomalny rozkad biaek osocza i glikoprotein bony komrkowej . Proteazy lizosomalne = katepsyny . Lizosomy rozkadaj biaka , ktre (w warunkach stresu lub godu) zawieraj sekwencj KFER = specyficzna proteoliza biaek o skewkencji KFERQ. Kalpainy system proteolityczny, zaleny od Ca2 +. Rozkadaj gwnie biaka w pobliu bony komrkowej np. aktyn , przez co wpywa na ruchliwo komrki. Wzmacnia te sygna w neuronach, wpywa na tonus naczy krwiononych. Podwyszona aktywno kalpainy jest przy stwardnieniu rozsianym , udarze mzgu . Zaburzona aktywno kalpain prowadzi do dystrofii miniowej , choroby Alzheimera. Inhibitor kalpain kalpostatyna Proteasomy rozkadaj biaka zubikwitynowane . Biaka z sekwencj PEST s ubikwitynowane biaka o krtkim czasie poowicznego rozpadu i te le sfadowane. Proteasom skada si z dwch podjednostek: podjednostka stanowi filtr selektywnoci oraz podjednostka ma aktywno proteolityczn. Inhibitory proteasomw wykorzystywane s w: Terapia nowotworowa bortezamid hamuje rozkad biaek apoptotyycznych Zwalczanie cikich infekcji - pochodne oksotiazol ionu selektywne hamowanie proteasomu Myocobacterium tuberculosis = prtek grulicy w ustroju gospodarza: zabijanie niereplikujcych form bakterii. 42 9.Katabolizm aminokwasw Oglny schemat katabolizmu > Aminokwasy glukogenne: Ala, Arg, Asp, Asn, Cys, Gln, Glu , Ser, Pro, His, Met, Val Aminokwasy ketogenne: Lis, Leu Aminokwasy glukoketogenne: Tyr, Trp, Thr, Ile, Phe Losy amoniaku :43 Deminacja odczenie grupy -NH2 od aminokwasu. Tylko klika (niej wymienionych ) aminokwasw ulega deaminacji . Wyrniamy dwa rodzaje deaminacji: 1. Deaminacja oksydacyjna a. Dehhydrogenaza glutaminianu ( Glu ) b. Oksydazy aminokwasowe (Lys, Gly ) 2. Deamincja nieoksydcyjna a. Dehydratazy aminokwasowe (Ser, Thr ) Trasnaminacja przenoszenie grup -NH2 z aminokwasu na ketokwas > aminokwas staje si ketokwasem, a ketokwas aminokwasem : Pirogronian alanina; Szczawiooctan Asparaginian (wcza si do cyklu mocznikowego); ketoglutaran glutaminian. GDH dehydrogenaza glutaminianowa katalizuje reakcj deaminacji glutaminianu: Glutaminian + NAD /NADP + HO -ketoglutaran + NH + NADH/NADPH . Jest to reakcja anaplerotyczna cyklu Krebsa reakcja ta uzupenia intermediat cyklu - -ketoglutaran (gdy zostanie on zuyty w innych szlakach) , zapobiegajc zatrzymaniu cyklu . GDH wspdziaa z NAD + w procesach katabolicznych, a z NADP+ w procesach anabolicznych. Regulacja allos eteryczna GDH: ATP i GTP hamuj (bo komrka ma duo energii) ADP i GDP pobudzaj (mao energii cykl Krebsa nie wyrabia) Oksydazy L aminokwasowe katalizuj oksydacyjn deaminacj Ly s. Wspdziaa z FM N (kofakor: ryboflawina). Obecne w rER wtroby. Oksydazy D aminokwasowe katalizuj oksydacyjn deamin acj Gly oraz aminokwasw bakteryjnych . Wspdziaaj z FAD (B2) . Wystpuj w peroksysoamch wtroby. Przykad: oksydaza glicynowa : Gly > glikosalan +NH4+ . W kanalikach nerkowych glikosalan jest utleniany do szczawianu (szczawiany wapnia stanowi 75% puli kamieni nerkowych ). Dehydratazy aminokwasowe katalizuj nieoksydayjn deaminac j Ser i Thr . Kofaktor: fosforan pirodoksalu (B6 ). Ser >pirogronian + NH3 / Thr > ketomalan + NH3 . Reakcja jest dwuetapowa: 1.dehydratacja aa 2. deaminacja aa. Arginina - w mzgu i w nerkach jest rdem ornityny, ktra powstaje pod wpywem arginazy. 1. Ornityna jest akceptorem karbamoilofosforanu w cyklu mocznikowym . 2. Z ornityny w wyniku dekarboksylacji powstaje te puterescyna . 3. Prekursor tlenku azotu (NO) 4. prekursor fosfagenu = fosfokreatyny 44 1. Arginina w cyklu mocznikowym w wtrobie arginina jest szybko zuywana w cyklu mocznikowym. Arg > Ornityna + mocznik (katalizuje argianaza). Wynikajcy z tego niedobr Arg jest uzupeniany endogenn syntez w jelitach i nerkach . Jelito: glutaminian > cyt rulina. Nerka: cyr tulina >arginina 2. Puteresycyna amina biogenna powstaa z ornityny w wyniku dekarboskyalacji. Jest substratem syntezy poliamin. Poliaminy to polikationy ktre Stabilizuj struktur DNA i RNA (polianionw) Pobudzaj repilkacj, transkrypcj, proliferacj Reguluj aktywno kinaz i topoizomerazy Puteresycyna i kadaweryna nalez do ptolamin. P tolaminy to inaczej jady trupie , powstaj w procesach gnilnych - odpowiadaj za odr zwok . Synteza: dekarbkosylaza lizy nowa : Lys > kadaweryna (CAD). Dekarboskylaza ornitynowa : ornityna >puterescyna (PUT) 3. Arginina jako rdo NO tlenek azotu II jest wytwarzany przez syntaz NO (NOS). Syntaza NO ma 3 formy: Endotelialna w rdbonku, jest to forma ko nstytutywna (ciga synteza) Neuronalna w neuronach, rwnie forma konstyt utywna Indukowalna makrofagi, neutrofile, hepatocyty indukowana synteza NO jest mediatorem wielu procesw: Relaksacja naczy = dziaanie wazodylatacyjne Zapobieganie agregacji pytek krwi Neurotransmiter w OUN Regulator endocytozy makrofagw Schemat dziaania relaksacji naczy przez NO: No syntetyzowane w endothelium dyfunduje do miniwki gadkiej naczynia > zamknicie kanaw Ca2+ > spadek stenia Ca2+ w 45 sarkoplazmie + wzrost stenia cGMP > defosforylcja acucha L miozyny >rozlunienie mini gadkich > rozszerzanie naczynia. 4. Arginina jako prekursor fosfokreatyny fo sfagen jest rezerwuarem energii w miniach w stanie spoczynku. W procesie syntezy fosfokreatyny bior udzia nerka ->wtroba ->minie . Kreatyna +ATP fosfokreatyna +ADP . Nadmiar fosfokreatyny jest przeksztacany w kreatynin , usuwan z moczem . Klirens kreatyniny miernik zdolnoci filtracji kbkowej nerki (klirens = ilo krwi oczyszczonej z danej substancji w jednostce czasu , oznacza si i porwnuje poziomy kreatyniny w moczu i w surowicy) Katabolizm fenyloalainy i tyrozyny Warunkiem prawidowego wczenia Phe do metabolizmu jest jej hydroksylacja = przeksztacenie w Tyr . Tryzoyna to prekursor: Acetylo CoA i fumaranu Neurohormnow katecholamin Hormonw tarczycy T3 i T4 Pigmentu melanina Gwny szlak metaboliczny Phe i Tyr :46 Hydroksylaza fenyloalaninowa (PAH) do przeksztacenia Phe do Tyr potrzebuje kofaktora THB (tetrahydropbiopteryna) . Defekt enzymu (98%) lu niedobr THB (2%) s przyczn fenyloketonurii . Phe nie moe przeksztaci si w Tyr, wic obiera alternatywny szlak metaboliczny: Phe > fenylopirogronian > fenylooctan + fenylomleczan . Fenylopirogronian akumuluje w tkankach, krwi i moczu, natomiast fenylooctan i fenylomleczan s wydalane z moczem. Nieleczona fenyloketonuria prowadzi do opnienia psychoruchowego, upoledzenia umysowego, wad chodu i postawy, jasnej karnacji defekt syntezy melaniny . Aminotransferaza tyrozynow a jej defekt powoduje Tyrozynemi typu II . Jest to choroba skrno oczna. Tyrozyna odkada si na rogwce , co prowadzi do stanw zapalnych rogwki, hiperkeratoza skry, opnienie rozwoju umysowego. 47 Tyrozynemia noworodkw / typu III to bardzo rzadka choroba powodujca lekkie upoledzenie umysow w. Oksydaza homogentyzynianowa jej defekt prowadzi do alkaptonurii . Homogentyzunian akumuluje w tkankach i powoduje hiperpigmentacj twardwki i tkanki czne j, homogentynuria niebieski mocz, zmiany zwyrodnieniowe staww i chrzstek midzykrgowych . Hydrolaza fumaryloacetooctanowa jej defekt powoduje tyrozynemi typu I. Jest to tryrozynemia wtrobowego nerkowa, ma posta ostr (zgon noworodka) i przewlek. Stosowanym lekiem jest NTBC (nityzyna) inhibitor dioksygenazy HPPowej. Albinizm / bielactwo Zaburzenia powyszego szlaku prowadz do albinizmu, spodwodawoanego niedoborem melanin, ktry zmienia pigmentacj skry, wosw i oczu . Ponadto powoduje nadwraliwo na wiato soneczne (mao melaniny w tczwce i nabonku barwnikowym siatkwki, ktra pochaniaaby nadmiar promieni sonecznych). 10. Katecholaminy Neurony: Tyr >DOPA > Dopamina >Noradrenalina Rdze nadnerczy: Tyr >DOPA > Dopamina > Noradrenalina > Adrenalina Katecholaminy to neuroprzekaniki, ktre po spenieniu swojej funkcji musza ulec degradacji enzymatycznej przez: MAO monoaminooksydaza kofaktor: FAD; COMT katecholo O metylotra nsferaza kofaktor SAM Niedobr dopaminy sprzyja rozwojowi choroby Parkinsona. W leczeniu tej choroby stosuje si inhibitory enzymw rozkada jcych dopamin lub mimetyki dopaminy (amantydyna, lizuryd) . Leczenie moe obejmowa te nowoczesn e zabiegi neurochirurgiczne DBS (Deep Brain stimulation), gdzie poprzez elektrody stymuluje si drogi neuronalne (targetem mog by np. Jdra wzgrza , jdra podwzgrzowe, gaka blada ) do prawidowego neuroprzekanictwa. 11.Hormony tarczycy Powstaj w komrkach pcherzykowatych tarczycy . Potrzebny jest jod do modyfikacji biaka tyreoglobuli ny. T3 Trjjodotyronina , T4 tetrajodotyronina / tyroksyna zwizane Tgb a do uwolnienia w komrkach docelowych. 48 12.Am idy kwasowe asparagina i Glutamina Magazynuj grupy -NH2 do syntez zawizkw azotowych , s rwnie ich donorami do syntez zwizkw azotowych. Niezbdne do syntezy puryn i pirymidyn . Asparagina jest substratem reakcji N glikozylacji, a Glutamina Transporterem gr NH2 we krwi, odpowiada te za regulacj pH w nerkach. Synteza Asn i Gln wymaga energii (ATP) oraz enzymw: Syntetaza glutaminowa Glu + NH4+ > Gln Syntetaza asparaginianowa Asp + NH4+ > Asn Rozkad Asn i Gln zachodzi dziki hydrolazom: Glutaminaza: Gln + H2O > Glu + NH4+ Asparaginaza Asn + H20 > Asp + NH4+ Glutaminaza wystpuje fizjologicznie w naszych komrkach, natomiast asparaginaza NIE. Asparginaza znalaza zastosowanie w onkologii: komrki zdrowe maj duo Syntetaza asparaginowej, natomiast komrki nowotworowe mao , tym samym komrki nowotworowe musz pobiera asparagin z krwi, aby uzupeni niedobory. Zastosowanie asparaginazy jako leku powoduje rozkad Asn w osoczu, co spowoduje duy deficyt Asn w komrkach nowotworowych, hamujc ich proliferacj. Stosowana jest w ostrej biaaczce limfoblaastycznej i p rzy choniakach nie ziarniaczych. 13.Glutamina Synteza pod wpywem syntetazy glutaminy zachodzi w cytozolu; rozkad pod wpywem glutaminazy zachodzi w mitochondriach, ale moe tez w innych miejscach komrki. rdo produktw : amoniogenezy, glukoneogenezy, ureogenazy, GABA, nukleotydy, biaka, aa , aminocukry Glutamina i alanina s transporterami azotu w ustroju: alanina - z mini do wtroby ; glutamina z innych tkanek do wtroby. 49 Metabolizm mNH3 w wtrobie zaley od lokalizacji hepatocyt w: Hepatocyt okoowrotny synteza mocznika Hepatotcyt okoonaczyniow y synteza glutaminy W hepatocytach okolowrotnych jest wysoka aktywno glutaminazy, amoniak kierowany jest do cyklu mocznikowego, agllutamina ulega oksydacyjnej deaminacji do ketoglutaranu , ktry zasila szlak glukoneogenezy. Z drugiej strony w hepatocytach okoonaczyniowych jest wysoka aktywno syntetazy glutaminowej , co sprzyja wykorzystaniu amoniaku do syntezy glutaminy. Glutamina w jelicie zasila enterocyty w azot i energi -> ketoglutaran do cyklu Krebsa. Z enterocytu uwalniana jest alanina , a nastpnie wychwytywana przez wtrob. Glutamina w nerkach trafia z mini szkieletowych. Szkielet wglowy jest przeksztacany w glukoz (glukoneogeneza nerkowa) . W przypadku dugotrwaej hipoglikemii ronie znaczenie glukoneogenzy nerkowej . W przypadku dugotrwaej hipoglikemii ronie znaczenie glukoneogenzy nerkowej >produkcja cia ketonowych, co zwiksza kwasic . Glutaminaza powoduje uwolnienie amoniaku, ktry w postaci soli amonowych NH4+ jest usuwany z moczem. NH4+ trafia do wiata kanalika na zasadzie antyprotu z Na+, tym samym chroni przed utrat sodu. Przeksztacenie NH3 do NH4+ skutkuje powstaniem HCO3 -, ktre przechodzi do krwi >buforowanie pH krwi. Stan kwasicy stymuluje Glutaminaz, co sprzyja powstawaniu i dyfuzji do krwi jonw HCO 3-, ktre maj waciwoci buforujce >niweluj kwasic. Glutamina w mzgu : w neuronach Glutaminaza rozkada Gln do Glu , neurony wychwytuj Gln; uwalniaj Glu. W astrocytach Syntetaza Gln przkasztaca Glu do Gln; uwalniane Gln, wychwyt Glu 50 Glutaminian jest neuroprzekanikiem pobudzajcym i moe z niego powsta GABA neuroprzekanik hamujcy. Niezwykle wane jest zachowanie rwnowagi jej zaburzenia powoduj choroby neuropsychiczne. Niedobory glutaminianu w cyklu glutaminianowym s uzupeniane przez: Rozkad glutaminy produkowanej w astrocytach Syntez glutaminianu z ketoglutaranu z cyklu Krebsa Z degradacji szkieletw wglowych aa. Rozgazionych (Val, Leu, Ile) 14.Toksyczno amoniaku w OUN Nadmiar NH3 wzmaga syntez Glu i Gln . Ronie zuycie ketoglutaranu w syntezie Glu, przez co s niedobry ketoglutaranu w cyklu Krebsa i spada synteza ATP. Wzrost stenia Glu wzmaga syntez Gln , przez co s niedobry Glu i GABA jako neurotransmiterw. Ponadto zbyt duo osmotycznie czynnej glutaminy moe doprowadzi do odmy mzgu. Aminokwasy rozgazione Walina, Leucyna i Izoleucyna mog by rdem glutaminy . Kocowe produkty ich degradacji to bursztynylo CoA, Acetylo CoA, acetooctan rdo cia ketonowych. Gwne etapy degradacji to : Transaminacja powstaj ketokwasy Oksydatywna dekarboksylacja powstaj produkty kocowe. Niedobry enzymu dehydrogenazy dekarboksylujcej prowadz do choroby syropu klonowego. 51 15.System Renina Angitensyna Aldosteron (RAA) 1. Renina jest proteaz, prukowan przez nerki i wydzielan do krwi przy niskim steniu Na+ w osoczu oraz spadku objtoci osocza (utrata wody) . Aktywuje angiotensynoegen do angiotensyny I. 2. Angiotensynongen syntetyzowany w wtrobie, wydzielany do krwi. Jest nieaktywn form angiotensyny I , aktywowany przez renin. Angiotensyna I jest przeksztacana do angiotensyny II przez konwertaz angiotensyny (ACE). 3. Angiotensyna II powoduje zwenie naczy krwiononych , przez co zwiksza si cinienie krwi. Wzmaga syntez aldosteronu przez nadnercza. 4. Aldosteron pobudza wchanianie zwrtone Na+ i wody z moczu pierwotnego w kanalikach nerkowych. Stymuluje te wzrost pragnienia oraz wzrost apetytu na co sonego (Na+ z soli) 16. Cykl mocznikowy Mitochondria: 1. Syntetaza karbamoilofosforanu (CPS I) pobudzana przez noradrenalin 2. Karbamoiltransferaza ornitynowa (OTC) 52 Cytozol 3. Syntetaza argininoburtysznianowa 4. Liaza argininoburtynianowa (ASL) 5. Arginaza rda grupy -NH2: z glutaminianu (pniej Karbamoilofosforanu, wczonego w etapie 2.) oraz z asparaginianu, wczonego w etapie 3. Syntetaza karbamoilofosforanowa (CPS) ma dwa izoenzymy : Izoenzym mitochondrialny ( CPS I ) NH4+ + HCO3 - > Karbamoilofosforan Cykl mocznikowy . CPS I podlega aktywacji allosterycznej przez NAG (N acetyloglutaminian) -> regulacja cyklu Izoenzym cytozolowy ( CPS II) Gln + HCO3 - > Glu + Karbamoilofosforan synteza pirymidyn Reakcje te s energochonne (koszt 2 ATP) Cykl mocznikowy a cykl Krebsa Komunikacja midzy cyklami zachodzi poprzez asparaginian i Fumaran . Zuycie asparaginianu w cyklu mocznikowym wymaga uzupenienia ubytku szczwiooctanu , z ktrego powstaje asparaginian. Umoliwiaj to 3 enzymy: Hydrolaza Fumaranowa (FH) fumaran > jabczan ( > do cyklu Krebsa) Dehydrogenaza jabczanowa (MDH) jabczan > Szczawiooctan Aminotrasnferaza Asp (AST2) Szczawiooctan > Asparaginian ( > do cyklu mocznikowego) Blinas cyklu mocznikowego: NH4+ + CO2 + Asp + 2H2O + 3ATP > mocznik + fumaran + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi Prawidowe stenie amoniaku w osoczu : 5 -35 mol / L Prawidowe steniu mocznika w surowicy: 15 40 mg / dL Wydalanie mocznika : 75 % przez nerki > mocz 25% przez jelita > rozkad mocznika mocznik > CO2 + NH3 > wraca do wtroby 53 Zaburzenia cyklu mocznikowego Pierwotne mutacje enzymw cyklu lub mutacje transporterw, przenoszcych Ornityn do mitochondrium lub cytrulin do cytozolu Wtrne uszkodzenia wtroby (wirusowe, toksyczne) prowadz do hiper amonemii rnych typw (CPS I -> hiperamonemia typu I ) Farmakologia hiperamonemii: Hiperamonemia I i II o Fenylomalan (przeksztacony do fenylooctan, ktry wie Gln) o Benzoesan (wie glicyn > hipuran > wydalanie z moczem ) Niedobr ASL (liaza argini no bursztynianowa) o Arginina (substrat syntezy ornityny, ktry aktywuje cykl mocznikowy ) W hiperamonemii typu I i II amoniak akumuluje w formie Gln i Gly, poniewa nie powstaje cytrulina i argininoburszytnian , wic leczenie polega bdzie na ubogobialkowej diecie i leczeniu fenylomalanem i benzoesanem, ktro w i Gln i Gly i usuwaj je z moczem . Przy niedoborze ASL , amoniak jest wydalany z moczem w formie arginino burtyninanu bez odzyskania argininy, co powoduje jej niedobr, a tym samym niedobr ornityny i zahamowanie cyklu. Leczenie polega na diecie bogatej w biako z Arg i suplementacja Arg . 17.Metabolizm Hemu Hem protoporfiryna IX + Fe2+, struktura tetrapirol z jonem Fe2+ w centrum aktywnym. Hem stanowi grup prostetyczn hemoprotein (szybka synteza, szybka degradacja) . Hem w biakach peni rne funkcje: Hemoglobina, mioglobina > nietrwae wizanie O2 Katalaza, peroksydaza > tworzenie centrum aktywnego enzymu Cytochromy > nonik elektronw (reakcja redox Fe2+ Fe 3+) Biosynteza hemu proces 8 etapowy Lokalizacja tkankowa o Szpik hemoglobina o Wtroba enzymy, cytochromy Lokalizacja komrkowa o Mitochondria etapy 1, 6, 7, 8 o Cytozol etapy 2, 3, 4, 5 Substraty wyjciowe o Glicyna o Bursztynolo CoA 54 Etap 1 ALAS Syntetaza ALA : ALAS 1 (wtrobowa) -kontrolowany przez: hamujco hem, hemin, glukoz, pobudzajco ksenobiotyki ALAS 2 (erytroidalny) kontrolowany przez dostpno Fe2+ Etap 2 Dehydrataza aminolewulinowa: Bardzo wraliwa na metale cikie (Pb, Ag, Hg) Dziaa w cytozolu Etap 3 i 4 Syntaza uroporfirynogenu III +kosyntaza uroprfirynogenu III umoliwiaj kondensacje 4 czsteczek porfobilinogenu do uroprfirynogenu III z uwolnieniem amoniaku Etap 5 Dekarboksylaza uroprfirynogenu (cytozol) Etap 6 i 7 Oksydaza koproporfirynogenu (mitochondrium) Etap 8 [da kolorki do schematw reakcji bo wyglda jak gowno] 55 Regulacja biosyntezy hemu: Wtroba ALAS 1: allosteryczna inhibicja przez hem . Hem albo hemina hamuje transkrypcj genu syntezy ALAS 1. Hem hamuje te transport ALAS 1 z cytozolu do mitochondriw. Leki steroidy, barbiturany indukuj niezbdne w aktywacji lekw enzymy mikrosomalne zalene od cytochromu P450, przez co wzrasta zuycie hemu i w efekcie wzrasta aktywno ALAS1. Komrki erytroidalne ALAS 2: Syntaza jest zalena od dostpnoci Fe2+. W stanach anemii komrki stymuluj syntez erytropoetyny , przez co wzrasta populacja erytrocytw i zwiksza si pozoim hemu w ustroju . Porfirie choroby wywoane defektami enayzmw syntezy hemu: defekt enzymw na etapach 1,2,3,4 powoduje nagromadzenie ALA oraz profobilinogenu co jest przyczyn zaburze neuroosychicznych, bli brzucha. Defekt enzymw na etapach 5,6,7,8 powoduje nagormadznie propo rfirynogenw co manifestuje si klinicznie nadwraliwoci na wiato, wzrostem reaktywnych form tlenu (RFT) Zatrucie oowiem 4 enzymy szlaku biosyntezy hemu s wraliwe na Pb: ALAS (etap 1), dehydrataza ALA szczeglnie wraaliwa (etap 2), oksydaza kopropor fir ynogenu (etap 6 i 7), ferrochelataza (etap 8). Zatrucie oowiem prowadzi do niedokrwistoci . Przez szczegln wraliwo Dehydratazy ALA na ow w moczu ronie stenie kwasu amino lewulinwoego (ALA) . Zatrucie oowiem, niedobr Fe lub B6 prowadzi do zaburze Syntazy ALAS 2 przyczyna anemi synderoblastycznej. Rozkad hemu 85% rozkadanego hemu pochodzi z hemoglobiny (rozkad = 6g / 24h), 15% z innych hemoprotein. Rozkad prowadzi do powstania barwnikw ciowych: biliwerdyny i bilirubiny. Proces jest 3 etapowy i zachodzi w: 1. ledzionie 2. Wtrobie 3. Jelitach Etap 1 Bilirubina to czerwono pomaraczowy barwnik, ktry ma waciwoci przeciwutleniacza. Jest lipoliza i sabo rozpuszcza si w wodzie. 1 gram hemu daje okoo 35 mg bilirubiny. 56 Etap 2 1. Transport bilirubiny z tkanek do wtroby. Albumina jest transporterem bilirubiny. 2. Wychwyt bilirubiny przez hepatocyty wizana jest ligandyn 3. Sprzganie bilirubiny w lepiej rozpuszczalne pochodne : a. Bilirubina sprzona i. Monoglukoronid bilirubiny ii. Diglukoronid bilirubiny 4. Sekrecja bilirubiny sprzonej do woreczka ciowego > przewd ciowy > Jelito Etap 3 Kluczow rol speniaj enzymy bakterii jelitowych: glukoronidaza katalizuje reakcj: diglukoronid bilirubiny > bilirubina Reduktazy ktalizuj reakcj: bilirubina -> urobilinogen (bezbarwny ) 90% urobilinogenu zostaje w jelicie i zostaje przeksztacone w sterkobilin , ktra nadaje brzowy kolor kau. 10% trafia do nerek , gdzie zostaje przeksztacone w urobilin , ktra nadaje ty kolor moczu Krenie barwnikw ciowych 57 Zaburzenia metabolizmu barwnikw ciowych hiperbilirubinemi a Wzrost stenie bilirubiny we krwi i gromadzenie barwnikw ciowych w tkankach powoduje rozwj taczek (>1mg bilirubiny/ dL) Przyczny taczek: Nadmierny rozpad erytrocytw Zaburzenia sprzgania bilirubiny w wtrobie Zaburzenia wydalania bilirubiny z ci Dawny podzia taczek : hemolityczna (rozpad erytrocytw), miszowa ( dziaanie wirusw), zastoinowa (kamienie ciowe), noworodkowa (rozpad HbF) Obecny podzia taczek : 1. Przedwtrobowa (dawniej hemolityczna) a. Wzrost bilirubiny w osoczu b. Wzrost uroblilinogneu w moczu 2. Wtrobowa (dawniej miszowa) a. Wzrost bilirubiny i bilirubiny sprzonej w osoczu b. Wzrost bilirubiny w moczu > ciemny mocz 3. Pozawtorbowa a. Wzrost bilirubiny w osoczu b. Wzrost bilirubiny w moczu > ciemny mocz c. Spadek sterkobiliny w kale > jasny ka Bilirubina niesprzona atwo przenika barier krew mzgu powoduj taczk jder podstawnych mzgu ( kernicterus ), co prowadzi do upoledzenia umysowego. Lecznie: feno barbital Hiperbilirubinemia toksyczna jest wynikiem dziaania toksyn (grzyby, toksyna wirusowa WZW, chloroform) i prowadzi do zaburzenia procesu sprzgania. 58 18.Metabolizm nukleotydw Znaczenie nukleotydw: Budowa DNA i RNA Stanowi elementy koenzymw: NADH, FADH2, koenzym A Magazynowanie energii: ATP, GTP Wtrne przekaniki szlakw sygnaowych: cAMP, cGMP Czynniki regulatorowe enzymw Noniki aktywnych zwizkw: UDP glukoza, CDP cholina Biosynteza nukleotydw zachodzi z aminokwasw i rybozo 5 fosforanu . Pirymidyny: najpierw zachodzi synteza zasady azotowej, pniej doczany jest cukier . Puryny: najpierw zachodzi synteza cukru, pniej odbudowywanie zasady azotowej . Rozka d nukleotydw prowadzi do powstania rybozo 1 fosforanu . rda nukleotydw w ustroju: 1. Synteza de novo (gwnie w wtrobie) 2. Degradacja kwasw nukleinowych (pozawtorbowo z endogennych substratw) 59 3. Wolne zasady reakcje rezerwowe (gwnie pozawtrobowo recykling zasad) Cz enzymw i intermediatw szlaku biosyntezy puryn moe modyfikowa nukeleosom, poprzez modyfikacj biakek histonowych (H2B, H3, H4, H3T11), tym samym wpywaj one na ekspresj genw. Biosynteza de novo nukleotydw Purynowych (gwnie w wtrobie) Substraty: Rybozo 5 fosforan jest rdem aktywnej rybozy PRPP (5-fosforybozylo -1-pirofosforan ) Asparaginian (Asp) Glutamina (Gln) Glicyna (Gly) CO2 Pochodne kwasu foliowego , nonik grup jednowglowych o N5, N10 metynylo THF o N10 formylo THF Amidotransfer aza glutamylo PRPP gwny enzym regulatorowy w syntezie puryn . Podlega regulacji allosterycznej: Aktywator: PRPP (substrat enzymu) Inhibitory : IMP, AMP, GMP (produkty kocowe szlaku) Tkanki niezdolne do syntezy puryn (mzg, leukocyty wielojdrzaste , erytrocyty ) maj bardzo niski poziom Amidotransferazy glutamylo PRPP. Biosynteza nukleotydw purynowych wie si z bardzo duym nakadem energii: IMP > AMP / GMP AMP / GMP > ADP / GDP ADP / GDP > A TP / GTP Np. kinaza adenylowa katalizuje: AMP + ATP 2 ADP 60 Konwersja IMP do nukleotydw adenozyny i guaniny AMP i GMP reguluj ich powstawanie z IMP poprzez sprzenie zwrotne ujemne. Regulacja krzyowa dy do zrwnowaenia poziomu AMP, GMP i IMP poprzez regulacj jednych cieek produktami drugiej . Do senytezy AMP z IMP potrzebny jest Asparaginian Do syntezy GMP z IMP potrzyma jest Glutamina Cykl Nukleotydw purynowych Zachodzi gwnie w miniach. Pozwala na wydajn deaminacj aminokwasw , poniewa w miniach dehydrogenaza glutaminianowa (GDH) jest mao aktywna . Aa w procesie transaminacji oddaj grup -NH2, co sprzyja syntezie Asparaginian u, ktry przekazuje gr. -NH2 na AMP. Deaminacja AMP to gwna droga usuwania azotu aminowego z aa w miniach. 61 Wytwarzanie AMP i GMP w reakcjach rezerwowych *Niedobr HGPRT powoduje chorob Lescha Nyhana Biosynteza nukleotydw pirymidynowych (wszystkie tkanki) Substraty : Rybozo 5 fosforan > rdo PRPP Asparaginian Glutamina Brak Glicyny! (W porwnaniu do biosyntezy puryn) CO2 N5, N10 metyleno THF (pochodna kwasu foliowe go) Nonik grup -CH2 - (jednowglowych ) Brak N 10 - formylo - THF (w porwnaniu do biosyntezy puryn) CPS II Syntetaza Karbamoilofosforanu II (cytozolowa) glutamina jest dawc NH3 do syntezy karbamoilfosfroanu. Asp jest niezbdny do syntezy kwasu o rotowego i UMP UMP moe by przeksztacony w CTP czy TMP - deoksy tymidylan, niezbdny do syntezy DNA Regulacja biosyntezy nukleotydw Gwnym punktem regulacji jest CPS II , ktra podlega regulacji allosterycznej : aktywatorom jest PRPP inhibitorami s UDP, UTP Synteza puryn i pirymidyn jest cile koordynowana. Synchronizacja polega na kontroli sy ntetazy PRPP, poniewa enzym ten dostarcza prekursor (PRPP) do obu szlakw syntez . Aktywno PRPP: Stymulowana przez PRPP Hamow ana przez nukleotydy purynowe i pirymid ynowe 62 THF tetrahydrofolian Koenzym od witaminy B9 Przenonik fragmentw jednowglowych Niezbdny w o Syntezie puryn o Syntezie tymina z uracylu o Uzyskiwaniu metioniny z homocysteiny Glicyna, seryna, histydyna s rdem fragmentw jednowglowych transportowanych przez THF: Glicyna -> grupa metylowa -CH3 Seryna -> grupa metylenowa -CH2 - Histydyna -> grupa formiminowa -CHNH Inhibitory szkakw biosyntezy nukleotydw 1. Metotreksat analog kwasu foliowego. Dziaa jako inhibitor kompetycyjny redukcji DHF do THF , niezbdnego rda mety leno THF i formylo - THF . Powoduje spadek zarwno puryn jak i pirymidyn . Powoduje te zahamowanie dTMP, co powoduje spadek tempa replikacji (onkoterpia) 2. 5 fluorouracyl rdo fluorodeoksyuradynalu (FdUMP), ktry jest inhibitorem samobjczym syntazy timidylanowej (TS) > zahamowanie syntezy dTMP > spadek tempa replikacji (onkoterpia). Spadek syntezy jedynie pirymidyn . Degradacja nukleotydw pirymidynowych Na skutek degradacji powstaj dobrze rozpuszczalne w wodzie produkty kocowe: alanina komponent koenzymu A, aminoizomalan, CO2 i NH3 Nadmierny wzrost poziomu produktw kocowych rozkadu pirymidyn rzadko wywouje objawy kliniczne 63 Degradacja nukleotydw purynowych Na skutek degradacji powstaje kwas moczowy! Puryny endogenne (guanina, adenina) s rozkadane w wtrobie, Puryny egzogenne (z diety) s rozkadane w enterocytach Z hepatocytw i enterocytw kwas moczowy trafia do krwiobiegu, a nastpnie do nerek, aby zosta wydalony z moczem. Funkcje kwasu moczowego 1. Antyoksydant - reaguje z H2O2, zapobiega skutkom dziaania RFT, normalizuje produkcj NO. Jest gwnym antyutleniaczem osocza (50% pojemnoci antyoksydacyjnej krwi). 2. Neuroprotekcja antyoksydacyjny mechanizm obrony przed perokdsydaz lipidw (w osonkach mielinowych) 3. Immunomodulacja pobudzanie limfocytw T, wpieranie procesu prezentacji antygenu Normourykamia okoo 300 mol/L Hipourykemia (rzadko wystpuje) zbyt niski poziom kwasu moczowego we krwi Przyczyny: - ciki alkoholizm, poczony z chorobami wtroby - niedobr oksydazy ksantyny - wysokie dawki salicylanw i witaminy C - allopurinol - inhibitor oksydazy ksantynowej - kortykosterydy - choroba Fanconiego - upoledzenie reabsorpcji przez komrki kanalikw nerkowych - chemioterapia z uyciem inhibitorw syntezy puryn np.6 -merkaptopuryna - galaktozemia Hiperuykemia podwyszony poziom kwasu moczowego we krwi Przyczyny: - wzrost spoycia (dieta misna) - fizjologiczne - wzrost produkcji moczanw -dna moczanowa, leczenie chorb mieloproliferacyjnych cytotoksycznymi lekami - obnione wydalanie kwasu moczowego. kwasica mleczanowa, choroby spichrzowania glikogenu typu Ib, podawanie lekw, zatrucia np. ow, alkohol - defekty enzymatyczne: choroba Lescha - Nyhana 64 PpH moczu > 5,57 > dobrze rozpuszczony kwas moczowy PpH moczu < 5,57 > kwas moczowy wytrca si i tworzy kamienie moczowe Konsekwencje hiperurykemii: Dysfunkcja rdbonka Stres oksydacyjny Nasilenie peroksydacji lipidw oraz nitracji biaek Stymulacja proliferacji komrek mini gadkich naczy krwiononych Rozwj insulinoopornoci Zwikszenie oksygenacji lipoprotein LDL Krysztay kwasu moczowego stymuluj uwalnianie z pytek krwi ADP i ATP Indukuj odpowied zapaln Podatno na choroby: o nadcinienie ttnicze i migotanie przedsionkw o przewleka choroba nerek o zesp Lescha -Nyhana hiperurykemia z kamic moczanow wywoywany brakiem aktywnoci fosforybozylotransferazy hipoksantynowoguaninowej HGPRT (reakcje rezerwowe puryn) o choroba von Gierkego przy niedoborze glukozo -6-fosfatazy wtrnie wystpuj hiperurykemia i nadmierne wytwarzanie puryn, wynikajce ze wzmoonej regeneracji rybozo -5-fosforanu o dna moczanowa Anki zwizki azotowe: https://drive.google.com/file/d/1uYe6TyFsxUzujN_Tn1ATVqnQSfNuYsKa/view?usp=drivesdk 65 # LIPIDY > (pikny schemat, prawda? <<<<<3) # Krtkoacuchowe kwasy tuszczowe (SCFA) Ich nazwa jest mylca nie s klasyfikowane jako lipidy! S to kwasy karboksylowe: octan, propan, malan s polane Prodkowane przez mikrobiot jelitow S gwne rdem energii enterocytw (ktre je wchaniaj) Nadmiar przetransportowany krenia tworzy o jelito -mzg, gdzie peni funkcj neurotransmiterw 66 # Dugoacuchowe kwasy tuszczowe (LCFA) Podstawowa jednostka budujca lipidy Kwasy karboksylowe z min 12C najczciej 16C I 18C Mog by nasycone i nienasycone W nienasyonych wizanie podwjne niemal wasze w konfiguracji cis, co skutkuje wygiciem acucha # Pooenie wizania podwjnego okrela si od pocztku (C9) lub od koca ( -3, czyli omega 3) # Niezbdne nienasycone kwasy tuszczowe (NNKT) Organizm czowieka nie syntezuje kw. Tuszczowych, w ktrych wizanie podwjne znajduje si dalej ni przy C9, tym samym nie moemy syntezowa czci kwasw nie syntezujemy NNKT Te kwasy to przede wszystkim: -3 i -6 ( omega 3 i omega 6) Niezbdny skadnik do budowy lipidw zoonych bon biologicznych oraz eikozanoidw Musz by dostarczane w diecie! Linolowy (LA) [C18:2, 6] sonecznik, soja -linolenowy (ALA) [C18:3, 3] rzepak, len, orzech woski -linolenowy (GLA) [C18:3, 6] ogrecznik, konopie Arachidonowy (AA) [C20:4, 6] ryby Eikozapentoenowy (EPA) [C20:5, 3] ryby Dokozaheksaenowy (DHA) [C22:6, 3] ryby > Legenda: [C18:2] 18 atomw wgla w czsteczce, miejsce podwjne przy 2 atomie wgla Kwasy 6 skutecznie konkuruj o enzymy z kwasami 3, tym samym trzeba zwrci uwag na ich balans w diecie Przykady : Olej rzepakowy 3 : 6 1:2) Oliwa z oliwek 3 : 6 1:9) # Lipidy proste # Acyloglicerole Estry glicerolu z 1,2 lub 3 czsteczkami kwasw tuszczowych Najczciej estry z 3 czsteczkami kwasu trjglicerydy/triacyloglicerole (TAG) Zwizki hydrofobowe S silnie zredukowane = magazyny energii 67 Ich utlenienie uwalnia energi 1g 9kcal Magazynowane w adipocytach w tk. Tuszczowej Peni funkcj Termnoizolacyjn Odywcz Energetyczn # Woski Estry wyszych kwaw karboksylowych z jednohydroksylowym alkoholem o dugim acuchu wglowym Silnie hydrofobowe Peni funkcje ochronne: Ludzie warstwa ochronna skry Owoce i licie chroni przed utrat wody Ptaki chroni przed zmoczeniem pir # Wosk paznokci i lanolina (wosk weny) # Lipidy zoone # Fosfolipidy Zawieraj reszt kwasu fosforowego nadaje charakter AMFIPATYCZNY! Dzielimy je na: a) Fosfoglicerydy b) Fosfosfingozydy # (a) Fosfoglicerydy Estry glicerolu, dwch kwasw tuszczowych i kwasu fosforowego (V) Powstraj kwas fosfotydowy prekursor bardziej zoonych fosfoglicerydw 68 Reszta fosforanowa jest silnie polarna ulega estryfikacji: Etanoloami fosfatydyloetanolamina buduje bony bioloiczne Seryn fosfatydyoseryna buduje bony biologiczne Cholin fosfatydylocholina buduje bony biologiczne, surfaktant! Inozytol em fosfatydyloinozytol buduje bony biologiczne Kwas fosfatydowy + kwas fosfatydowy + glicerol kardiolipina (przenonik e) # a) Plazmalogeny Acetalowe pochodne kwasu fosfatydowego (wci fosfoglicerydy) Jedna z grup -OH glicerolu jest podstawiona aldehydem zamaskowany kwasem, tworc wizanie eterowe Plazmalogeny serynowe tworz osonk mielinow aksonw! Plazmalogen cholinowy - aktywator pyek # (b) Fosfosfingozydy / Sfigolipidy Ceramidy (kwas tuszczowy + sfingozyna) Cerebrozydy (ceramidy + cukier) Gangliozydy (cerebrozydy + n*cukier) Brak glicerolu Sfigozyna to dugoacuchowy (18C) amioalkohol: 2 gr. -OH na C1 i C3 Gr. -NH2 na C2 Wizanie podwjne przy C4 W sfingolipidach sfingozyna czy si z kwasem wizaniem amidowym przez gr. -NH2 Amid sfingozyny i kwasu tuszczowego = ceramid 69 Grupy -OH ceramidu mog ulega estryfikacji i glikozylacji! Ceramid + kwas fosforowy Fosfoceramid Ceramid + cukier Cerebrozyd Gangliozyd powstaje w wyniku reakcji oligomeryzacji i przyczenia n*cukrw do cerebrozydu Cerebrozydy + Gangliozydy = glikolipidy (wany skadnik bon biologicznych) # Zwizki lipidopobodobne # Eikozanoidy Pochodne kwasu arachidonowego Nale do nich ziarnistoci mastocytw: Prostaglandyny mediatory reakcji zapalnych Leukotrieny mediatory reakcji zapalnych Tromboksany mediatory reakcji zapalnych # Sterole / Sterydy Pochodne sterolu Podstawowym sterolem jest cholesterol Gr. -OH nadaje cholesterolowi charakter amfipatyczny Cholesterol jest obecny w bonie i reguluje jej pynno (zmniejsza j) Nadmiar cholesterolu odkada si w postaci pytki miadycowej W kreniu cholesterol gwnie wystpuje w postraci estrw, ktre transportowane s w postaci lipoprotein gwnie LDL Estry cholesterolu s silnie hydrofobowe Cholesterol jest prekursorem innych steroli: Kwasy i sole ciowe Hormony steroidowe Witamina D # Powstawanie sol ciowych 1) Utleniene cholesterolu do kwasu cholowego 2) Podstawienie r. -COO aminokwasem glicyn lub tauryn, co prowadzi o powstania kwasw gliko - i tauro -cholowych tworzc cz polarn Sole kwasw ciowych s amfipatyczne i umoliwiaj emulgac j lipidw # Hormony sterydowe Produkowane gwnie przez kor nadnerczy i gonady Hormony kory nadnerczy: Mineralokortykosteroidy Glukokortykoidy 70 Androgeny (prekursorem jest DHEA) Hormony pciowe: Testosteron - androgen Dihydroksytestosteron - androgen Estrogeny Progestyny progesteron # Witamina D Pochodna cholesterolu Rozpuszczalna w tuszczach Reguluje mineralizacj koci i pobudza wchanianie Ca 2+ i PO 43- z pokarmu Niedobr krzywica u dzieci, osteomolacja u dorosych # Przemiany lipidw # Gospodarka paliwowa organizmu # ATP Gwne paliwo organizmu Powstaje w reakcjach: Fosforylacji oksydacyjnej acuch oddechowy Fosforylacji substratowej przenoszenie grupy Pi na ADP Energia pozyskiwana w wyniku jego hydrolizy: ATP ADP + Pi + energia ATP AMP +Pi + energia Estry tiolowe koenzymu A te maj wizania wysokoenergetyczne # Fosfageny ATP nie moe by magazynowane, ale fosfageny stanowi magazyn wiza fosforanowych Fosfokreatyna, fosfoarginina Kreatyna <---> fosfokreatyna # Skd pochodzi energia? Spalanie wglowodanw 40 -60% magazyn krtkotrway (glikogen) Spalanie lipidw 30 -40% magazyn dugoterminowy (TAG) Spalanie biaek 10 -15% nie magazynujemy biaek!!! Zaburzenia gospodarki paliwowej odpowiadaj za 3 epidemie (chorb kardiometabolicznych): Otyoci Cukrzycy Chorb sercowo -naczyniowych 71 # Trawienie, wchanianie i transport lipidw # Fazy procesu 1) Lipolityczna trawienie 2) Micelarna wchanianie 3) luzwkowa wchanianie 4) Transportowa transport # Zaangaowane narzd y Jama ustna lipaza jzykowa (gruczoy von Ebnera), mieszanie mechaniczne odek lipaza odkowa, mieszanie mechaniczne Trzustka enzymy i biaka soku trzustkowego: Lipaza - enzym Fosfolipaza - enzym Esteraza cholesterolowa - enzym Kolipaza biako! Wtroba sole kwasw ciowych i apolipoproteiny Jelito cienkie mechaniczne rozbijanie i mieszanie, aktywacja enzymw, wchanianie, reestryfikacja TAG, formowanie chylomikronw, synteza apolipoproteiny B -48, rola regulacyjna (np. Cholecystokinina) Lipaza odkowa ma istotne znaczenie tylko u niemowlakw , poniewa uwalnia ona krtkie i rednie (<=12C) kwasy tuszczowe obecne w mleku Zasadnicze trawienie lipidw zachodzi w jelicie cienkim po ich wczeniejszym zemulgowaniu za pomoc soli kwasw ciowych! Z poywieniem przyjmujemy lipidy w rnych postaciach: 90% TAG 10% wolne kwasy tuszczowe (FFA) + fosfolipidy +estry cholesterolu # Trawienie TAG # Enzymy Lipaza jzykowa Lipaza odkowa Lipaza trzustkowa eksrekcyjny enzym diagnostyczny : 72 Dziaa hydrolitycznie na powierzchni kropli lipidu Sole kwasw ciowych zwikszaj powierzchni trawienia emulgacja Powstaje jako prolipaza (trypsyna) lipaza Jest zakotwiczona do kropli lipidu dziki kolipazie Kolipaza Biako produkowane przez trzustk Ma 2 domeny: Hydrofilow czy si z lipaz Hydrofobow -> czy si z kropl tuszczu Prokolipaza pod wpywem trypsyny jest przeksztacana w Kolipaz Schemat trawienia TAG 1. TAG uwolnienie reszty sn3 2. sn1,2 -DAG -> uwolnienie reszty sn1) 3. sn2 -MAG -> izomeryzacja 4. sn1/sn3 -MAG -> uwolnienie ostatniej reszty 5. G licerol Za produkty trawienia TAG uznaje si FFA, glicerol i (ewentualnie) MAG # Trawienie Estrw Cholesterolu Esteraza cholesterolowa (hydrolaza) Trawi estry cholesterolu do cholesterolu i FFA Aktywatorem proesterazy s sole kwasw ciowych 73 # Trawienie fosfolipidw Fosfolipazy (PL): PLA1 odcina sn 1 PLA 2 odcina sn 2 PLB odcina sn1 i/lub sn2 lizo fosfolipaza PLC i PLD tn wizania fosfodiestrowe Po tym jak PLA1 lub PLA2 uwalniaj jeden FFA powstaje lizofosfolipid, ktry jest nastpnie city przez PLB = lizofosfolipaz # Emulgacj a tuszczw Emulgatory: Kwasy ciowe i ich sole Fosfolipidy Emulgacja zwiksza powierzchni tuszczu bez zmiany jego objtoci Emulgacja umoliwia dostp hydrolazom lipazom do tuszczu # Inhibitory lipaz y Orlistat : Inhibitor nieodwracalny lipaza trzustkowej i odkowej Redukuje trawienie i wchanianie TAG o 30% Zalecany w leczeniu otyoci Inne skutki: (+) d obre: o (+) spadek cholesterolu o (+) spadek glukozy o (+) spadek cinieni a (-) z e: o (-) tuszczowe stolce o (-) sabe wchanianie Wit. A, D, E oraz NNKT Alkaloidy (kofeina, teobromina, teofilina ) Karotenoidy (fukoksantyna) # Wchanianie lipidw # Faza micelarna Aby produkty trawienia (FFA, cholesterol , lizofosfolipidy , sn2 -MAG) oraz witaminy A, D, E i K mogy zosta wchonite , utworzone zostaj micele mieszane Zewntrzna cz modeli jest hydrofilowa , a wewntrzna hydrofobowa W skad miceli nie wchodz MCFA (rednioacuchowe kwasy tuszczowe ) oraz SCFA (krtkoacuchowe kwasy tuszczowe ), poniewa s bezporednio wchaniane przez enterocyty 74 Rozpuszczalne w wodzie micele umoliwiaj absorbcj lipidw pokarmowych Skad miceli mieszanych : FFA ( VLCFA i LCFA) Cholesterol Lizofosfolipidy Fosfolipidy Kwasy ciowe i ich sole Witaminy A, D, E i K Sn 2-MAG (monoacyloglicerol) # Faza luzwkowa # 1. Transport przez bon: Moliwy dziki biakom w bonie enterocytw : Receptor CD36 : Gwnie przenosi VLC FA i LCFA Lizofosfolipidy W maym stopniu cholesterol Biako NPC1L1: Gwny transporter cholesterolu Glicerol, MCFA i SCFA dyfunduj przez bon bez pomocy Transport FA do komrek dodatkowo wspieraj biaka transportujce kwasy tuszczowe (FATPs ) oraz biaka wice kwasy tuszczowe (FABPs ) Receptor CD36 Inaczej: receptor scavenger -B2, translokacja FAT, GPIV, GP88 Dziaa jako: PRR receptor rozpoznajcy wzorce [patrz: kolos 2] Translokacja kwasw tuszczowych (FAT) Gwny mechanizm wychwytu LCFA i VLCFA! Palmity nacja aktywacja funkcji translokazy Im wicej LCFA tym wiksza ekspresja CD36 Nadekspresja przyczynia si do rozwoju chorb metabolicznych (np. Otyoci) LCFA po przejciu przez translokaz s wizane przez biaka FABPs Ekspresja CD36/FAT jest regulowana przez sekretyn Sekretyna Wydzielana przez komrki endokrynne S pod wpywem LCFA Dodatnie sprzenie zwrotne: 1) Sekretyna wie si z receptorem SCTR 2) aktywacja SCTR 3) nasilenie ekspresji CD36 4) kompleks LCFA/CD36 aktywuje cyklaz a denylow 75 5) cAMP 6) aktywacja kinazy biaek A (PKA) 7) wydzielanie sekretyny Efekt wychwyt LCFA przez CD36! Kompleks LCFA/CD36 stymuluje wydzielanie hormonw przez: Komrki S -> Sekretyna Komrki I -> cholecystokinina (CCK) Komrki L -> GLP1 i GLP -2 [hormony inkretynowe ] Komrki K -> GIP [hormon inkretynowy ] Cholecysto kinina (CCK) Wydzielana przez komrki I pod wpywem pokarmu Sulfonylacja = wana modyfikacja potranslacyjna CCK Pobudza wydzielanie soku trzustkowego i ci ! Stymuluje wzrost komrek trzustki i sprzyja ich ywotnoci nadekspresja w nowotworach trzustki Indukuje stan zapalny (w odpowiednich warunkach) Stymuluje syntez i sekrecj enzymw trzustki : Oktreotyd lek hamujcy wydzielanie CCK Pentagastryna stymulacja receptorw CCK Proglumid - zablokowanie receptorw CCK Hormony inkretynowe Wydzielane przez komrki J (peptydy GLP1 i GLP2) i komrki K (GIP) Sygnalizuj za porednictwem GPCR i biaek G Funkcje GLP1 i GIP: Stymuluj wydzielanie insuliny (zalenie od glukozy) Hamuj wydzielanie glukagonu i glukoneogenez w wtrobie Powoduj spadek stenia glukozy we krwi Reguluj proces absorpcji i metabolizmu cukrw i lipidw Opniaj oprnianie odka leczenie otyoci uczucia stytoci, uczucia godu masy ciaa W cukrzycy typu II wystpuje defekt inkretynowy = niedobr GLP1 Do leczenia cukrzycy typu II stosuje si mimetyki GLP1 (stosowane te w leczeniu otyoci) Semiglutyd Dulaglutyd Liraglutyd # 2. Resynteza lipidw (c.d fazy luzwkowej) 76 # Pierwszy krok to aktywacja LCFA: # Zachodzi w sER (FABPs kieruj LCFA na sER) LCFA s aktywowane przez CoA acylo -Co A Drugi krok to powstanie acylo -CoA umoliwia estryfikacj: Sn2 -MAG DAG TAG Cholesterol estry cholesterolu . Lizofosfolipidy fosfolipidy Enzym: acylotransferaza! # 3. Synteza Apolipoprotein (c.d fazy luzwkowej) Zachodzi na rER Apolipoproteiny to biaka zwizane z lipidami, ktre tworz wraz z nimi lipoprotein Apolipoproteiny Su za matryc do formowanie lipoproteiny Stabilizuj struktur lipoprotein S ligandem dla receptorw! Apo -B48: Apolipoprotein a charakterystyczna tylko dla chylomikronw! Jedna Apo -B48 przypada na 1 chylomikron Powstaje w wyniku edycji genu Apo B -100 (Gln STOP po 48%) enzym: deaminaza cytrynowa 77 # 4. Skadanie chylomikronw (c.d fazy luzwkowej) 78 # Faza transportowa 79 1. Faza transportowa rozpoczyna si od egzocytozy chylomikronw (niedojrzaych) 2. Niedojrzae chylomikrony pozyskuj Apo C -II i Apo -E od HDL dojrzae Apo C -II i Apo E s syntezowane w wtrobie i przekazywane na HDL Apo C -II jest niezbdne do dziaania lipazy lipoproteinowej (LPL) 3. Dziki aktywnoci LPL chylomikron uwalnia TAG do komrki rdbonka naczy Po oddaniu ~90% TAG chylomikron staje si ma lipoprotein 4. Chylomikron o ddaje do HDL Apo C -II i inne apolipoproteiny (HDL = rezerwuar) (Apo E i Apo B - 48 zostaj ) oddanie Apo C -II = koniec hydrolizy przez LPL 5. Pozostaje chylomikron resztkowy = remna nt 6. Remnant (dziki rozpoznaniu Apo E) jest wychwytywany przez wtrob: 1) Apo E rozpoznaj receptory LRP (i LDL) 2) Endocytoza remnant u 3) Dotrawienie TAG i fosfolipidw przez lipaz wtrobow (HL) 4) Trawienie pozostaoci w lizosomach W maym stopniu remnant y wychwytuj te makrofagi i ledziona # Lipaza lipoproteinowa (LPL) Syntetyzowana przez rne narzdy, wydzielana i transportowana na powierzchni komrek rdbonka naczy Zakotwiczona do rdbonka siarczanem heparyny Jej funkcj jest wychwyt lipoprotein (dziki Ap o C -II) i hydroliza TAG (+) Hydroliz stymuluj : (+) Apo C -II (+) Apo A -V (+) Fosfolipidy Stymulacja hydrolizy prowadzi do spad ku TAG we krwi (dobrze) (-) Hy droliz hamuj : Apo C -I Apo C -III Apo A-II ANGPTL Zahamowanie hydrolizy prowadzi do wzrost u TAG we krwi miadyca (le) Izoformy lipazy lipoproteinowej Izoforma w adipocytach wysokie Km = niskie powinowactwo (pobieraj po posiku) Izoforma w sercu niskie Km = wysokie powinowactwo (pobieraj nawet przy niskim steniu we krwi) wychwytuje te endogenne TAG z VLDL ANGPTL biaka angiopoetynopodobne 80 # Lipoproteiny Transportuj czsteczki hydrofobowe w (hydrofilowym) osoczu Budowa: Rdze (TAG, estry cholesterolu, witaminy A, D, E i K) czsteczki hydrofobowe Powoka (fosfolipidy, cholesterol, apolipoproteiny) czsteczki amfipatyczne Funkcje: Dystrybucja TAG midzy narzdami (noniki zwizkw wysokoenergetycznych) Utrzymywanie zewntrzkomwkowej puli cholesterolu RCT = odwrotny transport cholesterolu (wychwytywanie i transport do wtroby) Rni si gstoci i skadem: Im wicej TAG tym mniej gste i wiksze Im wicej biaek tym gstsze i mniejsze Skad podlega zmianom wymiana lub oddawanie Apolipoproteiny i li pidw Dla danej klasy s charakterystyczne Apolipoproteiny: Chylomikrony B-48, A, C, E VLDL B-100, C, E IDL B-100, E LDL B-100 HDL A, C, E Tylko Apo B s trwale zwizanie z lipoprotein! Inne mog by przekazywane pomidzy lipoproteinami Transport T AG: 1) Egzogennych chylomikrony (powstaj w jelicie) 2) Endogennych VLDL (powstaj w wtrobie) Transport cholesterolu : 1) Z wtroby na obwd LDL (powstaj w kreniu z VLDL) 2) Z obwodu do wtroby HDL (prekursory HDL powstaj w wtrobie ) Okrelanie stenia lipoprotein jest cech diagnostyczn chorb sercowo -naczyniowych # VLDL Transportuj endogenne TAG z wtroby na obwd Synteza bardzo zbliona do chylomikronw, z maymi rnicami: Zachodzi w wtrobie (nie w enterocytach) Przyczona jest Apo B -100 (a nie Apo B -48) Brak Apolipoprotein Apo A Mae iloci Apo E i Apo C -I s przyczone ju w wtrobie (reszt Apo E i Apo C -II dostaj od HDL w kreniu, podobnie jak chylomikrony) Pomidzy lipoproteinami jest moliwy transfer estrw cholesterolu dziki biaku CETP Podobnie jak u chylomikronw lipaza lipoproteinowa (LPL) odpowiada za stopniow hydroliz TAG w VLDL: (zmniejsza) rozmiar (zwiksza) g sto 81 Odchudzone VLDL oddaj fosfolipidy i Apo C (wyc zenie LPL) Due VLDL mae VLDL 1) -VLDL IDL LDL 2) Remnant VLDL wtroba (rozkad) Im wicej Apo E ma remnant tym wiksza szansa, e zostanie wyapany przez wtrob ! (mechanizm ten samo co u chylomikronw)! Te z mniejsz iloci Apo E s przeksztacane w IDL, a nastpnie w LDL! # Biako CETP Umoliwia transfer estrw cholesterolu pomidzy HDL, a lipoproteinami z Apo B -100 (VLDL, IDL, LDL)! Donorem cholesterolu jest HDL, a akceptorem VLDL, IDL lub LDL Tak naprawd biako CETP jest niekorzystne , bo obnia stenie HDL , a zwiksza stenie LDL Statyny umiarkowanie zmniejszaj stenie i aktywno CETP 9 (co jest korzystne) Anacetrapid inhibitor CETP HDL o 140% , LDL o 40% # LDL Transportuj cholesterol z wtroby na obwd (zy cholesterol) Powstaj z VLDL Ich jedyn apolipoprotein jest Apo B -100 Kr rednio 3 dni i s wychwytywane przez receptor LDLR (lub PPR) 2/3 LDL jest wychwytywane przez wtrob, a 1/3 jest rdem cholesterolu dla tkanek po zawtrobowych LDL moe utyka w cianie naczy krwiononych rozwj miadycy Im duej LPL kry , tym wiksza szansa, e ulegnie modyfikacji : Utlenieni e oxLDL Glikacj a uglikowany LDL Homocysteinylacj a homocysteinylowany LDL Zmodyfikowane LDL nie s wychwytywane przez LDLR, tylko przez receptory typu scavenger PPR jako ciaa obce LDLR maj mechanizm regulacji, natomiast PPR nie! Tym samym komrki z PPR (gwnie makrofagi) napychaj si cholesterolem bez umiaru, co skutkuje powstaniem komrek piankowatych, ktre stymuluj powstanie reakcji zapalnej, a nastpnie ob umieraj pozostawiajc zebrany cholesterol w naczyniu, co sprzyja rozwojowi miadycy!!! W jelicie (45%) i w nerkach (70%) LDL jest pobierane bez receptorw LDLR, co korzystnie wpywa na zmniejszanie stenia LDL # Receptor LDL (LDLR) Glikoproteina ujemne reszty cukrowe wi Apo B -100 i Apo E (moe wiza chylomikrony, VLDL, IDL i LDL ) Kluczowy do utrzymania prawidowego stenia cholesterolu 82 Podlega cisej regulacji: Regulowane diet: nasycone FA ekspresj , nienasycone FA ekspresj Transkrypcyjnej: SREBP -2 ekspresj dziaanie statyn Potranslacyjnej: PCSK9 i IDOL ( ekspresj) # Regulatorowa rola cholesterolu Cholesterol : 1) Hamuje endogenn synetez cholesterolu hamuje ekspresj reduktory HMG -CoA 2) Hamuje wychwyt cholesterolu obnia ekspresje LDLR (represja transkrypcji) 3) Nasila estryfikacj cholesterolu stymuluje aktywno acylotransferazy ACAT Cholesterol nieuyty do syntez i budowy bon musi zosta zestryfikowany, poniewa duy poziom cholesterolu jest toksyczny (DAMPs) Estry cholesterolu s magazynowane (wikszo tkanek) Estry wydalane w postaci kwasw ciowych (wtroba) 4) Hamuje translokacj SREBP -2 do jdra komrkowego SREBP -1 i SREBP -2 to czynniki transkrypcyjne: SREBP -1 metabolizm FA i TAG SREBP -2 metabolizm cholesterolu [patrz poprzednia strona ] Utrzymanie oglnoustrojowej homepostazy cholesterolu jest moliwe dziki 2 czynnikom transkrypcyjnym: 1) SREBP2 (aktywowany przy niskim steniu cholesterolu w komrce) 2) LXR (aktywowany przy zbyt wysokim steniu cholesterolu w komrce) # SREBP -2 Jest zwizany w kompleksie z SCAP i INSIG forma prekursora SREBP -2 Niskie stenie steroli w komrce powoduje odczenie INSIG i umoliwia przyczenie COPII, co kieruje kompleks do AG (aparatu Golgiego) gdzie proteazy S1P i S2P uwalniaj aktywne domeny N -kocowe SREBP2, ktre translokuj do jdra 83 SREBP -2 uruchamia transkrypcj genw: Red uktazy i syntezy HMG -CoA synteza cholesterolu LDLR wychwyt cholesterolu i LDL PCSK9 blokuje ilo LDLR (chroniprzed przeadowaniem) SREBP2 (dodatnie sprzenie zwrotne) INSIG (ujemne sprzenie zwrotne) PCSK9 Biako bdce proteaz, ktra destabilizuje receptor LDLR Dodatkowo peni funkcj czaperonu enzym wielozadaniowy Wie si z LDLR i kieruje je do lizosomu Powoduje zmniejszon ilo LDLR wychwyt LDL stenie LDL w osoczu (le ) Cel farmakoterapii: Awalokumab i alirokumab przeciwciaa przeciwko PCSK9 (blokuj wizanie z LDLR) Inklisiran klasa siRNA (hamuj powstawanie PCSK9) LXR Czynnik transkrypcyjny uruchamiany przy nadmiarze steroli w komrce Receptory LXR s aktywowane przez konsystencj (powstaj przy zwikszonym steniu cholesterolu) Uruchamia ekspresj genw powodujcych: Wydalanie cholesterolu z komrki ( np. Transportem Apo E -1) Zapobieganie wychwytu cholesterolu hamowanie LDLR przez IDOL Wymian estrw cholesterolu pomidzy lipoproteinami CEPT IDOL powoduje ubi kwitynylacj LDLR i nietypowo kieruje go do lizosomu, nie do proteasomu! 84 # Statyny Wykazuj zarwno dziaanie korzystne ( w ten sposb LDL): Inhibitor reduktazy HMG -CoA Podnosz poziom SREBP -2 Hamuj IDOL Jak i dziaanie niekorzystne ( w ten sposb LDL) Podnosz poziom PCSK9 Przez to, e statyny podnosz poziom SREBP -2, tym samym podnosz poziom PCSK9, co powoduje osabienie efektu terapeutycznego, szczeglnie przy wysokich dawkach. Na szczcie SREBP -2 mocniej stymuluje syntez LDLR ni PCSK9! Dziaanie statyn : 1) Hamuj syntez cholesterolu , dziki czemu: reduktaz a HMG -CoA ( dobrze ) 2) Zwikszaj wychwyt LDL , dziki czemu: ID OL (dobrze ) SREBP -2 , co prowadzi do: a) LDLR ( dobrze ) b) PCSK 9 ( le ) # Funkcje cholesterolu Budowa bon komrkowych Synteza kwasw ciowych (wtroba): Emulgacja tuszczw pokarmowych Usuwanie estrw cholesterolu! Synteza hormonw steroidowych (kora nadnerczy, gonady) Synteza witaminy D Intermediaty syntezy cholesterolu su do: Syntezy hemu i doli cholu Prenylacji biaek modyfikacja funkcji Funkcja regulatorowa # LDL = zy cholesterol Powodu je: # 1) Powstawanie miadycy Sekwestracja LDL oddziaywanie z otoczeniem (cianami naczy ), co powoduje jego wizanie i utykanie Dodatnio naadowana Apo B -100 na LDL wie si z ujemnie naadowanymi glikoza minoglikonami w cianie naczy Utykanie LDL znacznie zwiksza ryzyko ich modyfikacji: Utlenianie 85 Glikacja Karbonylacja (Arg, Lys) Acetylacja Ni trozylacja Homocys teinylacja Karbomoilacja Skutki modyfikacji to: Zmiana powinowactwa do receptorw Wydu enie czasu ycia LDL Immunogenno LDL Ominicie autoregulacji wychwytu LDL (komrki piankowate) Zaburzenie interakcji biako -biako Agregacja i formowanie duych kompleksw autoimmunologicznych W przypadku utlenienia (najczstsza modyfikacja) kolejno utleniania zwizkw to: 1. Fosfolipidy 2. Inne lipidy 3. Apolipoproteiny Modyfikacjom mog ulega take inne lipoproteiny! Przykad: znitrozylowane Apo A -I Efekt: HDL nie poredniczy w RCT (odwrotnym transporcie cholesterolu) # Heterogenno LDL LDL rni si wielkoci: LDL typu A duy, mao aterogenny LDL typu B may, bardzo aterogenny promiadycowy Im LDL jest mniejszy, tym atwiej przedosta mu si przez rdbonek i utyka w cianie naczynia (le) Due LDL pozostaj w naczyniu i s wyapywanie przez LDL (dobrze) Mae LDL sekwestracja/utykanie modyfikacja aterogenno! Zmodyfikowane LDL przestaj by rozpoznawane przez LDLR i zaczynaj by rozpoznawane przez PRR typu scavenger, ktre nie s regulowane! # Skutki wyapywania cholesterolu przez receptory LDLR (dobre receptory ): wychwyt LDL ( ekspresja SREBP -2 ekspresja LDLR) cholesterolu ( reduktazy HMG -CoA i syntezy HMG -CoA) Magazynowanie cholesterolu w formie nietoksycznych estrw cholesterolu PRR -scavenger (ze receptory ): 86 wychwyt LDL synteza cholesterolu Cholesterol krystalizuje = DAMPs Prowadzi to do napychania si cholesterolem powstawanie komrek piankowatych Dodatkowo wynikiem dziaania tych receptorw jest : Indukcja stanu zapalnego Dysfunkcja rdbonka (przecieka) napyw lipidw i komrek immunologicznych Przykad PRR -scavenger: LOX1 LDLR nie wie zmodyfikowanych LDL, poniewa w wyniku modyfikacji LDL uzyskuj adunek ujemny, co uniemoliwia poczenie z ujemnie naadowanym miejscem wizania ligandu na LDLR ! # 2) Indukcja stanu zapalnego : Zm odyfikowane LDL to neo epitop y Recep tory wyap ujce zmodyfi kowane LDL = PRR : Toll -podobne (TLR) Nod -podobne (NLR ) Scavenge r: LOX1 CD36 RAGE zwizan ie z nim powoduje syntez ROS SR -A NLR dodatkowo rozpoznaj krys ztay choleste rolu jako DAMPs (infla ma somy) ! Schemat odpowiedzi z apalnej : 1. TLR /NLR/sca venger +zmod yfikowane LDL 2. Aktywa cja kinaz 3. Fosfor ylacja Ik B [in hibitor a kompleksu NF -k] 4. Degradacj a Ik 5. Aktywacja NF -k 6. Aktywacja tra nskrypcji gen w kodu jcych : Cyto kiny i chemo kiny Biaka adhe zyjne (umoliwiaj zatrzymanie leukocytw w miejscu in icjowanego stanu zapal nego ) Regulatory ap optozy Regu latory cyklu kom rkowego Powy szy schemat potrzebuje wielu god zin na syntez biaek . Aby przyspie szy proc es indukcji stanu zapalnego wykorzystywane s inflamasomy . Gdy NLR na inflamasomy zwi e si z krzy sztaem cholesterol u (D AMPs ) powoduje ak tywacj proteoli tyczn zmagazynow anych cyt okin szybsza reakcja i mmunologiczna .87 # Reakcja makrofagw na zmodyfikowane LDL Ak tywacja PRR : Ak tywacja NF -k Synteza ROS : Pero ksyda cja lipidw bon nis zczenie bon Stres mitochondrialny sy nteza wicej RO S Stres ER le sfadowane biaka W efekcie apoptoza/nekroza komrki Maga zynowanie cho lesterol u w formie kryszta w : Aktywacja inflamasom w Aktywa cja kasp azy -1 prze z inflamasom : Pro -IL-1 IL -1 GS DMD (gosdemina D ) N-GSDMD Gosdemina D w formie aktywnej = N-GSDMD powoduje formowani e porw w bonie komrkow ej , co skutkuje : Uwolnieniem IL-1 oraz DAMPS z komrki Aktywacj u kadu immunologi cznego i ukadu dope niacza Inicjacja i wzmocnienie odp owiedzi zapalnej Stres ko mrki synteza ROS Brak integrtalno ci bony koczy si liz komrki # Komrki pian kowate Komrki prz eadowane lipidami , g wnie cholesterolem . Termin ten tyczy si nie tylko makrofagw , ale te komrek rdbonka, pytek krwi i miniwki gadkie j naczy (VS MCs) . Ich wyst powanie wiadczy o rozwoju mia dycy. # HDL = dobry cholesterol Odpowiada za od wrotny transp ort cholesterolu (z ob wodu do w troby) Synt ezowany w w trobie i jelicie Stanowi rezerwua r Apolipoprotein Ma waciw oci an tyaterogenne (przeciwdziaa miedycy) : Przeciwzapalne Przeciwoksyda cyjne Przeciwkrzepliwe Pr zeciwapoptyczne Uwra liwia na dziaanie insu liny zapobiega insulino opornoci # Synteza i do jrzewanie HD L88 Zachodzi w wtrobie i jelicie Nowopowsta e HDL to samo Apo A-I lub z niewielk iloci fos folipidw Dojrzewanie HDL zachodzi w kreniu: 1. HDL na powie rzchni komrek oddziaywuje z transporterem ABCA1 , ktry przerzuca ch olesterol i fosfolipidy z bon kom rkowych na Apo A-I 2. HDL z innych lipoprotein pobiera Apo A -II , Apo C i Apo E 3. HDL wi e LCAT (acetylot ransferaza ), ktra umoliwia proces estry fikacji cholesterol u 4. HDL z mienia k sztat z dysku na sfer = dojrz ae HDL Dojr zae HDL oddziaywu j z komrkami obwodowymi poprzez transport er ABC G1 , ktry jest gwny m dostawc choles terolu Choles terol dostaje si te poprzez dyfuzj oraz receptory SR -B1 (scavenge r) HD L wie te CETP , co umoli wia mu wi mian TAG na estry choles terolu z innymi lipoproteinami Kocowo HDL wychwytywany jest przez wtrob , gdzie lipaza trawi TAG i fosfolipidy , a estry cholesterolu trafiaj niestrawione do hepatocy tw W w trobie mniejsze HDL 3 s przeksz tacane w wiksze HDL2 , a nie trawione # Heterogenno HDL Najbardziej z rnicowana grupa lipoprotein Zrnicowanie zaley od: Kszta tu dyskowaty lub sferyczny Skadu lip idowego, b iakowego i micro RNA Wielkoci i gs toci : Do kadna funkcja HDL zaley od jego garni turu bi akowo -lipidowego ! Na HD L mog wystpowa nietypowe apolipoproteiny : Apo D stabilizuje LCAT ( acylotransferaza) , nonik cholesterol u i jego estrw Apo F zmniejsza ilo C ETP = ham uje transfer lipidw mid zy lipoprotei nami Apo H dziaanie przeciwkrz epliwe Apo J = klast ryna odbiera cholesterol od makrofagw i komrek piankowatych Apo L dzia anie przeciwpasoy tnicze liz a widrowcw Apo H dziaani e antyoksydacyjne + odbiera cholesterol od makrof agw Na H DL wystpuje te wiele innych biaek : Antyoksydacyjne (dobrze) :89 PON = par aoksonaza GPx = peroksydaza glut ationowa Prozapalne (le ): MP O = mieloperoksydaza SAA = serum amyloid A SAA wy piera dobre bia ka z HDL Przeciwkrzepliwe (dobrze ): 1AT = 1antytry psyna 2AP = 2ant yplazmina Proteazy (1 7) i inhibito ry proteaz (23) Wice hemoglobin # Funkcje HDL 1) Odbieranie cholest erolu z komr ek i odwrotny transpor t: Jest to kluczowe do zapobie gania powstawania komrek piankowatych oraz pytki mia dycowej Sposoby odbierania cholesterolu z kom rek (obwodowy ch): Dyfuzja prosta (gradient s te) Transp ortery A BCA1 (A po A -I ubogie w lipidy = niedojrzae HDL) Transporte ry ABCG1 (HDL dojrzae ubo gie w cholesterol) Receptory SR -B1 (HDL dojrzae ubogie w cholesterol) Sposoby dos tarczania choles terolu wtrobie : Transfer estr w cholesterol u przez SR -B1 (HDL nietknity ) Endocytoza i re sekcja HDL poprze z SR -B1 Endocytoza i re sekcja H DL p oprzez CD -36 En docytoza i resekcja lub degradacja HDL przez e kto -F1 -ATPa z Sp osoby eliminacji ch olesterolu: Usuwany wr az z ci, a nastp nie kaem Transjelitowe wydalanie chole sterolu ( TICE) 2) Antyoksydacyjna Zapobiega utleniani u LDL i innych lipoprotein Mechanizmy antyoksydacy jne: Hamuje u tlenianie lipidw (12 -LOX w Apo A -I) Redukuje utleni one ju lipidy (GP x, wi tamina E ) Utleni one lip idy przenosi na siebie (CETP i PLTP ), potem do wtroby Degraduje utleni one fosfolipidy (PO N = par aoksonaza , LCA T, PAF -AH) Hamuje powstawanie ROS (hamuje oksy dazy NADP H (N OX) ) 3) Pr zeciw zapalna Hamuj waciwo ci adhezyjne rdbonka (rdbonek nie zatrzymuje limfocytw) Hamuj w aciwoci adhezyjne monocy tw /makro fagw Hamuj ekspre sj che mokin pr zez makrofagi 90 Hamuje czynnik NF -k Hamuje ekspr esj receptora chemokin na monocytach Zwiksza ekspresj oksydazy he mo wej -1 (HO -1) dziaa te jako an tyoksydant W warun kach stresu oksyd acyjnego lub stan u zapalnego pr zeciwzapal ne PON, Apo A -I, Apo J, PAF -HA s wy pierane z H DL i zastpow ane przez prozapalne SSA, MPO i cerulo lazmin ! 4) Funkcja endotelia na = ochrona rdbonka HDL z wiksza synt z eNOS ento telialnej syntezy tlenk u azotu HDL indukuje fosforyl acj (aktywacj ) eNOS HDL hamuje apoptoz poprzez utrzymywanie integr al noci mitochodiu m: Hamuje dziaanie kaspaz Hamuje biao apoptyczne Stymuluje biako anty -apoptyczne (Bcl -XL) HDL przyspiesza re -en dotelizacj = spojenie uszko dze rdbo nka : Stymuluje prolifera cj i rn cowanie komrek Zwikszaj ywotno komrek Apo A -I, Apo A -II i Apo J hamuj formowanie ko pleksu MA C MAC kompleks biaek dopenia cza, ktre powoduj rozerwanie integralnoci bony biologicznej , przez co dop rowadzaj do apopto zy/nekrozy komrki ! 5) Przeciwkrzepliw a HDL zwi ksza przepyw krwi (wazo dyla tacyjne waciwo ci NO) HDL hamuje ak tywacj i a grega cj pytek krwi : ekspre sj czynnika VII kaskady krzep nicia ekspresj E-selektyn i P -selekt yn (cz steczki adhezyjne ) syntez t romboksanu A2 ekspresj trombomoduliny - antyk agulant HDL stymuluje fibrynoliz : ekspresj tkankowego aktywatora plazminogenu ( tPA ) eks presj inhi bitora 1 aktyw atora plazminogenu (te 4 sowa to 1 zwizek) ( PAI -1) 6) Protea zy i ich regulatory na HDL Uczes tnicz gwnie w procesach z apalnych oraz kr zepnicia i fibrynolizy Cz proteaz inicjuje stan zapalny uwal niajc DAMPs HDL stymuluje inhibitory prot eaz, kt re peni rol przeciw zapaln wygaszaj odpowied za paln Na HDL o becne s te aktywatory proteaz (np. Trombomodulina aktywator biaka C i S , ktre hamuj krzepnicie) # Gospodarow anie TAG 91 # Przepyw TAG do ko mrek Odpowiada za to LPL = lipaza lipoproeinowa LPL hydrolizuje TAG tylko z lipoprotein z Apo C -II chylomikrony i VLDL Apo C-II jest naadowane u jemnie i czy si z dodatnio naadowan LPL TAG moe by hydrolizowany do : 2x FFA i 2-MAG (uyty do syntezy TAG ) 3x FF A + glicerol (wraca do w troby) > MAG mono acyloglicerol # 1) Odbi r TAG po posi ku Z chylomikronw (wystpuj w organizmie do 6h po po siku) TAG s egzo genne Cel magazynowanie TAG + pro cesy syntezy MIOCYTY : G wnie zuywaj TAG celem uzyskania energii -oksydacji Magazynuj niewielkie ilo ci Nadp oda = ek topowy rozka d tuszczu ADIPOCYTY : Magazynowani e zapas paliwa dla organizmu Nadpoda = otyo Uycie do syntezy cholesterolu , bon lipidowych , ... HEPATOCYTY : Magazynuj nadwyk ! Na dpoda = stus zczenie wtroby Uycie do sy ntezy choleste rolu, bon lip idowych, # 2) Odb ir TAG mid zy posikami Z VL DL TAG s endogenne Cel zuycie celem uzyskania energii MIOCYTY : Du e zuycie energii -> B -oksydacja ADIPOCYTY : Warunkowo pr zyjmuj TAG pochod zce z nadwyki glukozy !92 Zuywaj i uwal niaj w celu uzyskania ene rgii WAT ATP, BAT ciepo + ATP # Regulacja lipaz y lipoprotein owej (LPL) Regu lacja moe do tyczy dost p = ilo lub aktywno LPL LPL reguluj biako an giopoetyno -podo bne (ANGPTL ): ANGPTL -4 (wtro ba, adipocyty) inhibitor LPL , podlega regula cji ANGPTL -3 i AN GPTL -8 (miocy ty): ANGPTL -3 inhibi tor LPL , nie podlega regulacji ANGPTL -8 aktywuje ANG PTL -3, podlega r egulacji AN GPTL -4: Stymulowany godem ! E kspresje LPL na hepatocytach i adipocytach dost pno FFA dla miocytw glukoneogenez poprawia insulinoiwraliwo Zwiksza li poliz dostpno FFA W trz ustce stymuluje syntez insuliny 1) Stan sytoci : ekspresj a AN GPTL -4 ekspresja ANGPTL -8 Efekt: LPL aktywne na hepatocy ach i adipocytach raz hamowane na miocyt ach Skutek : magazynowanie TAG 2) Stan g od u: ekspresja AGPTL -4 ekspresja ANGPTL -8 Efekt : LPL zahamowane na hepatocytach i adipocytach oraz stymulowane na miocytach Skutek : Utlenia nie TAG energia # Kr tko trwaa eks pozycja na zim no : Re aguje brunatna tkanka tu szczow (BAT) -oksydacja ciep o Hamowana ekspresja ANGPTL -4 na BAT Cel zwikszenie termogenezy # Dugotrwaa ekspozycj a na zimno : Doda tkowo reaguje biaa/t a tk anka tuszcowa (WAT) Stymulowana ekspresja ANGPTL -4 na WAT 93 Cel -> z wikszenie dostpnoci TAG dla BAT kosztem WAT # Aterogenno lipoprotein # Gwne czynnik wpywajce na aterogenno Apolioproeiny : Apo B-100 = wsplna cecha aterogenny lipoprotein (VLDL, IDL, LDL) Apo B -100 ma adunek dodatni przez co set zatrzymywany przez ujemnie naadowane skadniki mac ierzy zewntrzko mrkowej Apo A - jest antyat erogenne! Apo C -III to inhibit LPL Apo -III jes t atero genne Modyfikacje zwikszaj aterogenno Czas kr enia zw i sza ryzyko mody kacj i Aterogenny profil lipidowy: 94 # HDL mog sta si proaterogenne dysfunkcy jne HDL # Dys funkcyjne HDL Od wrcone waciwoci: Prozapalne Prokrzepliwe Proapoptyczne Upoledzona antyoksydacja Upoledzone w wydalaniu cholesterolu Dysfu nkcyjny HDL jest zatem proa terogenny Schorzenia takie jak : Otyo Cukrzyca Miadyca Zespoy metabo liczne RZS (reumatoidalne zapal enie staww) Choroby nerek Inne choroby prze wleke Sprzyjaj powstawaniu dysfunkcyjnych HDL Cechy dysfu nkcyjnego HDL: Apo C -III (inhibitor LPL) Apo A -I SAA , ceruloplazminy , MPO (mieloperoksydazy ) biaka prozapalne PON 1 (antyoksyd ant) Apo J (klastryna) Prawidowe HDL sty mu luj eNOS ilo NO (dobre) Dysfunkcyjne HDL hamuj eNOS ilo NO (ze) 95 # Przemiany lipidw # Wane kinazy i receptory Kinazy: Kinazy MAPK (ser -thr) Kinazy ERK1/2 zwizane z proliferacj Kinazy JNK i p38 indukowane stresem komrkowym Kinaza zalena od Ca2+ CaMKII (ser) Kinaza zalena od AMP (AMPK) (ser) Receptory: Receptory cytokin : Zwizane z kinaz tyrozynow JAK Aktywuje kinazy stresu: p38 i JNK Receptory sygnaw wzrostowych: Aktywuj kinazy ERK Np. Receptor insulinowy Receptory FFA FFAR (GPCR) : Zwikszaj aktywno kinaz stresu p38 i JNK Zmniejszaj aktywno PKA (kinaza biaek A) Zwikszaj aktywno PLC (fosfolipaza C) Zwiksza aktywno PKC (kinaza biaek C) o Uwalnia wtrne przekaniki: DAG i IP3 o DAG aktywuje PKC o IP3 uwalnia Ca2+, ktre aktywuj PKC Receptor glukagonu : Zwiksza aktywno PKA Zwiksza aktywno PLC zwiksza aktywno PKC # Lipidy w kreniu 1) FFA - wolne kwasy tuszczowe Zwizane z albuminami Pochodz z: Tkanki tuszczowej (hydroliza TAG) Uwolnione z lipoprotein przez LPL 2) TAG zestryfikowane kwasy tuszczowe Zwizane w lipoproteinach : VLDL (z wtroby) Chylomikrony (z jelit) 3) Ciaa ketonowe Syntetyzowane z acetylo -CoA Ketogeneza zachodzi gwnie w wtrobie (te w astrocytach) FFA i ciaa ketonowe s bezporednio dostpne dla komrek 96 TAG musz najpierw zosta hydrolizowane do FFA i glicerolu przez LPL # Katabolizm lipidw ENERGIA # 1) Lipoliza: Hydroliza TAG do FFA i glicerolu Zachodzi w kadej komrce, ktra odoya TAG jako materia zapasowy, gwnie w adipocytach, hepatocytach i komrkach rdbonka Podlega cisej kontroli i regulacji (LPL) TAG jest preferowanym materiaem zapasowym: Wysokiej kalorycznoci (9kcal = 1g) Obojtny Bezwodny # Regulacja lipolizy Na poziomie ekspresji ATGL i HSL: S to lipazy lipolizy wewntrzkomrkowej Regulacja hormonalna (insulina zmniejsza ekspresj, a glukagon zwiksza) Efekt powolny Na poziomie aktywnoci ATGL i HSL: Fosforylacja = aktywacja (kinazy) Defosforylacja = dezaktywacja (fosfataza biaek 1 PP1 ) Efekt szybki FFA (produkt lipolizy) to inhibitor niekompetycyjny ATGL (sprzenie zwrotne) Na poziomie relacji biako -biako: GOS2 blokuje miejsce aktywne ATGL CGL -58 aktywuje ATGL Perylipiny hamuj CGL -58 hamuj ATGL Na poziomie dostpnoci substratu = TAG Inhibitory lipolizy (-): (-) GOS2 - master regulator lipolizy (-) insulina obnia ekspresj ATGL i HSL (-) FFA obnia ekspresj ATGL i HSL (-) kortyzol (i inne sterydy) Aktywatory lipolizy (+) : (+) CGL -58 aktywator ATGL (+) glukagon aktywuje fosforylacj CGL -58, ATGL i HSL (+) AMP (czyli brak ATP = brak energii) (+) katecholaminy G0S2 master regulator lipolizy 97 Jest genem docelowym czynnika transkrypcyjnego PPAR Regulowany na poziomie ekspresji: (+) insulina aktywnoci G0S2 lipoliz y (-) katecholaminy aktywnoci G0S2 lipoliz y Stan godzenia: Ekspresja G0S2 w tkance tuszczowej spada = lipoliza Ekspresja G0S2 w wtrobie ronie: lipoli za osydacj a FFA ketogenez a syntez a TAG, glikogenoliza glukoneogeneza Stan sytoci: Ekspresja G0S2 w tkance tuszczowej ronie = lipoliza Ekspresja G0S2 wtrobie spada: lipoliz a ketogenez a oksydacj a FFA syntez a TAG glikogenoliz a glukoneogenez a Glitazony (rozyglitazon, pioglitazon): Leki hipoglikemizujce Agonici PPAR stymuluj PPAR wzrost ekspresji G0S2 Obniaj insulinooporno Obliaj insulinemi - zapotrzebowanie na insulin Obniaj stenie FFA i glukozy we krwi Glitazon wzrost ekspresji PPAR wzrost ekspresji G0S2 lipolizy # Perylipiny Kada kropla tuszczu w organizmie jest pokrywa perylipinami ! S to biaka, ktre pokrywaj krople tuszczu Perylipiny uniemoliwiaj dostp lipazom lipolizy Regulacja poprzez fosforylacj: Ufosforylowane nie wi CGL -58 ATGL lipolizy Nieufosforylowane wi CGL -58 ATGL lipolizy Rodzaje perylipin: Perylipina 1 (PLIN1) tkanka tuszczowa (adipocyty) Perylipina 5 (PLIN5) minie (w wtrobie te, tylko mniej) 98 Stan godzenia: Fosforylacja PLIN1, CGL -58, ATGL, HSL Uwolnienie CGL -58 z PLIN1 ATGL lipoliz y Dostp ATGL, GSL i MAGL do kropli lipidowej Stan sytoci: Nieufosforylowana PLN1 CGL -58 zwizane z PLIN1 ATGL lipolizy Brak dostpu do kropli tuszczu dla lipa z # 2) Oksydacja FFA Energia generowana porednio potrzebny cykl Krebsa i acuch oddechowy Zuywa 2ATP do aktywacji procesu: Aktywacja: Od budowy FFA zaley typ utlenienia: -, -, - oksydacja Zachodzi w mitochondriach i w peroksysomach ( wane rnice) Warunek przeprowadzenia procesu: obecno mitochondriw i dostp do O2 Regulowana przez dostpno FFA: Kontrola LPL (lipoliza TAG z krenia) Kontrola ATGL i HSL (lipoliza wewntrzkomrkowa) Cakowite utlenianie FFA jest najbardziej korzystne energetycznie, ale jednoczenie ma najgorszy stosunek powstajcego ATP do wykorzystywanego O2 wymaga w chuj tlenu! 99 Oksydacja FFA m oe przebiega w kadej komrce, ktra ma mitochondria i odpowiednie enzymy Stosunek narzdw do utleniania FFA: Serce, wtroba, minie preferowane rdo energii Mzg, erytrocyty nie przeprowadzaj (erytrocyty nie maj mitochodriw, a mzg nie jest przystosowany do syntezy takiej iloci ROS) Niezbdna do zajcia procesu jest karnityna Karnityna Jest nonikiem reszty acylowej Jest produkowana przez orgznizm w maych ilociach Musi by dostarczana z diet Serce i minie, ktre nie syntezuj karnityny, a bardzo jej potrzebuj, dlatego defekty transportera karnityny OCTN2 najbardziej dotykaj serce i minie # -oksydacja kwasw tuszczowych w mitochondriach Dotyczy FFA nierozgazionych (nasyconych i nienasyconych) Przebiega w mitochondriach, a FFA s w cytozolu 1) Aktywacja: Polega na przyczeniu CoA do FFA acylo -CoA koszt aktywacji = 2 ATP enzym przeprowadzajcy reakcj = tiokinaza (syntetaza Acylo -CoA ) syntetaza Acylo -CoA (ACS) to enzym, bony zewntrznej mitochondrium 2) Transport do mitochondium: Po aktywacji Acylo -CoA dyfunduje przez zewntrzn bon mitochondrialn Dostaje si do przestrzeni transbonowej, gdzie pojawia si problem, poniewa wewntrzna bona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla CoA i jego pochodnych Transport LCFA przez bon wewntrzn jest umoliwiony dziki czenku karnitynowemu Schemat czenka karnitynowego: 1. W przestrzeni transbonowej palmitoilo -transferaza karnitynowa I (CPTI) katalizuje odczenie reszty acylowej od CoA i przyczenie do karnityny, tym samym powstaje acylokarnityna i uwalniane jest CoA (CoA po prostu spierdziela od reszty acylowej) 100 2. Acylokarnityna jest przenoszona przez wewntrzn bon mitochondrialn dziki translokazie acylokarnityna:karnityna (CACT) 3. W matrix palmitoilo -transferaza karnitynowa II (CPTII) katalizuje odczenie reszty acylowej od karnityny i jej ponowne przyczenie do CoA (ponownie powstaje Acylo -CoA) Regulacja transportu LCFA do matrix Odbywa si gwnie na poziomie CPTI (glukagon = ekspresja CPTI) Malonylo -CoA , intermediat syntezy FFA to inhibitor kompetycyjny CPTI (jak trwa synteza to nie ma potrzeby utleniania) Defekty genetyczne: Objawy defektu transportu karnityny: kardiomiopatia, sabo, naga mier Niedobory: CPTI niski poziom acylokarnityn CACT i CPTII wysoki pozom acylokarnityn W przypadku ich niedoborw zalecana jest dieta uboga w LCFA (to one s transportowane) Leki: 101 Leki metaboliczne: hamuj CPT1 lub oksydacj FFA celem przekierowania metabolizmu na glukoz oszczdzanie O2 Trimetazydyna: inhibitor ostatniego enzymu -oksydacji tiolazy 3 -KAT, dzia a kardioprotekcyjnie i przeciwniedokrwiennie Etomoxir: inhibitor CPT1 Perheksylina: inhibitor CPT1 # 3) Waciwa -oksydacja Polega na cyklicznym odczaniu jednostek dwuwglowych (Acetylo -CoA) od acylo -CoA Kady cykl to 4 reakcje: UTLENIENIE UWODNIENIE UTLENIENIE TIOLIZA Produktem kadego cyklu jest acylo -CoA (majce o 2 jednostki wglowe mniej), Acetylo -CoA, FADH2 i NADH+H+ Acetylo -CoA (2n) wchodzi w cykl Krebsa W wtrobie Acetylo -CoA moe by wykorzystywany do syntezy cia ketonowych Po ostatnim cyklu zostaj: 2xAcetylo -CoA (jeli liczba wgli jest parzysta) Acetylo -CoA + Propionylo -CoA (jeli liczba wgli jest nieparzysta) Propionylo -CoA nie jest dalej utleniany, poniewa powstaby toksyczny metan (trujcy) Propionylo CoA jest przeksztacany w bursztynylo -CoA i wczany do cyklu Krebsa Przeksztacenie propionylo -CoA do burztynylo -CoA wymaga witaminy B7, witaminy B12 i hydrolizy 1 ATP ( mniejszy zysk energetyczny ) Kady cykl inicjuje dehydrogenaza acylo -CoA (DH acylo -CoA ) Dehydrogenaza acylo -CoA jest enzymem o swoistoci do acylo -CoA rnej dugoci (VLCFA, LCFA, MCFA, SCFA) Mitochondrialne biako trjfunkcyjne (TFP) katalizuje uwodnienie, utlenienie i tioliz (2, 3 i 4 reakcj) w LCFA MCFA i SCFA maj oddzielne enzymy do kadej reakcji 102 # Bilans energetyczny -oksydacji 1) Gdy C jest parzyste: 1 acetylo -CoA 12ATP 1 FADH 2 2 ATP 1NADH+H + 3 ATP Aktywacja procesu = 2 ATP Liczba cyklli = n/2 Liczba powstaych acetylo -CoA = n/2 Liczba powstaych FADH 2 = liczba powstaych NADH+H + = n/2 - 1 Zysk ATP = 17n/2 - 7, gdzie n = liczba C 2) Gdy C jest nieparzyste : 1 propionylo -CoA 5 ATP Zasada liczenia: nieparzyte FFA daj o 7 ATP mniej ni parzysty FFA o 1C krtszy Zysk ATP = 17n/2 - 14 103 1 ATP - koszt przeksztacenia propionylo -CoA w bursztynylo -CoA 6 ATP - pniejsze wejcie w cykl Krebsa (ju po syntezie 2NAHD+H +) 12 -1-6 = 5 std 1 propionylo CoA daje tylko 5 ATP # -oksydacja W ER wtroby i nerek Produkty kocowe: kwas adypinowy i suberynowy s wydalane z moczem Po 3 reakcjach utleniania powstaje 2 NADH+H + i kwas tuszczowy dikarboksylowy, ktry jest pniej poddawany -oksydacji Niewiekie znaczenie metaboliczne: staje si wana przy niedobrze MCAD (dehydrogenaza rednich FA) Enzymy: oksydaza + DH alkoholowa + DH aldeydowa # -oksydacja w peroksysomach Peroksysomy musz wsppracowa z innymi organellami (mitochondria s samowystarczalne) Peroksysomy potrafi jedynie skrci acuch FA Powstae acetylo -CoA trafiaj do mitochondrium cykl Krebsa NADH musz zosta zregenerowane, aby mc kontynuowa proces NADH trafia do cytozolu, nastpnie do mitochondrium, gdzie jest utleniane, potem z powrotem wraca do peroksysomw Substraty: VLCFA i LCFA, rozgazione FA, nasycone # Rnice w -oksydacji w mitochondriach i peroksysomach: !!WANE!! 1) Preferencje substratw: Mitochondria: nasycone i nienasycone FA, nierozgazione Peroksysomy: VLCFA i LFCA, rozgazione 2) Transport FA do organellum: Mitochondria: czenko karnitynowe Peroksysomy: transportery ABC klasy D 3) Enzym pierwszej reakcji kadego cyklu: Mitochondria: dehydrogenaza (DH) Peroksysomy: oksydaza 4) Enzym 2 i 3 reakcji kadego cyklu: Mitochondria: enzym trjfunkcyjny (mitochondrialne biako trjfunkcyjne TFP) Peroksysomy: enzym dwufunkcyjny 5) Akceptor elektronw: Mitochondria: FAD (FAD FADH2) Peroksysomy: O2 (O2 H2O2) 6) Rola FAD w 1 reakcji cyklu: Mitochondria: kofaktor 104 Peroksysomy: grupa prostetyczna # FAOD FA oxydation disorders Zwizane z karnityn i przerzutem acetylo -CoA do mitochondrium Zwykle autosomalne recesywne Przykady: Wrodzony niedobr MCAD (DH rednich FA) najczstszy FAOD Wrodzony niedobr VLCAD (DH VLCFA) Wrodzony niedobr TFP Objawy: hipoketotyczna hipoglikemia Hiperanonemia (wzrost spalania biaek) Kwasica mleczanowa (wzrost glikolizy beztlenowej) Nadmiar FA i lipotoksyczno Stres oksydacyjny synteza ROS # 3) Glicerol Powstaje z hydrolizy TAG lipoliza Transport -z i -do komrek dziki akwaporynom Aby wykorzysta go do ponownej syntezy TAG musi zosta zaktywizowany: Kinaz glicerolow posiada jedynie wtroba inne komrki kombinuj: Niepena lipoliza przez LPL powstaje 2 -MAG Wykorzystanie intermediatu glikolizy = DHAP i przerabianie go do 3 -PG Glicerol jest gwnie transportowany do wtroby i tam wykorzystywany do syntezy TAG lub zuyty jako DHAP do syntezy glukozy (glukoneogeneza) Wykorzystanie glicerolu zaley od kontekstu metabolicznego: Syto synteza TAG (wysyany do tkanki tuszczowej) Gd glukoneogeneza (rdo glukozy = energii) Wykorzystanie DHAP w glikolizie do uwolnienia energii bardzo rzadko Podsumowanie: wtroba 105 # Akwaporyny (AQP) Umoliwiaj transport glicerolu -z i -do komrki regulacja dostpnoci Biaka bonowe tworzce pory Akwaporyny uwalniaj glicerol z tkanki tuszczowej i wychwytuj go w wtrobie AQP 7 adipocyty AQP 9 wtroba Ekspresja AQP jest hamowana przez insulin ! 1) Syto insulina spadek ekspresji AQP 7 i AQP 9 adipocyty nie uwalniaj glicerolu, a wtroba go nie wychwytuje 2) Gd spadek iloci insuliny wzrasta ekspresja AQP 7 i AQP 9 adipocyty uwalniaj glicerol, a wtroba go wyapuje wzrost glukoneogenezy # 4) Ketogeneza i ketoliza Ketogeneza (anabolizm) synteza cia ketonowych Ketoliza (katabolizm) rozkad cia ketonowych Ketoliza ma lepszy stosunek ATP/O 2 ni -oksydacja FFA Wtroba peni funkcj suebn syntezuje, ale nie wykorzystuje cia ketonowych Ciaa ketonowe (KB) rdo energii Syntetyzowane w mitochondriach wtroby (i astrocytach) Ketogeneza Porednie produkty katabolizmu FA Produkty ketogenezy (ciaa ketonowe): 75 -80% -hydroksymalan 20 -25% - acetooctan 2% - aceton Ketoliza zachodzi w mitochondriach tkanek obwodowych Produkt ketolizy = acetylo -CoA wczany jest w cykl Krebsa Wykorzystanie cia ketonowych : Mzg: Gwnie neurony Astrocyty te syntetyzuj KB dla neuronw Serce Minie szkieletowe 106 Nerki Wtroba nie wykorzystuje! brak transferazy -kwasowej Wydalanie cia ketonowych: Nerki z moczem Puca acetony z wydychanym powietrzem Ciaa ketonowe aspekty kliniczne Stenie we krwi norma 0,1 -0,3 mmol/litr krwi W moczu brak Zaburzenia: Wzrost tempa ketogenezy: Wzrost stenia KB w osoczu i w moczu Ketoza (hiperketonemia i hiperketonuria) Przyczyny: o Dieta ketogeniczna (duo tuszczw i mao cukrw) o Godzenie / wysiek fizyczny / cukrzyca Cukrzycowa kwasica ketonowa: insulin a, glukagon, kortyzol Wzrost lipolizy wzrost iloci FFA -oksydacja wzrost iloci acetylo -CoA wzrost tempa ketogenezy Kwasica metaboliczna (wyczerpanie rezerwy HCO3 - przez zoobojtnianie cia ketonowych (ketokwasw)) 107 # Kortyzol # Wpyw na metabolizm Bardzo skomplikowany moe stymulowa przeciwstawne proces y Efekt dziaania kortyzolu zaley od: Mechanizmu odpowiedzi: Szybki gwatownie hamuje wydzielanie insuliny przez komrki trzustki Wolny stymuluje komrki trzustki do wydzielania insuliny Depozytu tkanki tuszczowej: Depozyt podskrny (SAT) stymuluje lipoliz Depozyt trzewny (VAT) stymuluje lipogenez Forum kortyzolu i jego dostpnoci: Schemat::: Obecnoci innych hormonw: Obecna insulina stymuluje lipogenez Brak insuliny stymuluje lipoliz # Mechanizmy dziaania kortyzolu 1) Mechanizm wolny: Kortyzol wie si klasycznie z receptorem wewntrzkomrkowym GR Mechanizm jest wolny, poniewa wymaga syntezy biaek Receptor GR jest receptorem cytoplazmatycznym (w cytozolu), jego zwizanie z kortyzolem powoduje: Oddysocjowanie SHP90 (biako szoku termicznego) Jego translokacj do jdra W jdrze jest rozpoznawana sekwencja GRE i nastpuje transkrypcja genu docelowego wymaga czasu 2) Mechanizm szybki: Kortyzol wie si z bonow wersj receptora GR = mGR lub innymi receptorami Odpowied byskawiczna kilka sekund Aktywacja przez fosforylacj i wzrost stenia Ca2+ Mechanizm szybki nie wyklucza efektw opnionych (synteza biaek) 2a) Mechanizm zwizany z bonow wersj receptora GR = mGR: Indukowany np. Przez infekcj mGR zakotwiczony w bonie dziki kaweolinie -1 Efektem stymulacji mGR jest aktywacja kinaz PKB i MAPK Kinazy fosforyluj biaka docelowe efekt szybk i108 Ufosforylowanie histonw przez kinazy MAPK powoduje rozlunienie chromatyny, co umoliwia ich ekspresj efekt wolny 2b) Mechanizm zwizany z innymi receptorami (np. GPCR): Aktywacja receptora Aktywacja PLC (fosfolipazy C) wzrost stenia DAG i IP3 DAG aktywuj PKC IP3 powoduj e wzrost stenia CA2+, ktre aktywuj CAMKII i PKC Kinazy aktywuj biaka docelowe i czynniki transkrypcyjne # Hiperkortyzolemia -> zesp Cuchinga Przyczyny: guz przysadki, g uz nadnerczy, dugotrwaa terapia sterydami Objawy: Otyo brzuszna + tuszcz na karku (bawoli karki) Nadcinienie, hiperglikemia, dyslipidemia zesp metaboliczny Zanik podskrnej tkanki tuszczowej Zanik mini Nadmierny apetyt Upoledzona odporno # Kortyzol, a gospodarka paliwowa Jest odpowiedzi metaboliczna na stres Przez eony ( w chuj dugo) ratowaa ludziom ycie przed zagroeniem Wspczenie przyczyna otyoci, cukrzycy i chorb sercowo -naczyniowych Kortyzol powoduje mobilizacj paliw metabolicznych jak najwicej, jak najszybciej, nie wane skd! Kiedy stres u ludzi by gwatowny i przejciowy (ucieczka lub walka), przez co generowa rzeczywist potrzeb na energi. To co kortyzol uwolni zostao zuyte, aby przey! Wspczesne stresory s dugotrwae, a nie gwatowne brak snu, za dieta, stres emocjonalny, presja otoczenia, aden z obecnych stresorw nie wymaga a takiej potrzeby mobilizacji paliw energetycznych! # Efekty nadmiernej mobilizacji paliw Kortyzol zmusza organizm do uzupenienia paliw: Mimo, e nie ma takiej potrzeby Podane pokarmy wysokotuszczowe i wysokocukrowe Kortyzol jest oreksygenny (pobudza apetyt) 109 Pobudza te NPY i AgRP neuroprzekaniki oreksygenn e Kortyzol redystrybucj niewykorzystane uwolnione paliwa: FFA TAG Glukoza TAG Reszty aminokwasw TAG TAG jest magazynowany w depozycie trzewnym (VAT) To wyjania, dlaczego kortyzol prowadzi do otyoci i zwikszenia otuszczenia narzdw wewntrznych ! # Efekt kortyzolu na metabolizm lipidw 1) Podskrna tkanka tuszczowa (SAT) kortyzol l ipoliz : LPL napyw FFA ATGL, HSL, MAGL odpyw FFA Efekt = redukcja SAT 2) Trzewna tkanka tuszczowa (VAT) kortyzol lipogenez: LPL napyw FFA syntez FA FAS (synteza FFA) desaturazy (synteza FFA de novo) GPAT, AGPAT i lipiny 1 (synteza TAG) karkoksylazy acylo -CoA ACC (gwny regulator syntezy FA) Efekt = wzrost VAT ! # Receptory PPAR Receptory jdrowe/czynniki transkrypcyjne Reguluj metabolizm lipidw (i wglowodanw) PPAR s aktywowane przez: FA Eikozanoidy Adipokiny Syntetyczne ligandy ( fibraty PPAR ; glitazony PPAR ) Aktywacja powoduje dimeryzacj z innym receptorem (LXR, RXR), odczenie korepresorw, a przyczenie koaktywatorw Koaktywatory umoliwiaj acylacj histonw rozlunienie chromatyny Rozlunienie chromatyny umoliwia dostp polimerazy RNA II transkrypcja PPAR wi si z sekwencj DNA zwan PPRE # Typy PPAR 1) PPAR : Gwny regulator metabolizmu FA w wtrobie Hamuje stan zapalny wtroby Geny docelowe PPAR : 110 (+) LPL (+) FATPs i FATBs (+) S yn tetaza LCFA -CoA czenko karnitynowe (+) CPT I czenko karnitynowe (+) Oks ydaza acylo -CoA -oksydacja (+) DH MCFA -CoA -oksydacja (+) Tio laza katabolizm KB (-) ACC synteza FA (-) FAS synteza FA 2) PPAR /: Stymuluje oksydacj FA w tkance tuszczowej i w miniach szkieletowych Reguluje syntez VLDL w wtrobie 3) PPAR : Najsilniej ekspresjonowany w tkance tuszczowej Reguluje metabolizm lipidw i cukrw oraz adipogenez Ich deregulacja prowadzi do wielu schorze metabolicznych (np. Otyoci) S przeciwzapalne Geny docelowe PPAR : (+) G0S2 (+) LPL (+) ANGPTL4 (+) CD38 (+) S yntetaza HMG -CoA i liaza HMG -CoA (+) FABPs (+) S yntetaza LCFA -CoA czenko karnitynowe (+) CACT czenko karnitynow e (+) CPT I czenko karnitynowe (+) dehydrogenazy -oksydacji czenko karnitynowe # Efekt agonistw PPAR FIBRATW syntezy VLDL wikszy rozmiar VLDL (mniej aterogenne) LPL Apo A -I i Apo A -II dla HDL PLTP (biako transportujce fosfolipidy) szybsze dojrzewanie HDL i ABCA1 na makrofagach zwikszony wypyw cholesterolu # Kontekst metaboliczny 111 Okrela kierunek metabolizmu, w zalenoci od aktualnych warunkw, w jakich si znajduje organizm oraz jego aktualnych potrzeb. Najwaniejszy kontekst metabolizmu lipidw: 1) Stan sytoci lipogeneza, czas syntez i robienia zapasw 2) Stan godu/stresu lipoliza, czas rozkadu uzyskiwanie energii # 1) Stan sytoci Tkanka tuszczowa: Glukoza jest pobierana i wykorzystywana do syntezy DHAP DHAP jest przeksztacany w 3PG synteza TAG Gwny odbiorca TAG z: Chylomikronw VLDL (powstae TAG z nadwyki glukozy ) TAG s hydrolizowane na rdbonku przez LPL do FFA FFA pobierane do adipocytw ponowna synteza TAG Wtroba: Glukoza jest pobierana i wykorzystywana do syntezy FA FA TAG: TAG s upakowywane w VLDL do tkanki tuszczowej (gwnie to ) VLDL do innych tkanek (mao) TAG pozostaj w wtrobie TAG, ktre trafiaj do wtroby s hydrolizowane do FFA przez lipaz wtrobow oraz ATGL i HSL 112 Powstae FFA TAG # 2) Stan godu/stresu Tkanka tuszczowa: Lipoliza zmagazynowanych TAG: ATGL (adipocytarna lipaza triacylogliceroli): TAG DAG + FFA HSL (lipaza hormonowraliwa): DAG MAG + FFA MAGL (lipaza monoacylogliceroli): MAG glicerol + FFA FFA : Uwalniane do krenia Zwizane we krwi z albuminami Odbir przez komrki docelowe -oksydacja Glicerol : Uwalniany do krenia przez AQP7 Wychwytywany przez wtrob dziki AQP9 113 Wtroba: Zmagazynowane TAG: Pakowane w VLDL i wysyane na obwd Lipoliza (FFA wykorzystywane do ketogenezy) Glukoneogeneza: Z glicerolu i gl ukogennych aminokwasw Synteza glukozy dla mzgu i erytrocytw Ketogeneza: 1) FFA acetylo -CoA (mitochondrium) 2) Acetylo -CoA cytrynian (cykl Krebsa w mitochondrium) 3) Cytrynian acetylo -CoA (cytozol) 4) Acetylo -CoA ciaa ketonowe (Ketogeneza w cytozolu) FFA do ketogenezy pochodz z lipolizy lub s pobierane z krenia Do syntezy acetylo -CoA mog by te wykorzystywane aminokwasy ketogenne: Fizjologiczna proteoliza Proteoliza biaek szkieletowych godwka Ciaa ketonowe s uwalniane do krenia Odbiorcy KB: Mzg Serce o Przeprowadzaj one ketoliz w wyniku ktrej powstaje ATP Minie szkieletowe i kardiomiocyty: Gwny odbiorca FFA Nie reaguj na glukagon Reaguj na katecholamin y Wykorzystuj FFA do -oksydacji energia Wykorzystuj ciaa ketonowe do ketolizy energia Anki lipidy: https://drive.google.com/file/d/1I3 -R5lGAFMAQ3G2bL -xYBcrbeIoAu4im/view?usp=drivesdk 114 # 6.Wglowodany # Cukry Wstp Polihydroksyaldehydy lub polihydroksyketony Maj co najmniej 1 grup karbonylow i 2 grupy hydroksylowe Maj co najmniej 1 asymetryczny atom wgla (wyjtek: dihydroksyaceton) Wszystkie cukry w ludzkim organizmie s w konfiguracji D (wyjtek: L -fukoza) Najprostsze cukry triozy: Gliceraldehyd (aldoza). Dihydroksyaceton (ketoza). > Epimery to m onosacharydy, ktre rni si konfiguracj tylko przy jednym atomie wgla, np. glukoza i galaktoza (C4) > Tylko 2 monosacharydy wystpuj wolne w ustroju czowieka: Glukoza krew (70 100 mg/dL). Fruktoza nasienie. > W rodowisku wodnym nastpuje cyklizacja acucha (C1) z utworzeniem cyklicznego pacetalu powstaj anomery i Aldoheksozy piranozy Aldopentozy, ketoheksozy furanozy > Mutarotacja : Przejcie pomidzy formami anomerycznymi ( / ) Mutarotacja moe zaj tylko w sytuacji moliwoci otwarcia piercienia. Dlatego oligo - i polisacharydy trac t moliwo > Wszystkie monosacharydy i disacharydy, ktre maj chocia jeden anomeryczny wgiel wolny (nietworzcy wiza), maj waciwoci redukujce 115 > Waciwoci redukujce cukier moe ulega utlenieniu # Utlenianie Monosacharydw > Utlenieniu ulega wgiel C, C (ostatni) lub oba: Utlenienie C kwasy onowe (np. gluko nowy ) Utlenienie C kwasy uronowe (np. glukuronowy) potrzebny enzym Utlenienie C i C kwasy a rowe (np. glukarowy) # Tworzenie Acetali > Jeli grupa -OH ugrupowania pacetalowego czy si z alkoholem (z czym co ma grup -OH) powstaj O-glikozydy Wizanie pomidzy zwizkami oznacza si jako O-glikozydowe > Jeli grupa -OH ugrupowania pacetalowego czy si z reszt grupy -NH lub -NR: powstanie N-glikozyd lub N -glikoproteiny W tym przypadku jest to wizanie N-glikozydowe # Disacharydy > Monosacharydy poczone wizaniem O-glikozydowym > Disacharydy nieredukujce: Sacharoza Trehaloza # Glikozydy Cz cukrowa + Aglikon = Glikozyd > Cz cukrowa = Mono - lub disacharyd alkaloidy, flawonoidy, polifenole, sterole > Aglikon = alkaloidy, flawonoidy, polifenole, sterole > Glikozydy nasercowe leki regulujce akcj serca, w ktrych aglikon ma charakter steroidowy # *Roliny syntetyzujce glikozydy* (dodatkowe): > Naparstnica digitoksyna > Konwalia konwalatoksyna > Strofantus kombe strofantyna > urawina arbutyna 116 > Migday amigdalina # Glukuronidy Glikozydy kwasu glukuronowego > cz si ze zwizkami hydrofobowymi, przez co uatwiaj ich rozpuszczenie w wodzie > Uczestnicz w procesie detoksykacji # Glikoproteiny Biako + Oligosacharyd = Glikoproteina > Powstaj w wyniku glikozylacji > Oligosacharydy mog by poczone z biakiem wizaniem: > O-glikozydowym grupa -OH Ser lub Thr > N-glikozydowym grupa amidowa Asn Synteza N -glikoprotein: > kosztowna energetycznie, > oligosacharyd syntetyzowany na dolicholu, a nastpnie przenoszony na biako w caoci > obrbka oligosacharydu w AG > bdy N -glikozylacji wrodzone zaburzenia glikozylacji Synteza O -glikoprotein: > oligosacharyd jest tworzony od razu na biaku dziki glikozylotransferazie m.in. mucyny, glikoproteiny antygenowe gr. Krwi # Polisacharydy 1) Homo glikany : > Glukoza skrobia, glikogen, celuloza > N-acetyloglukozamina chityna > Galaktoza agar 2) Bonnik > Nie jest trawiony przez ludzkie enzymy > Siedlisko i rdo energii dla mikrobioty > Wane skadniki: 117 -glukan, pektyny niezwykle zoona struktura z heteroglikanu Pektyny potrafi wiza kwasy ciowe ! usuwanie cholesterolu # Glikozaminoglikany > W ludzkim organizmie w formie wolnej wystpuj tylko 2: heparyna glukozamina + kw. glukuronowy/iduronowy kw. hialuronowy glukozamina + kw. glukuronowy Ulegaj siarczanowaniu (wyjtek kw. hialuronowy) adunek ujemny # Lektyny > biaka zdolne do rozpoznawania elementw cukrowych Zaley od ostatecznego cukru oligosacharydu glikoproteiny na erytrocytach: > galaktozamina A, > galaktoza B, > aden z powyszych O (H). # Selektyny > biaka pojawiajce si na rdbonku pod wpywem cytokiny zapalnej. Selektyny rozpoznaj oligosacharydy leukocytw zatrzymuj je i przyklejaj do rdbonka naczy biako adhezyjne . # Glikolipidy > cerebrozydy = FA + sfingozyna + cukier, > gangliozydy = cerebrozyd + kilka cukrw. # Proteoglikany > Skadniki: GAG, kw. hialuronowy, biako rdzenne. Biako czce 118 > Funkcje: zatrzymuj wod, elastyczne, zapewniaj odporno mechaniczn i sprysto, wane skadniki ECM. Przykady: agrekan, syndekan (przekazywanie moleku sygnaowych). # Lipopolisacharyd (LPS) endotoksyna bakteryjna. # Trawienie cukrw # Glikozydazy enzymy trawice cukry > amylazy trawi skrobi i glikogen: amylaza linowa (aktywator: Cl ) amylaza trzustkowa (aktywator: Cl /Ca ) > Disacharydazy trawi dwucukry w jelicie cienkim : maltoza (trawi: maltoz) sacharoza (trawi: sacharoz) 119 lakt aza (trawi: laktoz) inne i -disacharydazy Niedobory disacharydaz skutkuj nietolerancj pokarmow. Niestrawiony dwucukier jest fermentowany w jelicie grubym przez flor jelitow. Niedobory s na podou genetycznym, uszkodzenia enterocytw lub fizjologiczny zanik enzymu w wieku (np. laktazy) # Wchanianie cukrw prostych > zachodzi w jelicie krtym > cukry proste s jedynie transportowane przez enterocyt do naczy wosowatych (w przeciwiestwie do lipidw, ktre s reestryfikowane), > za wchanianie odpowiadaj transportery: SGLT, GLUT, SWEET (zwiksza znaczenie przy niedoborach SGLT i GLUT) Kolejno wchaniania monosacharydw: Przyswajanie cukrw: > W poywieniu s gwnie heksozy i pentozy , ale jest te miejsce dla: tetroz (C4) rabarbar heptoz (C7) marchew, figi, awokado, lucerna Nasz metabolizm jest przystosowany do wykorzystywania energetycznego tylko heksoz (C6) i trioz (C3)! Cukry C4, C5, C7 s przeksztacane do C6 lub C3 w szlaku PENTOZOFOSFORANOWYM ! # Glukoza > podstawowe paliwo energetyczne, > pobiera i wykorzystuje KADA komrka : kada komrka ma transportery glukozy (co najmniej 2 typy), kada komrka ma enzymy glikolizy. 120 > Sama glikoliza ju dostarcza energi (2 ATP) zapewnia samowystarczalno procesu dla wikszoci komrek. > Dlaczego glikoliz moe przeprowadza KADA komrka? > zachodzi w cytosolu (nie wymaga mitochondriw), > nie wymaga obecnoci tlenu. BRAK GLIKOLIZY = MIER KOMRKI # Wchanianie glukozy z jelita > jelito enterocyt, Wbrew gradientowi transporter SGLT1 Na -zaleny symport glukozy symport z jonami Na pompa Na /K wytwarza potrzebny gradient Na > Enterocyt naczynie wosowate: zgodnie z gradientem, transporter GLUT2 (dyfuzja uatwiona), alternatywne metody opuszczania enterocytw (przy niedoborze GLUT 2): transporter SWEET, 121 Jako pc herzyk z glukozo -6-fosforane m Schemat (opis rysunku): > Jelito (niska glukoza): glukoza przez GLUT5 (transporter fruktozy), galaktoza/glukoza przez SGLT1 (symport Na ). > Enterocyt (wysoka glukoza): glukoza/galaktoza do naczy wosowatych przez GLUT2, pompa Na /K utrzymuje gradient Na . > Naczynie wosowate (niska glukoza): odbiera glukoz z enterocytw. # Transportery SGLT > Sodium -Glucose Linked Transporters: > symport glukozy i Na wbrew gradientowi glukozy > gradient Na = sia napdowa > nie wykorzystuje bezporednio ATP (porednio przez pomp Na /K ). Najwaniejsze SGLT: > SGLT1 jelito, wymaga 2 jonw Na / 1 czsteczka glukozy, > SGLT2 nerki, wymaga 1 jonu Na / 1 czsteczka glukozy. # Rodzina transporterw SGLT 122 > SGLT 1 6 transport cukrw, > SGLT 7 12 transport anionw SCFA, kw. karboksylowych, witamin SGLT1: > powinowactwo wychwyt nawet przy niskim steniu, > niska wydajno, > wystpowanie: enterocyty wchanianie glukozy i galaktozy w jelicie, miocyty, astrocyty OUN wychwyt glukozy i galaktozy z krwi, nabonek kanalikw nerkowych (S3) resorbcja glukozy (10%). SGLT2: > powinowactwo wychwyt przy wysokim steniu, > wysoka wydajno, > wystpowanie: nabonek kanalikw nerkowych (S1/S2) resorpcja glukozy (90%), hepatocyty, OUN wychwyt glukozy z krwi. SGLT3: > CZUJNIK GLUKOZY W MZGU , > bardzo niskie powinowactwo. SGLT6: > wychwyt inozytolu i glukozy; inozytol powinowactwo (nawet przy niskich steniach), glukoza powinowactwo, > wystpowanie: OUN, jelito, nerki. # Regulacja SGLT1 > Na poziomie transkrypcji: cz. trans. HNF1 gwny czynnik transporterw glukozy, cz. trans. CREBP, cz. trans. SP1. 123 > Na poziomie fosforylacji ( aktywacja przez fosforylacj): PKA PKC AMPK > Dieta: (+) wysokocukrowa, (+) bogata w Na , (+) obecno skadnikw odywczych w jelicie. Wzrost ekspresji SGLT1 w cukrzycy typu 2 powoduje zwikszony wychwyt glukozy i odpowiada za hiperglikemi po posiku ! Regulacja SGLT2 > Na poziomie transkrypcji: HNF1. > Na poziomie fosforylacji: mTOR PKA i PKC > Indukcja ekspresji przez IL -6, TNF, TGF (stan zapalny ) > Wzrost ekspresji w cukrzycy typu 1 i 2 oraz w nowotworach (GLI)FLOZYNY > leki przeciwcukrzycowe > cakowicie niezalene od insuliny leczenie cukrzycy typu 1 i 2 > s to inhibitory gwnie SGLT2 (sabiej SGLT1) > Dziaanie: > resorpcji glukozy w nerkach ( SGLT2) > wchaniania glukozy w z pokarmu ( SGLT1) > nie wpywaj na SGLT1 w nerkach zapobiega hipoglikemii Efekty: > stenia glukozy > cinienia > masy ciaa > insulinoopornoci > Wykazuj zatem dziaanie kardio - i renoprotekcyjne 124 # Naturalne inhibitory SGL R1 w jelicie > Tangeretyna (z cytrusw) > tilirozyd (malina, dzika ra) inhibitor amylazy trzustkowej SGLR1 > kardamonina (kardamon) > nobiletina (skrka mandarynek) # Transportery GLUT > rodzina 14 biaek > transportuj na zasadzie dyfuzji uatwionej > transportuj: heksozy (gwnie) Mioinnozytol, mocznik Glukozamin, witamin C GLUT4 i GLUT12 s indukowane insulin > insulina zwiksza ich wbudowywanie w bon poprzez pcherzyki gwnie GLUT4 w tkance miniowej przez co po posiku 90% glukozy trafia do mini > insulina zwiksza ich ekspresj Pioglitazon zwiksza ekspresj GLUT4 (poprzez aktywacj PPAR), tym samym poprawia insulino - wraliwo tkanek obwodowych. # Typy GLUT -w GLUT1: > Glu , Gal, glukozamina, wit. C > wysokie powinowactwo stay wychwyt glukozy 125 > najwaniejszy GLUT erytrocytw cay c zas pob iera glukoz > Bazowy transport glukozy GLUT2: > heksozy / glukozamina, > niskie powinowactwo do Glu , wysokie do glukozaminy, > najwaniejszy GLUT w wtrobie pobr glukozy po posiku, > czujnik glukozy w mzgu, trzustce, > jest dwukierunkowy (umoliwia oddawanie i odbieranie glukozy). GLUT3 > Glu , Gal, ksyloza > najwysze powinowactwo do glukozy ze wszystkich GLUT > najwaniejszy GLUT mzgu i aktywnych leukocytw > stay wychwyt glukozy (niemale niezalenie od stenia) GLUT4 > Glu , galaktozamina, > ZALENY OD INSULINY! > odpowiada za utrzymanie homeostazy glukozy we krwi > najwaniejszy GLUT mini i tkanki tuszczowej > magazynowany w pcherzykach w cytosolu (reaguje na insulin) GLUT5 > Fruktoza (jego ekspresja zaley od obecnoci fruktozy) > jelito cienkie , nerka > Wysokie powinowactwo # GLUT4 Regulacja > Brak insuliny: 95% GLUT4 w pcherzykach GSV (GLUT4 storage vesicles) 5% GLUT na bonie Insulina relokacja GLUT4 na bon wzrost nawet 40 -krotny 126 egzocytoza GSV ekspresja GLUT4 na powierzchni bony endocytoza GLUT4 wygaszenie sygnalizacji > Caym procesem obiegu GLUT4 steruj przez mae biaka G (GTP -azy) oraz inne GTP -azy # Endocytoza/Internalizacja GLUT4 > insulina oprcz stymulowania egzocytozy hamuje endocytoz w adipocytach (w miniach NIE) > po ustaniu dziaania insuliny nastpuje endocytoza GLUT4 wygaszenie sygnau > 2 mechanizmy endocytozy: przez porednictwo klatryny WOLNY zalena od cholesterolu SZYBKI 127 > Minie uywaj mechanizmu z klatryn (wolnego), natomiast adipocyty uywaj obu mechanizmw > Przemieszczanie zinternalizowanego pcherzyka odbywa si wzdu mikrotubuli za pomoc dyneinie > dyneina czy si z pcherzykiem dziki RAB5 > pcherzyki trafiaaj do endosomw sortujcych (opcje): recykling degradacja # Egzocytoza GLUT4 > stymulowana insulin > 2 bardzo skomplikowane mechanizmy: cieka sygnaowa APS przez aktywacj egzorcystu cieka sygnaowa PI3K/Akt # Wewntrzkomrkowe krenie GLUT4 > po endocytozie pcherzyk GLUT4 trafia do endosomu sortujcego > Z endosomu sortujcego: powraca do bony recykling szybki trafia do endosomu recyklingowego > Z endosomu recyklingowego : powraca do bony recykling wolny trafia do sieci trans AG > AG stanowi rezerwuar GLUT4 i wytwarza pcherzyki GSV , ktre czekaj na insulin. # Wpyw insuliny na GLUT4 > Aktywacja receptora insulinowego prowadzi do regulacji aktywnoci maych biaek G (GTP -azy, GTP -azy) decyduj, kiedy i gdzie GLUT4 si przemieszcza steruj jego endocytoz steruj wejciem i wyjciem GLUT4 z systemu endosomw 128 steruj formowaniem GSV steruj egzocytoz GLUT4 (steruj formowaniem egzocysty) Dziaanie insuliny 1) Stymulacja egzocytozy GLUT4: recykling szybki fuzja endosomu sortujcego fuzja wewntrznych pcherzykw endocytarnych uwolnienie GSV z AG i ich translokacja formowanie egzocysty miejsce dokowania GSV w bonie dokowanie GSV we waciwym miejscu bony fuzja GSV z bon formowanie kompleksu SNARE 2) Hamowanie endocytozy GLUT4: tylko w adipocytach przestawienie endocytozy z mechanizmu szybkiego na wolny: szybki zwizany z cholesterolem wolny zwizany z klatryn Efekt insulina zwiksza 10 40 razy ilo GLUT4 w bonie komrkowej (mini i adipocytw) # METABOLIZM GLUKOZY > Glukoza trafiajca do komrki od razu podlega fosforylacji # Znaczenie fosforylacji 129 1) Dodanie duej polarnej grupy zatrzymuje glukoz w komrce 2) Podtrzymuje gradient glukozy ufosforylowana glukoza nie wpywa ju na gradient stenia glukozy 3) Uatwia kataliz enzymatyczn nastpnych przemian zwiksza atwo wizania substratu z enzymem Fosforylacja zachodzi w cytozolu wszystkich komrek Katalizuj j heksokinazy : > cytosolu wykorzystuj ATP (ATP ADP + Pi) > w ER wykorzystuj ADP (ADP AMP + Pi) Produktem fosforylacji jest glukozo -6-fosforan : > produkt pierwszej reakcji glikolizy > wchodzi na szlaki: glikolizy glikogenogenezy cyklu pentozofosforanowego # Heksokinazy > Transferazy przenosz P (grup fosforanow) na D -heksozy, tworzc heksozo -6-P > 4 izoenzymy: heksokinaza I/A wysokie powinowactwo heksokinaza II/B wysokie powinowactwo heksokinaza III/C wysokie powinowactwo heksokinaza IV/D (glukokinaza) niskie powinowactwo 1) Heksokinaza I: > wysokie powinowactwo do glukozy (Km = 0,03 mM), > cel = katabolizm glukozy utlenienie celem uzyskania energii, > na wszystkich komrkach (duo jej w mzgu), > cytozolowa, zwizana z mitochondriami. 130 2) Heksokinaza II: > powinowactwo wysokie, ale 10 NISZE ni HKI (Km = 0,3 mM), > cel = anabolizm glukozy : glikogeneza (minie), szlak pentozofosforanowy (tk. tuszczowa). > tkanki insulinowra liwe: minie, tkanka tuszczowa cytozolowa, zwizana z mitochondriami nadekspresja w nowotworach ! 3) Heksokinaza III: > powinowactwo bardzo wysokie 10 wysze ni HKI (Km = 0,003 mM) > cel = raczej anabolizm > neutrofile , > cytozolowa wolna. 4) Heksokinaza IV / Glukokinaza (GCK): > niskie powinowactwo (Km = 8 mM) > cel = anabolizm lipogeneza i glikogenogeneza w wtrobie > wystpuje w wtrobie i trzustce > cytozolowa, jdrowa lub bonowa > UNIKALNA ROLA regulowanie homeostazy glukozy we krwi # Rnice pomidzy Heksokinazami I III a Glukokinaz 1. Substrat: HKI III rne cukry Glukokinaza TYLKO glukoza 2. Powinowactwo: HKI III wysokie (stay wychwyt) 131 Glukokinaza niskie (wychwyt tylko przy wysokim steniu) 3. Inhibicja: HKI III s hamowane przez glukozo -6-P Glukokinaza NIE jest hamowana przez glukozo -6-P 4. Glukokinaza ma dodatkowy stan konformacyjny super otwarty ktrego nie maj HKI III Przy niskim steniu glukozy glukokinaza przechodzi w stan super otwarty, w ktrym jest rozluniona, co utrudnia przyczenie glukozy std niskie powinowactwo Gdy stenie glukozy ronie, przechodzi w stan otwarty, ktry wie glukoz, a nastpnie przechodzi w stan zamknity, ktry wie ATP Uwolnienie glukozo -6-P powoduje powrt do stanu otwartego 5) Funkcja > HKI III: stae dostarczanie komrce glukozy > Glukokinaza: wtroba regulacja homeostazy przez wychwyt nadmiaru glukozy trzustka czynnik glukozy wysp wydzielanie insuliny (GSIS glucose stimulated insulin secretion) # Regulacja Glukokinazy 1. Biako GKRP: glucokinase regulator protein dotyczy TYLKO WTROBY GKRP wie si z GCK w stanie super otwartym: stabilizuje stan super otwarty dziaa jak inhibitor kompetycyjny dla glukozy Kompleks GKRP GCK jest translokowany do jdra w celu ochrony GCK przed degradacj w cytosolu Efekt: GKRP hamuje GCK, tym samym hamuje glikoliz Modulowanie formowania kompleksu GKRP GCK: (+) glukozo -6-P, 6 -P-sorbitolu GCK () fruktozo -1-P GCK Modyfikacje potranslacyjne: () SUMOilacja GCK GCK 132 (+) acetylacja GKRP GCK () deacetylacja GKRP GCK 2. Fosfofruktokinaza 2 / Fruktozo -bisfosfataza 2 (PFK2/FBP2): > Dotyczy wtroby i trzustki > PFK2/FBP2 to 2 -funkcyjny enzym: synteza fruktozo -2,6 -bisfosforanu rozkad fruktozo -2,6 -bisfosforanu > Fruktozo -2,6 -bisfosforan: regulator allosteryczny glikolizy i glukoneogenezy > PFK2/FBP2 aktywuje si w aktywnym zaniechaniu GCK: aktywno GCK ( Vmax) promuje lokalizacj cytozolow GCK stabilizuje enzym chroni go przed utlenieniem (przez ROS) Efekt: PFK2/FBP2 stymuluje GCK nasila glikoliz. PFK2/FBP2 jest aktywna NIEufosforylowana Modulowanie aktywnoci PFK2/FBP2: > (+) insulina GCK > (-) glukagon GCK > (+) niski stan energetyczny (AMP) AMPK GCK 3. Biako BAD (integracja glikolizy z apoptoz): > Dotyczy wtroby i trzustki > BAD biako proapoptotyczne przecza komrki pomidzy promocj metabolizmu a apoptoz, > BAD wie si ze stanem otwartym GCK > Mechanizm: > Glukoza/insulina fosforylacja BAD aktywacja GCK glikoliza, > BRAK glukozy/insuliny nieufosforylowane BAD apoptoza. Cukrzyca typu II hamuje interakcj BAD z GCK synteza insuliny. 133 # Przemiany Glukozy # Glukozo -6-fosforan > pierwszy intermediat na szlaku metabolizmu glukozy > 1 z 3 najwaniejszych skrzyowa zwizkw metabolicznych : 1) Glu -6-P 2) Pirogronian 3) Acetylo -CoA > Losy glukozo -6-P: glikoliza ( Fru -6-P), glukoneogeneza ( glukoza), glikogenogeneza ( Glu -1-P), lipogeneza (poprzez intermediaty glikolizy DHA, pirogronian), szlak pentozofosforanowy ( 6 -P-glukonolakton), Szlaki heksokinazy ( Fru -6-P). # Glikoliza > najwaniejszy szlak glukozy przeprowadzaj go WSZYSTKIE komrki ! > jedyny sposb pozyskiwania energii przez erytrocyty, neutrofile i rogwk > gwny sposb pozyskiwania energii przez: komrki silnie proliferujce kom. immunologiczne, kom. nowotworowe, komrki w warunkach hipoksji minie szkieletowe, mzg, nerki, enterocyty, siatkwk oka. > Glikoliza moe by: tlenowa produkt = pirogronian, 134 beztlenowa produkt = mleczan (wymaga regeneracji NAD ). Opis schematu: 1. Faza heks oz (Faza inwestycji -2ATP ): Glukoza Glukozo -6-P (zuycie 1 ATP, powstaje ADP) Glukozo -6-P ( Fruktozo -1,6 -bisfosforan (zuycie 1 ATP, powstaje ADP) 2. Faza trioz (Faza zysku +4 ATP ): Fruktozo -1,6 -bisfosforan Aldehyd -3-fosfoglicerynowy + Fosfodihydroksyaceton, Aldehyd -3-fosfoglicerynowy 1,3 -bisfosfoglicerynian (redukcja NAD do NADH+H ), Fosforylacje substratowe: 1,3 -bisfosfoglicerynian 3-fosfoglicerynian (powstaj 2 ATP), 3-fosfoglicerynian Fosfoenolopirogronian Pirogronian (powstaj 2 ATP). czny bilans glikolizy: > 2 ATP zainwestowane, > 4 ATP zyskane, > Netto: +2 ATP. 3 enzymy regulatorowe: > Heksokinaza, Fosfofruktokinaza 1, kinaza pirogronianowa 135 # Bilans energetyczny glikolizy: > 2 zainwestowane ATP > 4 wytworzone ATP > Bilans: 2+4=+2ATP2+4=+2ATP > ATP w glikolizie wytworzone jest dziki 2 reakcjom FOSFORYLACJI SUBSTRATOWEJ: 1,3 -BPG 3 -PG (przez kinaz fosfoglicerynianow) PEP pirogronian (przez kinaz pirogronianow) # TYPY GLIKOLIZY # 1) Glikoliza Beztlenowa: > zachodzi przy: braku O (np. pracujce minie) braku mitochondriw (np. erytrocyty) > wymaga restytucji NAD : > Cel: Zachowanie cigoci glikolizy > Mleczan: powoduje zakwaszenie komrek jest niebezpieczny wydalany do krenia kwasica metaboliczna wykorzystywany przez wtrob (spalany lub glukoneogeneza) oraz minie i serce (spalany) Mleczanu i aktywnoci LDH (dehydrogenazy mleczanowej) to znak niewydolnoci ukadu krenia # 2) Glikoliza Tlenowa: > Nazwa mylca glikoliza nie potrzebuje tlenu do zajcia samego procesu! > Pojcie tlenowa dotyczy faktu, i przy dostpie do O i obecnoci mitochondriw, glukoza ulega cakowitemu utlenieniu dziki reakcjom dodatkowym po glikolizie: reakcja pomostowa cykl Krebsa acuch oddechowy 136 Los pirogronianu: > Podlega oksydacyjnej dekarboksylacji do acetylo -CoA: > Ta reakcja zachodzi w matrix mitochondrium , wic pirogronian musi zosta przeniesiony przez transporter MPC : MPC = mitochondrialny przenonik pirogronian u aktywnoci MPC deficyt: schorzenia neurodegeneracyjne aktywnoci MPC (inhibitory) neuropatie, insulinooporno symporter pirogronianu + H (wewntrzna bona mitochondrium) # Regeneracja NAD Powstae w glikolizie NADH+H nie moe zosta zregenerowane bezporednio w acuchu oddechowym, poniewa nie ma transportera dla NADH+H przez bon mitochondrium ! > Mechanizm poredni: 1. Redukowanie metabolitu, utleniajc NADH+H do NAD 2. Transport metabolitu do mitochondrium 3. Utlenienie metabolitu powstaje NADH+H w acuchu oddechowym 4. Transport metabolitu z powrotem do cytozolu Do regeneracji NAD w glikolizie tlenowej wykorzystywane s 2 rodzaje czenek (mostkw): Czenko jabczanowo -asparaginianowe (wtroba, nerki, serce, neurony) Czenko glicerolo -fosforanowe (minie szkieletowe, astrocyty) # 1) Czenko jabczanowo -asparaginianowe > Bardziej skomplikowane > Bardziej powszechne (wtroba, nerki, neurony, serce) > Lepszy efekt energetyczny (redukcja NAD w matrix NADH+H = 3 ATP) > Enzymy: DH jabczanowa (MDH) Aminotransferaza asparaginianowa GOT 137 Opis schematu: Szczawiooctan Jabczan (redukcja NADH+H NAD ) transport do mitochondrium, 1. Jabczan Szczawiooctan (utlenienie w matrix NAD NADH+H ), 2. Asparaginian Glu cykl zamknity w transporcie. Efekt: Kade NADH+H w acuchu oddechowym daje +3 ATP. Narzdy: > Wtroba, nerki, serce, mzg (neurony). # 2) Czenko Glicerolo -Fosforanowe: > Mniej skomplikowany, > Mniej powszechny (minie szkieletowe, astrocyty, mzg), > Gorszy efekt energetyczny (redukcja FAD FADH = +2 ATP). > 1 enzym: Dehydrogenaza 3 -fosfoglicerolowa (GPDH): izoenzym cytosolowy cGPDH, 138 izoenzym mitochondrialny mGPDH. Opis schematu: Mechanizm: > Cytosol: 1. DHAP (dihydroksyaceton fosforanowy) GPDH Glicerol -3-P (utlenienie NADH+H NAD ), 2. Glicerol -3-P przenoszony do mitochondrium. > Matrix: 1. Glicerol -3-P mGPDH DHAP (redukcja FAD FADH), 2. FADH acuch oddechowy. Efekt: Kade FADH = +2 ATP. Narzdy: > Minie szkieletowe, astrocyty. # Zysk energetyczny glikolizy tlenowej Fosforylacja substratowa (+6 ATP): 2 reakcje glikolizy: 1,3 -BPG 3 -PG (kinaza fosfoglicerynianowa), PEP Pirogronian (kinaza pirogronianowa). 1 reakcja cyklu Krebsa: Bursztynylo -CoA bursztynian (dehydrogenaza bursztynylo -CoA). Fosforylacja oksydacyjna: > Zredukowane FADH i NADH+H z etapw I III oddaj elektrony i protony na acuch oddechowy (ETC) > Kompleksy I III IV to pompy protonowe (H ), ktre pompuj protony z matrix do przestrzeni transbonowej gradient H139 > Protony wracaj przez ATPaz , wprowadzajc j w ruch > ATP oraz energia s wykorzystywane do syntezy ATP > NADH+H oddaje e na kompleks I praca I, III, IV = 3 ATP > FADH oddaje e na kompleks II praca III, IV = 2 ATP Opis schematu : 1. Glikoliza: +2 ATP, Czenko jabczanowo -asparaginianowe: +2 NADH+H , Czenko glicerolo -fosforanowe: +2 FADH. 2. Reakcja pomostowa: +2 NADH+H . 3. Cykl Krebsa: +2 ATP, +6 NADH+H , +2 FADH. 4. acuch oddechowy: Przy czenku jabczanowo -asparaginianowym: 10 NADH+H 30 ATP, 2 FADH 4 ATP Efekt: 38 ATP (wtroba, nerki, serce, neurony). Przy czenku glicerolo -fosforanowym: 140 8 NADH+H 24 ATP, 4 FADH 8 ATP Efekt: 36 ATP (minie szkieletowe, astrocyty). # REGULACJA GLIKOLIZY # Regulacja enzymatyczna > # Enzymy regulatorowe: ! Heksokinaza (I IV) !!! Fosfofruktokinaza I najwaniejszy regulator ! Kinaza pirogronianowa # Fosfofruktokinaza I (PFK I) > Katalizuje 3. reakcj glikolizy commitment step (reakcja nieodwracalna) > GWNY ENZYM REGULATOROWY > Reakcja nieodwracalna i zuywa 1 A TP > PFK I jest tetramerem i zalenie od komrek homo - lub heterotetramerem. > 3 izoenzymy PFK I: PFK -M miniowa PFK -L wtrobowa PFK -P pytkowa Mutacje PFK I = chorob a spichrzeniow a glikogenu typu VII: Glukoza nie moe by kierowana do glikolizy Zostaje kierowana na szlak glikogenogenezy Powoduje nadmiar glikogenu Regulacja Fosfofruktokinazy Czynniki hamujce ( -): > (-) ATP > (-) Cytrynian > (-) LCFA Powysze trzy czynniki wiadcz o dobrej kondycji energetycznej, wic glukoza moe by kierowana na szlaki syntez > (-) H (spadek pH): mleczan, powstajcy w glikolizie beztlenowej, zakwasza rodowisko i hamuje tym samym glikoliz. 141 Czynniki stymulujce (+): > (+) Fruktozo -6-P (dostpno substratu) > (+) Wysoki stosunek ADP/ATP > (+) AMP > (+) Fruktozo -2,6 -bis -P bardzo silny aktywator allosteryczny (pobudza nawet przy obecnoci ATP) Fruktozo -2,6 -bis -P jest syntetyzowany z fruktozo -6-P suy wzmocnieniu glikolizy, gdy glukoza jest dostpna. Dodatkowo fruktozo -2,6 -bis -P rozpra glikoliz od dalszych szlakw energetycznych (cykl Krebsa, reakcja pomostowa), co zmniejsza syntez ATP bdcego inhibitorem allosterycznym PFK I! Za syntez i rozkad fruktozo -2,6 -bis -P odpowiada PFK2/FBP2 > Najwicej w wtrobie i nerkach > Enzym dwufunkcyjny: Przeczenie midzy funkcjami: > Fosforylacja: zmiana do formy fosforylujcej substraty aktywacja PFK2. > Defosforylacja: zmiana do formy defosforylujcej substraty aktywacja FBP2. Wpyw poziomu glukozy (stosunek PFK2/ FBP2) : > Wysokie stenie glukozy: zwiksza aktywno PFK2 w kierunku stymulacji glikolizy, > Niskie stenie glukozy: zwiksza aktywno FBP2 w kierunku glukoneogenezy (tam, gdzie ronie zapotrzebowanie). Regulacja PFK2: > Jest hamowana allosterycznie przez cytrynian oraz fosfoenolopirogronian, > NIE jest hamowana (regulowana) przez ATP, wic nie dochodzi do ujemnego sprzenia zwrotnego ograniczonego przez obecno ATP. Fosfofruktokinaza 2 / Fruktozobisfosfataza 2 (PFK2/FBP2) > Wystpuje w formie 4 izoenzymw ( 7 typw ), zalenych od lokalizacji: 1. Izoenzym 1 (PFKFB1) 3 typy :142 L: wtrob a, WAT, M: mini e (regulowane tylko przez fruktozo -6-P! ) F: pd , fibroblasty ( regulowane tylko przez fruktozo -6-P! ). 2. Izoenzym 2 (PFKFB2): 1 typ: H: serc e, erytrocyty . 3. Izoenzym 3 (PFKFB3): 2 typy: U: mzg, oysko (powszechny), I: indukowany stanem hipoksji Izoenzym 4 (PFKFB4): 1 typ: T: jdr a (nie jest regulowany przez fosforylacj). Zalenie od typu fosforylacja moe stymulowa PFK2, a nie FBP2! TYP L WTROBA > Fosforylacja stabilizuje FBP2 (fosfataza). Wysokie stenie insuliny (stan sytoci): > Aktywacja fosfatazy biaek, > Defosforylacja PFK2/FBP2, > Aktywacja PFK2 (kinazy), > Synteza fruktozo -2,6 -bis -P stymulacja glikolizy! Wysokie stenie glukagonu (stan godu): > Aktywacja kinazy biaek A, > Fosforylacja PFK2/FBP2, > Aktywacja FBP2 (fosfatazy), > Rozkad fruktozo -2,6 -bis -P Hamowanie glikolizy ! Stymulacja glukoneogenezy! TYP H SERCE > Fosforylacja stabilizuje PFK2 (kinaza). Wysokie stenie insuliny / katecholamin : > Insulina aktywuje PKB, > Fosforylacja PFK2/FBP2, > Aktywacja PFK2 fruktozo -2,6 -bis -P stymulacja glikolizy Brak insuliny / katecholamin :143 > Degradacja proteasomalna enzymu PFK2/FBP2, > Hamowanie glikolizy, > Nagromadzenie metabolitw powyej (fruktozo -6-P) ich przekierowanie na inne szlaki, > Wzrost stenia glukozy zewntrzkomrkowo HIPERGLIKEMIA. # Stres metaboliczny serca Kardiomiopatia # Procesy nasilone w warunkach kardiomiopatii: 1) Szlak heksozaminowy: > Synteza aminocukrw: Nadcinienie (modulacja szkieletu sygnalizacji angiotensyny II), Patologiczny remodeling serca (przebudowa macierzy zewntrzkomrkowej). 2) Glikogenogeneza: > Nadmiar glikogenu w sercu, > Hipertrofia, arytmia serca. 3) Glikacja biaek i lipidw: > Patologiczny remodeling serca (glikacja biaek fibronektyny), > Utrata funkcjonalnoci enzymw, > Akumulacja AGE (zaawansowane produkty glikacji): Reakcja zapalna, Stres oksydacyjny. 4) Szlak poliolowy: > Glukoza Sorbitol Fruktoza: Fruktoza silniej indukuje glikacj ni glukoza wzrost glikacji. 144 Fosforylacja fruktozy jest sabo kontrolowana powoduje: Wycieczenie ATP, ADP i wzrost AMP hiperurykemia nadcinienie i insulinooporno. 5) Cykl pentozofosforanowy: > Generuje NADPH: Krtki stres: wana funkcja antyoksydacyjna (+), Dugi stres: pogbienie stresu oksydacyjnego ( -): NADPH oksydaza NADPH (NOX): synteza anionorodnika ponadtlenkowego, NO syntazy (NOS): produkcja NO. # Kinaza Pirogronianowa (PK) > Katalizuje ostatni reakcj glikolizy: > 3. enzym regulatorowy glikolizy ! > W reakcji powstaje ATP fosforylacja substratowa, > Gwny aktywator: Fruktozo -1,6 -bis -P. > Wystpuj 2 izoenzymy w 4 izoformach: PKLR: PKL: wtroba, nerki, jelita, trzustka, PKR: erytrocyty. PKM: PKM1: serce, minie, mzg, rdze nadnerczy, PKM2: nowotwory, leukocyty, pd, kora nadnerczy. PKL Wtroba > Regulowana fosforylacj zalen od stenia glukozy: Mao glukozy: PKL jest ufosforylowane niska aktywno , Wygaszanie glikolizy, Nagromadzenie PEP hamowanie PFK2/FBP2. Duo glukozy: PKL jest nieufosforylowane wysoka aktywno, Stymulacja glikolizy celem przeksztacenia pirogronianu w acetylo -CoA i syntez FA. 145 PKM1: > Wystpuje w komrkach o duym zapotrzebowaniu na energi serce, minie, mzg, > Zawsze aktywna ! (forma tetrameru), > Wysokie powinowactwo do PEP. PKM2: > Wystpuje w komrkach intensywnie proliferujcych nowotworowe, leukocyty, podowe, > Dwie formy: Tetramer: Dua aktywno, Kieruje do glikolizy tlenowej. Dimer: Brak/niska aktywno, Kieruje do glikolizy beztlenowej. Czynniki promujce tetramer (forma aktywna) : > Modyfikacje kowalencyjne: Hydroksylacja, Utlenienie, Ubikwitynacja. > Seryna > Fruktozo -1,6 -bis -P. Czynniki promujce dimer (forma nieaktywna): > Modyfikacje kowalencyjne: Glikozylacja, Acetylacja, Fosforylacja. T3 (trjjodotyronina), Produkty szlakw: ATP, Acetylo -CoA, LCFA (dugoacuchowe kwasy tuszczowe), Pirogronian, Ala, Phe. 146 # Dehydrogenaza Aldehydu -3-Fosfoglicerynowego (GAPDH) Donorem grupy fosforanowej jest nieorganiczny fosforan , a nie ATP, W reakcji powstaje NADH+H (potrzeba regeneracji NAD ), Potrzebna energia pochodzi z wizania tioestrowego , Hamowany przez arseniany (A rsen V). Arsen (As) Arsen ( V) Arseniany: > Podobiestwo struktury do grupy fosforanowej, > Zastpuje fosfor nieorganiczny w szlakach biochemicznych: GAPDH tworzy 1 -arseno -3-fosfoglicerynian, 1-arseno -3-fosfoglicerynian jest rozkadany do 3 -fosfoglicerynianu. > Glikoliza biegnie dalej, ale pomijana jest 1 reakcja fosforylacji substratowej ( -2 ATP ): Powoduje rozprzganie glikolizy od fosforylacji substratowej, Nie powstaje 2,3 -bis -P-glicerynian (regulator HGB -tlen), Moe si zredukowa do Arsenu (III). Arsen (III) Arseniny: > Bardziej toksyczny, > Wie si z grupami SH enzymw i kofaktorw, > Powoduje stres oksydacyjny , stan zapalny, dysfunkcj rdbonka, > Rozprzganie fosforylacji oksydacyjnej mier komrki, > Hamowanie cyklu Krebsa. # Kinaza Fosfoglicerynianowa > Pierwsza fosforylacja substratowa glikolizy (+ 2ATP) > Zatrucie arsenianem powoduje ominicie tej reakcji. 147 # Regulacja Hormonalna Glikolizy > Napyw glukozy: transportery np. GLUT4, > Allosterycznie na enzymy szlaku : LCFA, Fruktozo -1,6 -bis -P, > Modyfikacje kowalencyjne enzymw: np. fosfo -/defosforylacja, > Ekspresja genw enzymw: Glikolizy Hamowane przez glukagon i stymulowane przez insulin : o Glukokinaza, o PFK 1 ! o PFK2/FBP2, o Kinaza pirogronianowa, o GAPDH i aldolaza. Glukoneogenezy: Stymulowane przez glukagon i hamowane przez insulin : o Karboksy kinaza fosfoenolopirogronianu, o FBP1 (fruktozo -1,6 -bisfosfataza), o Glukozo -6-fosfataza. > Insulina dziaa przez czynnik SREB -1c, > Glukagon i katecholaminy przez czynnik CREB. # Wrodzone defekty Glikolizy > 95% dotyczy kinazy pirogronianowej (deficyty wczesnych enzymw glikolizy s niezgodne z yciem) > Dotykaj gwnie erytrocytw (jedyne rdo energii ) > Gwne objawy: > Akumulacja 2,3 -BPG nasilone oddawanie tlenu, > Brak energii na metabolizm: > Spadek aktywnoci pomp (np. Na /K ), > Utrata integralnoci bon. Objawy niedoboru kinazy pirogronianowej: > Anemia hemolityczna ( czas ycia erytrocytw, liczba), > Powikszenie ledziony ( fagocytoza erytrocytw), 148 > taczka ( bilirubiny), > Kamica ciowa ( kamienie przez zbyt duo bilirubiny). > PYRU KYND : aktywator allosteryczny kinazy pirogronianowej ! # Losy pirogronianu 1) Fermentacja: > Do mleczanu: Enzym: d ehydrogenaza mleczanowa (LDH). > Do etanolu (bakterie): Enzym: dehydrogenaza alkoholowa (ADH). 2) Dekarboksylacja > Do acetylo -CoA: Enzym: dehydrogenaza pirogronianowa (PDH). > Do acetaldehydu : Enzym: dekarboksylaza pirogronianowa. 3) Karboksylacja > Do szczawiooctanu: Enzym: karboksylaza pirogronianowa. 4) Transaminacja > Do alaniny: Enzym: a minotransferaza alaninowa (ALAT). # Fermentacja Pirogronianu 149 1) Do mleczanu: > Nastp stwo glikolizy w warunkach beztlenowych, > Cel: regeneracja NAD kontynuowanie glikolizy, > Enzym: LDH > Reakcja odwracalna, > Mleczan jest markerem stanw zapalnych mleczan 2) Do etanolu: > Przebiega u bakterii (np. jelitowych) i drody, > Reakcja dwuetapowa: 1. Dekarboksylacja do acetaldehydu (dekarboksylaza pirogronianowa), 2. Acetaldehyd etanol (ADH). > Przeniesienie dekarboksylazy pirogronianowej do kom. nowotworowych dziaa przeciwnowotworowo poprzez gromadzenie toksycznego acetaldehydu i zmniejszenie syntezy elektronw. # Spicie Przemian Cukrw i Aminokwasw # Synteza aminokwasw z: 1) Intermediatw glikolizy: > 3-P-glicerynian erytrozo -4-P, Ser, > Fosfoenolopirogronian Phe, Tyr, Trp, > Pirogronian Ala, Val, Leu, Ile. 2) Intermediatw cyklu Krebsa: > Szczawiooctan Asp Asn/Met/Thr/Lys. > -ketoglutaran Glu Gln/Pro/Arg. Miejsce, w ktrym substrat wcza si do szlaku > Pirogronian (mleczan, Ala), > Szczawiooctan (Gln), > Fosfodihydroksyaceton DHAP ( glicerol). 150 Koszt energetyczny > 2 lub 6 ATP zaley od substratu, > ATP pochodzi ze spalania FA ( lipoliza), > Glikoneogeneza jest to proces nieopacalny (np. erytrocy ty uzyskuj z glukozy i 2 ATP, a do jej syntezy zuyto 6 ATP). # Przebieg Glukoneogenezy > Niepene odwrcenie glikolizy , > Niepene ze wzgldu na 3 nieodwracalne reakcje glikolizy: Glukoza + ATP glukozo -6-P + ADP (heksokinaza I -IV), Fruktozo -6-P + ATP fruktozo -1,6 -bisP + ADP (PFK1), Fosfoenolopirogronian + ADP pirogronian + ATP (PK). Tym samym w glukoneogenezie s 3 reakcje unikatowe (r. nieodwracalne): 1. Glukozo -6-P + HO glukoza + P (fosfataza glukozo -6-P), 2. Fruktozo -1,6 -bisP + HO fruktozo -6-P + P (fosfataza fruktozo -1,6 -bisP), 3. Pirogronia n fosfoenolopirogronian: Nie ma takiego enzymu, Szczawiooctan jako porednik. # Pochodzenie Substratw Glukoneogenezy # 1) Mleczan Cykl Corich > Krenie glukozy i mleczanu midzy: Wtrob (przyjmuje mleczan, oddaje glukoz), Tkankami / Komrkami (przyjmuj glukoz, oddaj mleczan): Zalen ymi od glukozy (np. erytrocyty), W warunkach hipoksji (np. pracujce minie), Intensywnie proliferujcy mi i konkurujcymi o glukoz (np. komrki ukadu immunologicznego w trakcie aktywacji ). > Udzia cyklu Corich w produkcji glukozy ronie wraz z godzeniem ! > Kluczowym enzymem jest dehydrogenaza mleczanowa (LDH). 151 Minie nie s dobrym przykadem odbiorcy w cyklu Corich! Glukoza pochodzi gwnie z rozkadu zmagazynowanego glikogenu glikogenoliza ! S natomiast dobrym rdem mleczanu. Dehydrogenaza Mleczanowa (LDH) > Tetramer 5 izoform (kombinacje LDHA i LDHB). > Podjednostka A (M - muscle): Wysokie powinowactwo do pirogronianu. Promuje reakcj: pirogronian mleczan. Dominuje w tkankach anaerobowych (wtroba, minie). > Podjednostka B (H - heart): Wysokie powinowactwo do mleczanu. Promuje reakcj: mleczan pirogronian. Dominuje w tkankach aerobowych (serce, erytrocyty). > LDH1 = 4B (serce) , LDH5 = 4A (wtroba, minie) . > Kada izoforma moe przeprowadza zarwno reakcj preferowan, jak i odwrotn ! Zaley to od: Dostpnoci substratu. Stosunku NAD /NADH H. > Popularny marker diagnostyczny (zawa, nowotwory, choroby serca i wtroby). 152 # 2) Alanina Cykl Glukozowo -Alaninowy > Krenie glukozy i alaniny midzy: Wtrob (odbir alaniny glukoneogeneza wysy ka glukozy ) Miniami (odbir glukozy wysy ka alaniny). W miniach: > Glukoza do glikolizy powstaje pirogronian. > [Pirogronian (transaminacja ) alanina ] > Proteoliza biaek alanina Pirogronian (transaminacja ) alanina : scenariusz mao prawdopodobny : Minie preferuj cakowite utlenienie glukozy w warunkach tlenowych lub przeksztacenie pirogronianu w mleczan w warunkach beztlenowych. Alanina powstaje gwnie w wyniku proteolizy biaek (godwka wzmaga). # 3) Glicerol > Z hydrolizy TAG (gwnie z adipocytw). > Wchodzi do szlaku glukoneogenezy w formie DHAP. Wymaga nakadu energii! # 4) Glutamina > Transporter jonw amonowych, trafia do nerek .153 > Wchodzi do szlaku poprzez szczawiooctan # 5) Inne Aminokwasy Glukogenne > Pochodz gwnie z biaek miniowych : Minie z puli aminokwasw przechodz na: Pirogronian alanina (do wtroby). -ketoglutaran glutamina (do nerek). Minie mog te uwalnia je do krenia. > Aminokwasy w tkankach glukoneogenez czynnych : Transaminacja do pirogronianu. Wczenie w cykl Krebsa szczawiooctan (wejcie w szlak). > Wchodz do glukoneogenezy poprzez szczawiooctan ! # 6) Propionylo -CoA > Oksydacja nieparzystych FA . > Wczany do cyklu Krebsa na poziomie bursztynylo -CoA. > Przeliczany w cyklu w szczawiooctan (wejcie w szlak). # Koszt E Glukoneogenezy Zalenie od Substratu: > Wejcie jako pirogronian (mleczan, Ala): 6 ATP. > Wejcie jako szczawiooctan (nr 4, 5, 6): 4 ATP. > Wejcie jako DHAP (glicerol): 2 ATP. Godzenie Nocne Wtroba 90 %, Nerki 10%. Godwka/Stres ronie udzia nerek nawet do 40% udzia Nerek w Syntezie Endogennej Glukozy !154 # Preferowane Substraty Glukoneogenezy # Wtroba: mleczan, glicerol, aminokwasy glukogenne (gwnie Ala). Nerki: glutamina, glicerol, mleczan. Jelita: glutamina, Glicerol. # Zaburzenia Glukoneogenezy > Efekt: hipoglikemia. > Przyczyny: > o Bloki enzymatyczne (mutacje): > Fruktozo -1,6 -bisfosfataza (FBP1). > Karboksylaza pirogronianowa (PC). > Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa (PEPCK). > o Zaburzenia regulacji: szlaku Crp, insulinoopornoci. # Regulacja Glukoneogenezy # 1) Regulacja Aktywnoci Enzymw Regulatorowych > Dostpno substratu , produkt hamuje. > Modyfikacje (np. de -/fosforylacja przez hormony). > Allosterycznie (*) lub na poziomie ekspresji ($) Karboksylaza Pirogronianowa > acetylo -CoA (*) > cytrynian (*) Karboksykinaza PEP > glukagon ($) 155 > T3 ($) > katecholaminy ($) > kortyzol ($) Fruktozo -1,6 -bisfosfataza > acetylo -CoA (*) > cytrynian (*) > fruktozo -1,6 -bisfosforan (*) > glukagon ($) > insulina ($) Glukozo -6-fosfataza > To samo co karboksykinaza PEP. # 2) Regulacja Hormonalna > Globalnie przede wszystkim przez glukagon AKTYWACJA ! > T3/T4 AKTYWACJA > Hormony stresu AKTYWACJA : > Katecholaminy > Kortyzol GLUKONEOGENEZA i GLIKOLIZA , jako procesy przeciwstawne s regulowane przez te same czynniki, tylko w odwrotny spos b! > INSULINA : GLIKOLIZA GLUKONEOGENEZA > Insulina dodatkowo hamuje wydzielanie glukagonu przez komr ki trzustki: Insulinooporno glukagonu poziom glukozy. Glukagon > Aktywujc kinazy uruchamia czynniki transkrypcyjne: PKA CREB glukoneogeneza CaMKII FoxO glukoneogeneza PKA MAPK PPAR ketogeneza PKA FoxA2 ketogeneza CREB 156 > Ekspresja genw szlaku glukoneogenezy > Ekspresja innych czynnikw transkrypcyjnych > Aktywacja innych cz. transkrypcyjnych (np. PPAR). # Podsumowanie Regulacji Metabolizmu Glukozy # 1) Stan Sytoci Insulina > Receptor insulinowy znajduje si na adipocytach, hepatocytach oraz mio - i kardiomiocytach! Adipocyty: > GLUT4 wychwyt glukozy > Glikoliza > Lipogeneza Hepatocyty: > Glikoge nogeneza > Glikoliza ( Glukoneogeneza) > Lipogeneza Minie / Serce: > Glikoge noneneza > GLUT4 wychwyt glukozy # 2) Stan Godu Glukagon / Stres Katecholaminy > Receptor glukagonu znajduje si na hepatocytach i adipocytach, ale NIE na mio - i kardiomiocytach! > Receptor katecholamin, podobnie jak insuliny, znajduje si na adipocytach, hepatocytach i mio - oraz kardiomiocytach. > Obecno receptora glukagonu na adipocytach jest kontrowersyjna, ale obserwuje si wpyw glukagonu na metabolizm adipocytw. Adipocyty (glukagon / katecholaminy): 157 > Lipoliza Hepatocyty (glukagon / katecholaminy): > Glukoneogeneza ( Glikoliza) > Glikogenoliza > Ketogeneza Minie / Serce (TYLKO katecholaminy): > Glikogenoliza > Glikoliza Jeli pojawi si pytanie o to, jaki enzym jest stymulowany lub hamowany przez dany hormon, to zalenie od procesu podajemy jego enzym(y) regulatorowy: 1. Glikoliza: > Heksokinaza I -IV > Fosfofruktokinaza 1 !!! > Kinaza pirogronianowa 2. Glukoneogeneza: > Glukozo -6-fosfataza > Fruktozo -1,6 -bisfosfataza > Karboksy kinaza PEP 3. Glikogenoliza: > Fosforylaza glikogenu 4. Glikogenogeneza: > Syntaza glikogenu 158 5. Wychwyt glukozy: > GLUT4 6. Cykl Pentozofosforanowy: > Dehydrogenaza glukozo -6-P PS: Niestety te enzymy na pami! # Kortyzol Adipocyty (synergistycznie z glukagonem/katecholaminami): > Lipoliza (redystrybucja) > zuycie glukozy wychwyt glukozy Hepatocyty (synergistycznie z glukagonem/katecholaminami): > Glukoneogeneza > Glikogenoliza > Glikogenogeneza (przy obecnoci insuliny!) Minie (synergistycznie z katecholaminami): > Glikogenoliza > Wychwyt glukozy GLUT4 oszczdza glukoz dla mzgu i erytrocytw > Utlenienie glukozy w cyklu Krebsa # ChREBP > Czynnik transkrypcyjny niezaleny od insuliny! > Aktywowany przy wysokim steniu glukozy we krwi. > AKTYWACJA = DEFOSFORYLACJA ! Czynniki aktywujce ChREBP (Syto) 159 > (+) Glukozo -6-P (allosterycznie) > (+) Ksylulozo -5-P (intermediat cyklu pentozofosforanowego) > (+) UDP -GlcNAc > (+) Fruktozo -1,6 -bisP Czynniki hamujce ChREBP (Gd): > () Ciaa ketonowe i AMP (allosterycznie) > () PKA (glukagon), AMPK > () ChREBP hamuje ekspresj ChREBP # Regulowane geny przez ChREBP > Glikoliza: GLUT2, GLUT4 PK GKRP (biako regulatorowe glukokinazy) GAPDH LDH > Glukoneogeneza (nieintuicyjna indukcja ( ) w wtrobie): Fosfataza glukozo -6-P Transporter G -6-P do ER (Indukcja zalena od fruktozy) > Cykl pentozofosforanowy: Dehydrogenaza glukozo -6-fosforanowa Transketolaza > Pirogronian Acetylo -CoA: Dehydrogenaza pirogronianowa (PDH) Kinaza 2 PDH > Fruktoliza: GLUT5 Ketoheksokinaza 160 > Lipoliza: ACLY ACC FAS > Cykl Krebsa # Cykl Pentozofosforanowy > Alternatywny szlak przemian glukozy. > Jego celem NIE jest wytworzenie energii! Cele (wane - to pytaj!): 1. Synteza NADPH 2. Synteza rybozo -5-fosforanu 3. Interkonwersja cukrw pokarmowych: 4. Dostarczenie substratw do syntezy aminokwasw: rybozo -5-fosforan Phe, Tyr, Trp erytrozo -4-fosforan His, Ser > Substrat: glukozo -6-P > Enzym regulatorowy: dehydrogenaza glukozo -6-P (G6PDH )! # Skada si z 2 faz 1. Faza oksydacyjna: Powstaje NADPH ! Glukozo -6-P rybulozo -5-P 2. Faza nieoksydacyjna: Interkonwersja cukrw (pentozy, tetrozy, heptozy) Rybulozo -5-P rne intermediaty glikolizy Intermediaty: Rybozo -5-P Erytrozo -4-P161 Rybozo -5-P Tyr, Trp, Phe Erytrozo -4-P His, Ser (His Ser) # Wykorzystanie NADPH 1. Syntezy redukujce: synteza FA (kwasw tuszczowych), synteza cholesterolu, synteza hormonw steroidowych. 2. Kofaktor enzymw antyoksydacyjnych: peroksydaza glutationowa NADPH dostarcza elektronw do redukcji ROS (odtwarzanie glutationu ). dysmutaza ponadtlenkowa, Katalaza. 3. Ukad monooksygenazy cytochromu P450 4. Fagocytoza i neutralizacja patogenw przez biae krwinki. 5. Synteza NO (s substratem syntazy NO) 6. Metabolizm lekw. # Wykorzystanie Rybozo -5-P 1. Synteza kwasw nukleinowych. 2. Synteza nukleotydw (np. ATP, GTP). 3. Synteza aminokwasw (His, His Ser). # Mutacje G6PDH > anemia hemolityczna, > zaburzenie biotransformacji lekw, 162 > zaburzenia odpornoci, > wiksza podatno na stres oksydacyjny, > zwikszone ryzyko cikich przebiegw infekcji (np. COVID -19). Anki wglowodany: https://drive.google.com/file/d/1ob_mcx59NPzJNDZOHQUUq7eeAu9HQrmP/view?usp=drivesdk 163 # 7. ZABURZENIA METABOLICZNE 1.Niedobory enzymatyczne Spowodowane s mutacjami genw kodujcych enzymy. Najczciej mutowany enzym DH glukozo 6 fosforanowa : Skutek: anemia hemolityczna Wystpowanie : 400ml (8% populacji wiata) miertelno: 4 tysice/ rok Kataliz uje reakc j cyklu pentozofosfor anowego 2.Deregulacja szlakw metabolic znych Zaburzenia homeostazy organizmu: o Nadwyka kalorii o Dieta uboga w antyoksydanty i bogata w prooksydanty o Niska aktywno fizyczna o Stres o Zaburzenia hormonalne lub autoimmunologiczne Skutek o Nadwaga / otyo > 2 mld o Cukrzyca > 460 mln o Choroby sercowo naczyniowe, miadyca o Marsko wtroby , nowotwory Bdne koo zaburze metabolicznych jedno zaburzenie indukuje i wzmacnia inne zaburzenia! Zaleno nieliniowa kade kolejne zaburzenie wpywa na inne i zwiksza ryzyko powstania choroby na tle metabolicznym! 3.Zaburzenia metabolizmu wglowodanw Glikemia steznie glukozy we krwi Hiperglikemia - > 100 mg / dL na czczo Hipoglikemia - < 70 mg/ dL na czczo Zarwno hiper jak i hipoglikemia daj objawu takie jak spltanie, zgubienie i utrata przytomnoci. Nie naley z gry zakada, e pacjent potrzebuje insuliny. 164 Kluczowe narzdy dla homeostazy glukozy 1. Wtroba Odpowiada za zagospodarowanie nadmiaru glukozy Na potrzeby wasne (energia i syntezy) Glikogenogeneza -> krtkotrway magazyn Energii Synteza FA i lipogeneza -> dugotrway magazyn energii lipidy przez VLDL trafiaj do tkanki tuszczowej Umoliwia uzupenianie niedoboru glukozy Glikogenoliza Glukoneogenza Wtroba peni funkcj regulatorow dziki: Kreniu wrotnemu jest pierwszym odbiorc zwizkw pokarmowych Transporerowi GLUT 2 jest dwukierunkowy , przez co umoliwia te oddawanie glukozy. Ma niskie powinowactwo , przez co wychwytuje glukoz przy wysokim steniu zapobiega to hiperglikemi i transporter nie konkuruje z GLUT 1 (erytrocyty) czy GLUT 3 (mzg) . Glukokinazie o Specyficzna tylko do glukozy o Niskie powinowactwo o Sigmoildany przebieg reakcji w zalenoci od stenia glukozy o Rozbudowany mechanizm regulacyjny Glukozo 6 fosfataz ie o Umoliwia uwalnianie glukozy z wtroby dzikie defosforylacji glukozo 6 fosforanu. o Glukoneogeneza i glikogenoliza Obecnoci wielu receptorw dla hormonw o Insuliny o Katecholamin, kortyzolu i hormonw tarczycy o GLP 1 (peptyd glukagonopodobny) o IGF (insulinopodobny czynnik wzrostu o GH o Leptyny o Prolaktyny Zdolnoci do syntezy VLDL eksport nadwyki glukozy w formie TAG 2. Trzustka Insulina o Produkowana przez komrki o Jest hormonem anabolicznym o Obnia glikemi poprzez bezporednie dziaanie na poziomie ekspresji i aktywnoci Biaek i porednio przez hamowanie wydzielania glukagonu 165 o Stymuluje: glikogenogenez, syntez FA de novo, lipogenez, cykl pentozofosforanowy, wychwyt glukozy i glikoliz Glukagon o Produkowany przez komrki o Jest hormonem anabolicznym o Podnosi glikemi poprzez bezporednie dziaanie na poziomie ekspresji i aktywnoci Biaek i porednio przez hamowanie wydzielania insuliny o Zwiksza stenie glukozy we krwi poprzez mechanizmy: glikogenolizy, lipolizy, oksydacji FA, glukoneogenzy 3. Minie i tkanka tuszczowa Dua dynamika wychwytu glukozy Maj transporter GLUT 4 zaleny od insuliny Wysokie moliwoci zuycia lub zmagazynowania glukozy Nie konkuruj z tkanki glukozo zalenymi przy niskim steniu glukoz y Maj rne rda Energii (glukoza nawet nie jest preferowanym paliwem) Nie oddaj glukozy Oddaj wtrobie substraty do glukoneogenzy o Mleczan, alanina i inne aa glikogenne (minie) o Glicerol (tkanka tuszczowa) Kluczowe hormony dla homeostazy glukozy: Insulina Obnia glikemi przez : stymulacj lip ogenezy (poprzez SREBP1c) , o Stymulacj glikogenogenezy oraz o Hamowanie glukoagonu przez co w efekcie hamowana jest glikogenoliz a i glukoneogeneza Regulacja o Dodatnia: Wysokie stenie glukozy GLP 1 (wzrost cAMP) Prolaktyna Estradiol FFA Stnie aa (np. Gln + Leu) o Ujemna: Niskie stenie glukozy Glukagon Katecholaminy Kortyzol GH i IGF (obnienie cAMP) Leptyna (obnienie cAMP) Infekcja organizmu 166 Regulacja insuliny zachodzi poprzez dezaktywacj/ aktywacj receptora insulinowego: Dodatnia aktywacja IR poprzez ufosforylowanie tyrozyny Ujemna inaktywacja IR poprzez ufosforylowanie seryny Glukoza jako modulator insuliny: Stymuluje syntez insuliny: o Zwiksza transkrypcj pre pro insuliny za porednictwem CREB (aktywny jest ufosforylowany o Zwiksza czas ycia mRNA o Przyspiesza translacj Stymuluje wydzielanie insuliny (GSIS Sekrecja insuliny stymulowana glukoz) : Odlege produkty przemian glukozy stymuluj wydzielanie insuliny (stymuluj zamknicie kanaw K+ komrek trzustki) : ATP NADPH Malonylo CoA Glutaminian Insulina jest przechowywana w formie nieaktywnych heksamerw. S one wydzielane w kreniu rozpadaj si do dimerw i monomerw . Monomery s form aktywn .167 Dojrzewanie insuliny: Synteza insuliny zalena od CREB CREB jest aktywowany przez kinazy serynowe: PKA, PKB, PKC CaMK II i CaMKIV MAPK Ufosforylowany CREB wie si z koaktywatorem (CREB BP) . Efekt dziaania CREB zaley od: Czynnika indukujcego odpowied Budowy CRE (sekwencja DNA, z ktr wie si CREB) Stopie metylacji CRE Odlego CRE od miejsca inicjacji trkanskrypcji CREB umoliwia ekspresj przeciwstawnych biaek w odpowiednim czasie: Insuliny / glukagonu PEPCK, PC , glukozo 6 fosfataza / heksokinaza *PEPCK = karbkosylaza fosfoenolopirogronianowa , PC karboksylaza pirogrionianowa Wydzielanie Insuliny zalene od ex Ca2+ Napyw Ca2 + wynika z zamknicia kanaw potasowych, de polaryzacji bony oraz otwarcia kanaw wapniowych . Zamknicie kanaw wynika ze wzrostu stenia: ATP Malonylo CoA -> hamowanie CPT I (palmitoilo transferaza karnitynowa I) ; acylacja Biaek Glutaminian > cykl Krebsa > ATP NADPH > synteza H2O 2 > zamykanie kanaw K+ 168 ATP i FA s potrzebne do przemieszczania si pcherzykw z prekursorami insuliny oraz egozcy tozy pcherzykw z insulin (GSV) . GH i IGF 1 GH (hormon wzrostu) styumyluje syntez IGF 1, syntetyzowanego gwnie w wtrobie. Dziaanie IG F 1: Hipoglikemizujce Zwiksza insulinowrazliwo Hamuje syntez i wydzielanie insuliny! Zbyt niskie lub zbyt wysokie steznie IGF 1 prowadzi do h iperinsulinemii oraz wyksztacenia insulinoopornoci! Insulina stymuluje wydzielanie IGF 1. IGF 1 na zasadzie sprzenia zwrotnego ujemnego hamuje wydzielanie insuliny. Leptyna Jest hormonem sytoci i adipocytkoin produkowana przez adipocyty (gwnie depozyt podskrny =SAT). Jej stenie jest proporcjonalne do zawarto ci TAG w WAT (biaa tkanka tuszczowa). Odzdzia u je z receptorami LEPR -> przekracza barier krew mzg i dziaa na podwzgrze : Hamuje gd Podkrca metabolizm Podnosi temperatur Hamuje syntez i wydzielanie insuliny Zarwno niedobr jak i nadmiar leptyny powoduj insulinooporno i otyo! Za to odpowiada leptynooporno , czyli brak efektu dziaania leptyna, nawet przy jej wysokim steniu. Wraliwo na leptyn osabia: Odwodnienie Nadmiar wglowodanw Stres em ocjonalny / depresja Wpyw leptyn na organizm: Korzystny: o Poprawia insulinowraliwo o Zwiksza oksydacj w komrkach nieadipocytarnych 169 o Kontrola masy ciaa Niekorzystny o Charakter prozpalny ( IL 6, TNF , ROS) o Aterogenny (promiadycowy) (VCAM 1 biako adhezyjne) Efekt leptyny na adi pocty: lipoliza (ATGL, HSL) oksydacji (CPT1, PPAR ) termogeneza ( VCP1) rnicowanie WAT do BAT rnicowanie komrek mezenchymalnych do adipocytw lipogeneza (SREBP1, ACC) Efekt leptyn y na ukad immunologiczny: Odporno wrodzona: o cytotok syczno o chemotaksja o fagocytoza o dojrzewanie o apoptoza Odporno nabyta o proliferacja o responsywnoc o produkcja cytokin o interferony o limfocyty Treg Kortyzol Obnia poziom insuliny, zwiksza poziom glukagonu Zwiksza stenie glukozy we krwi (poprzez stymulowanie glikogenolizy i glukoneogenzy) Zwiksza VAT (depozyt trzewny tkanki tuszczowej ) a obnia SAT (depozyt podskrny) Krotkotrwly stres jest niegrony, natomias t chroniczny wywouje: Hiperglikemi Hiper insulinemi > insulinooporno > otyo i cukrzyca Sterydooprono (przestaje dziaa ujemn e sprzenie zwrotne kortyzolu) Prolaktyna (PRL) Kojarzona z funkcjonowaniem gonad i laktacj, ale jest te hormonem stresu (gwnie emocjonalnego). Bierze u dzia w regula cji metabolicznej. Receptory dla PR L s na adipocytach i komrkach trzustki. Skutki nadmiaru i niedobru prolaktyny s podobne: Otyo (gwnie trzewna) Aterogenny profil lipidowy ( LDL, TAG, HDL) Hiperinsulinemi a reaktywna ( insulina po posiku) Nasilony GSIS 170 Insulinooporno Hiperglikemia na czczo Glukagon? Glukagon stymuluje: przez fosforylacj CREB (PKA -cAMP) = ekspresjiHMGA 1> HMGA1 aktywuje ekspresj FoxO1 > kompleks HMGA1 i FoxO1 wie si do DN A > uruchomienie transkrypcji genw docelowych, np.: glukozo -6-fosfataza, biako wice IGF > glukoneogeneza . 4.Wpyw infekcji SARS CoV 2 Infekuje komrki trzustki o Deregulacja homeostazy i metabolizmu glukozy ilo GSV z insulin GSIS Infekcja jako stresor o kortyzol > insulina o katacheolaminy > insulina o Hiperglikemia > insulinooporno Infekuje adipocyty o Adiponektyna (dziaa insulinosensytyzujco > insulino oporno 5.Cukrzyca IFG (Imp aired Fasting Glucose) nieprawidowa glukoza na czczo (110 125 mg/ dL) IGT (Impaires Glucose Tolerance) nieprawidowa tolerancja glukozy IR (Insuline Resista nce) insulinooporno CUKRZYCA TYPU 1 TYPU 2 Insulina Bezwzgldny brak insuliny. Autoimmunizacja przeciwciaa przeciw komrkom trzustki ->ulegaj zniszczeniu Inuslian jest obecna ale komrki obwodowe nie reaguj na ni. Pocztek Ostry Utajony Wykrywanie Kwasica ketonowa Przypadkowe Wiek Dzieci/ modzie Doroli Przeciwciaa TAK NIE Wydzielanie insuliny NIE TAK (spada z czasem) Insulinooporno NIE TAK Leczenie Insulina Leki insulinouwraliwiajce i hipoglikeimizujce/ potem insulina Masa ciaa Spadek Wzrost 171 6.Regulacja glukoneogenzy przez HMGA1 / FoxO1 HMGA1 biako zwizane z chromatyn, reguluje jej struktur i aktywno transkrypcyjn, (rozlunia chromatyn). FoxO1 czynniki transkrypcyjny, czy si z HMGA1, ktry dziaa jako wzmacniacz (enhancesome) Glukagon : Insulina: 172 7.Insulinooporno (IR) Zaburzenie polegajce na niewraliwoci komrk na insulin. W pocztkowym etapie towarzyszy hiperisnulinemia mechanizm kompensacyjny . IR poprzedza rozwj cukrzycy typy 2. Wyrniamy w formy insulinoopornoci: Izolowana dotyczy rnych tajanie insulino responsywncyh Oglnoustrojowa oglne z aburzeni poziomu insuliny do glukozy HOMA IR jest to najpopularniejszy wskanik insulinoopornoci. HOMA IR = glukoza insulina/ 22,5 [mmol/ L] lub glukoza insulina / 405 [mg/ dL] Czynniki powodujce rozwj insulinoopornoci: Stan zapalny DAMPs Stres (emocjonalny, metaboliczny, ER) Nasycone FA i ceramid Nadmiar czynnikw odywczych (przekarmienie) Mechanizm powstawania insulinoopornoci w wtrobie: 173 Skutki IR w wtrobie: 1. NAFLD (niealkoholowe stuszczenie wtroby) 2. Hipertriglicerydemia 3. Hiperlipidemia 4. Stan zapalny 5. Stres oksydacyjny 6. Glikacja 7. NASH (niealkoholowe stuszczeniowe zapalenie wtroby) progresja NAFLD 8. Marsko wtroby Lipotoksyczno Ceramid: Czsteczki lipidowe s zaangaowane w komrkowe procesy ycia i mierci. Ceramid mier (apoptoza) Sfingozyno -1-P ycie 174 8.Leki poprawiajce insulino wraliwo: 1) Glitazony: Leki hipoglikemizujce, uwraliwiajce na insulin Agonici PPAR - (patrz koo 4.7) Tkankowe dziaanie leku: Wtroba: glukoneogeneza Minie: wychwyt glukozy Adipocyty: wychwyt glukozy, lipogeneza Efekt: Spadek stenia glukozy, insuliny i glikowanej hemoglobiny Dodatkowo: zmniejszaj TAG i podnosz HDL Przedstawiciel: Pioglitazon 2) Biguanidy: Leki uwraliwiajce na insulin Mechanizm wielotorowy: aktywacja AMPK mTORC1 Tkankowe dziaanie leku: Wtroba: glukoneogeneza, glikoliza, lipogeneza, wychwyt glukozy Minie: wychwyt glukozy Adipocyty: lipoliza, uwalnianie FFA do krwi Dodatkowe efekty: Hamuje wchanianie glukozy w jelicie Hamuje ChREBP zmniejsza wchanianie fruktozy i fruktoliz Uwraliwia trzustk na hormony i leki inkretynowe (GLP -1) Efekt: Spadek stenia glukozy, insuliny; poprawia profil lipidowy (lipidowy) Przedstawiciel: Metformina 175 3) Hormony i leki inkretynowe: Hormony jelitowe wydzielane w reakcji na spoycie pokarmu: Hormony inkretynowe: GLP -1 (glukagonopodobny peptyd 1) GIP (glukozozaleny peptyd insulinotropowy) Dziaanie: Wydzielanie insuliny zalene od glukozy wydzielania glukagonu apetytu masy ciaa Insulinooporno Poprawa insulinowraliwoci Receptory: GLP -1 komrki , , OUN, jelita, nerki GIP komrki , tkanka tuszczowa, OUN Hormony inkretynowe rozkadane s przez:Peptydaz dipeptydylow 4 (DPP4) Leki inkretynowe: 1. Mimetyki (analogi hormonw inkretynowych): Bardziej oporne na DPP4 SEMI, LIRA, DULAGLUTYD 2. Gliptyny (inhibitory DPP4): Inhibitory kompetycyjne Zapobiegaj degradacji GLP -1 i GIP SITAGLIPTYNA 9.Glikacja Proces przyczania cukrw do biaek, lipidw, kwasw nukleinowych. 176 GLIKACJA GLIKOZYLACJA Nieenzymatyczna Enzymatyczna Niezamierzona (niekontrolowane) Celowa (nakad E) Wszdzie ER, AG Patologiczna Fizjologiczna Niefunkcjonalna Funkcjonalna Produkt: AGE Produkt: Glikoproteiny, glikolipidy Powstawanie AGE Reakcja Maillarda: 1. Proces niezwykle zoony i nieprzewidywalny 2. Etapy: Wczesne odwracalne (powstaj produkty Amadoriego) Zaawansowane nieodwracalne Stadium zaawansowane wie si z kocow reakcj Maillarda Procesy podczas syntezy AGE: 1. Utlenianie 2. Dehydratacja 3. Kondensacja 4. Transaminacja 5. Fragmentacja 6. Rearanacja 7. Polimeryzacja Mnemotechnika: UDKaj T FRajerskiej Pizd! Diagnostyka glikacji: W diagnostyce wykorzystuje si produkty Amadoriego jako markery stopnia glikacji: Hemoglobina A1c (HbA1c): Marker kontroli glikemicznej Informuje o urednionym poziomie glukozy z ok. 3 miesicy wstecz Glukoza + N -kocowa walina acucha HbA1c Fruktozamina: Informuje o oglnym poziomie glikacji biaek osocza 177 Kontrola glukozy do 2 3 tygodni wstecz Tworzona w surowicy Czynniki glikujce: Reaktywno monosacharydw: Pentozy > heksozy > disacharydy Reaktywno heksoz: fruktoza > galaktoza > mannoza > glukoza Do Glikacji jest potrzebna forma liniowa cukru: Glukoza 0,002% w formie liniowej Fruktoza 0,7% w formie liniowej Czynniki glikujce: Monosacharydy Reaktywne dikarbonyle! Aldehydy Kwasy askorbinowy - wit. C Reaktywne dikarbonyle: 200 50 000 razy aktywniejsze ni glukoza. Indukuj stres dikarbonylowy. Nale do nich: Glioksal, Metylglioksal, 3 -Deoksyglukozon. Reaktywne dikarbonyle powstaj poprzez: Peroksydacj lipidw Autooksydacj glukozy Intermediaty redukcji Maillarda Intermediaty glikolizy Ciaa ketonowe Fruktoz Reaktywne dikarbonyle glikuj biaka, tworzc hydroimidazolony . Hydroimidazolony to najliczniejsze AGE, ktre dimeryzuj do: 178 GOLD glikowane glioksal MOLD glikowane metylglioksal DOLD glikowane 3 -deoksyglukoza Lizyna, Arginina i Cysteina to najczciej glikowane aminokwasy. Oprcz biaek Glikacji ulegaj zasady guanylowe (DNA, RNA) i Fosfolipidy Ochrona przed glikacj: Gwny system ochrony = System glioksalaz Formy ochrony: 1. Supresja - Zapobieganie tworzenia adduktw (NADPH, glutation) 2. Naprawa - Usuwanie miejsc wczesnej glikacji (ATP generuje HO) Enzymatyczna ochrona przed glikacj: Wymaga ATP Wymaga NADPH Wymaga glutationu Generuje HO Konsekwencje glikacji: Na poziomie molekularnym: Zwikszony adunek ujemny Zmiany konformacji Ze fadowanie biaek agregacja amyloid Na poziomie komrki/organizmu: Stan zapalny Stres oksydacyjny (AGE indukuj peroksydacj lipidw) Utrata funkcji biaek Akumulacja AGE cytotoksyczno 179 Mutacje (AGE s mutagenne) AG mog by wyapywane przez receptory AGE: RAGE (scavenger) - Efekt negatywny (wymienione powyej) AGE -R1 - Efekt pozytywny (usuwanie AGE z krenia) Egzogenne AGE: Sucha obrbka termiczna przyspiesza powstawanie AGE w jedzeniu 100x wicej AGE Chrupica skrka to wanie wynik glikacji ywno odzwierzca, bogata w biako i tuszcze zawiera duo AGE Zmniejszajc czas i temperatur obrbki termicznej, ograniczamy AGE Gotowanie i duszenie zamiast smaenia jest korzystniejsze zdrowotnie. Spoyte egzogenne AGE dziaaj, tak jak te endogenne 10.Metabolizm fruktozy: Fruktoza jest dostarczana z diety. Wchaniana w dwunastnicy i jelicie cienkim (GLUT5). Transportowana do krwi przez GLUT2 i GLUT5. Metabolizowana w wtrobie, nerkach i jelicie cienkim. Gwne przemiany: Cakowite utlenienie Konwersja do glukozy Synteza mleczanu Synteza glikogenu Synteza glicerolu i FA Fruktoliza: 180 Fruktokinaza (niska Km dla fruktozy wysoka powinowactwo) Enzymy specyficzne dla fruktolizy: 1. Fruktokinaza 2. Aldolaza B 3. Kinaza triozowa Aldehyd glicerynowy: Ulega fosforylacji do aldehydu -3-P-glicerynowego( Kinaza triozowa). Redukowany do glicerolu przez dehydrogenaz alkoholow. Powstay glicerol moe by fosforylowany do glicerolo -3-P przez kinaz glicerolow. Fosfodihydroksyaceton: Intermediat glikolizy. Redukowany do glicerolo -3-P przez dehydrogenaz aldehydu -3-P-glicerynowego. Fruktozo -1-P: Pozytywny regulator glukokinazy! 181 Zwiksza dostpno GKRP (wychwyt glukozy przez wtrob). Fruktoza moe by przeksztacana przez heksokinaz/fruktozo -6-P i trafia do szlaku glikolizy. Fruktoza aktywuje ChREBP: Fruktokinaza Aldolaza B Kinaza triozowa GLUT5 Efekt: nasilenie fruktolizy ChREBP jest te stymulowany glukoz (patrz koo 57). Nadpoda fruktozy: Wchanianie do komrki nie jest regulowane (regulowane tylko dostpnoci). Rosnca fosforylacja zuycie ATP AMP kwas moczowy. Sabsza regulacja hormonalna (fruktoza nie wpywa na insulin). Metabolizm fruktozy jest szybszy ni glukozy. Brak regulacji poprzez PFK2/FBP2 na reakcj PFK1. Konsekwencje nadpoday fruktozy: 1) Zesp Jelita Nadwraliwego: Nieresorbowana fruktoza jest fermentowana przez bakterie jelitowe. Efekt: wzdcia, ble brzucha, biegunki. 2) Dysbioza + Przepuszczalno bariery jelitowej: Niekorzystne zmiany mikrobiomu jelitowego. Fruktoza zmniejsza ekspresj biaek pocze zamykajcych. Efekt: translokacja bakterii jelitowych z bota. 182 3) Stan zapalny + Stres oksydacyjny: Do krwiobiegu dostaj si metabolity i endotoksyny bakterii: o Lipopolisacharyd (LPS): Aktywacja receptora TLR -4 (receptor Toll -podobny 4): Aktywacja NFB stan zapalny. Aktywacja inflamasomu NLRP3. Efekt: stan zapalny w wtrobie, sercu, nerkach. o Trimetyloamina (TMA): Metabolit bakterii, utleniany w wtrobie przez enzym FMO3 (monooksygenaza) do N - tlenku trimetyloaminy (TMAO). N -tlenek trimetyloaminy (TMAO): CD36 na makrofagach kumulacja kwasw tuszczowych. Miofibryza duplikacja mioblastw. Leukocyty cytokiny stan zapalny. Eliminacja cholesterolu z ci. TICE (Transport Intestinal Cholesterol Efflux). Odwrotny transport cholesterolu: Efekt: patologiczny remodeling naczy. Wknienie - przewleka choroba nerek. 4) Kwasica mleczanowa: Zuycie ATP na fosforylacj fruktozy promuje glikoliz beztlenow mleczan. 5) Niealkoholowe stuszczenie wtroby (NAFLD): Glicerol synteza TAG. Synteza FA. 183 Glikacja (fruktoza jest silniejszym czynnikiem glikujcym ni glukoza). Stan zapalny + stres oksydacyjny (patrz punkt 3.7). 6) Hipertriglicerydemia: Synteza TAG VLDL. 7) Hipoglikemia: Spadek syntezy ATP w wtrobie i nerkach powoduje zachamowanie glukoneogenezy. 8) Otyo Wisceralna: 9) Insulinooporno (IR): Przyczyny: FA (wolne kwasy tuszczowe) Stres oksydacyjny i ER kwas moczowy >Tworzenie ROS (reaktywne formy tlenu) Stan zapalny Efekt: Modyfikacja receptora insulinowego lub jego substratw (IRS). 10) Hiperurykemia: Mechanizm: Zuycie ATP AMP rozkad kwas moczowy. Dysfunkcja nerek zaburzenie wydalania kwasu moczowego. Kwas moczowy: DAMPs stan zapalny. Antyoksydant (dziaanie korzystne). Przy jego syntezie powstaj: HO (nadtlenek wodoru). Anionorodnik ponadtlenkowy (superoksyd). Efekt: stres oksydacyjny. 184 Oksydaza ksantynowa (XO): Leki: Allopurynol, Febuksostat inhibitory XO, stosowane na dn moczanow, hamuj powstawanie kwasu moczowego. Konsekwencje: Hiperurykemia powoduje odkadanie si krysztaw kwasu moczowego dna moczanowa. 11) Dysfunkcja rdbonka: NOS NO. Endotelina -1 (wazokonstryktor). Stan zapalny + stres oksydacyjny. Glikacja. 12) Nadcinienie: Hiperurykemia (ukad renina -angiotensyna). Dysfunkcja rdbonka. Nadmiar soli ( wydalanie). Endotelina -1. Angiotensyna II i jej receptor AT1. Leczenie: Kaptopryl , fozynopryl inhibitory konwertazy angiotensyny (ACE). Losartan antagonista AT1 (blokuje reakcje sygnaowe). Bloki enzymatyczne fruktolizy: 1) Blok Fruktokinazy = Fruktozuria: Stan agodny. Fruktoza gromadzi si w moczu. 2) Blok Aldolazy B = Wrodzona Nietolerancja Fruktozy: Stan ciki konieczno wyeliminowania fruktozy z diety. 185 Obraz klincziny :Hipoglikemia, Wymioty, Hiperurykemia, Kwasica mleczanowa, Dysfunkcja nerek, Hepatomegalia. Fruktoza a tkanka tuszczowa: Rnicowanie do adipocytw czynnik adipogenny. GLUT5 na adipocytach pobr fruktozy. Cykl pentozofosforanowy NADPH (potrzebne dla 11 -HSD1). 11 -HSD1 (dehydrogenaza 11 hydroksysteroidowa) Wzrost kortyzolu jest wewntrzkomrkowy i nie musi naladowa wzrostu stenia kortyzolu we krwi.Pacjent moe mie prawidowe stenie kortyzolu we krwi, ale wykazywa:Dysfunkcj tkanki tuszczowej i wynikajce z niej zaburzenia metaboliczne. Metabolizm fruktozy przez adipocyt (nadwyki niewykorzystanej przez wtrob) Rnice w metabolizmie fruktozy przez wtrob i adipocyty: 1. Transportery: GLUT4 (wtroba). GLUT5 (adipocyty). 2. Enzym fosforylujcy: Fruktokinaza (wtroba). Heksokinaza (adipocyty). 3. Produkt fosforylacji: Fruktozo -1-P (wtroba). Fruktozo -6-P (adipocyty). Kluczowa rnica: To wanie Fruktozo -6-P promuje konwersj kortyzonu do kortyzolu 186 11.Konsekwencje indukcji aktywnego kortyzolu w wtrobie i adipocytach (HIPERURYKEMIA) 1) Syntezy kwasu moczowego: Wzrost puli puryn egzogennych: 187 Dieta (piwo, podroby, ledzie, makrela, sardynki). Leki (pochodne puryn, np. nelarabina). Wzrost puli puryn endogennych: Chemo - i radioterapia. Uszkodzenie DNA mier komrek: Guzy nowotworowe. Martwice. Wzrost degradacji puryn: Fruktoza. Etanol. Witamina B. 2) wychwytu kwasu moczowego przez nerki Transportery OAT 1 3 (antyporeter) i OAT 2 (uniporeter) w bonie bazolateralnej komrek kanalikowych umoliwiaj napyw kwasu moczowego do ww. Komrek z krwi. Lek (diuretyki)i hamujce transportery: OAT1 3: Furosemid, spironolakton, aspiryna(nisze dawki). OAT2: Furosemid, kwas pyrazynowy. 3) Wydalania: Transportery: MRP4 (uniporter). NPT1 oraz (uniportery). Zlokalizowane s w bonie apikalnej komrek kanalika krtego. Umoliwiaj wypyw UA (kwasu moczowego) z komrek kanalika do wiata kanalika. Inhibitory MRP4 / NPT1 / NPT4: Etanol (poprzez mleczan). Aspiryna. Piroksykam (lek przeciwzapalny). 188 Witamina B. Mleczan. Diuretyki: MRP4: Furosemid, tiazydy. NPT1/4: Furosemid, tiazydy. 4) Resorpcji: Transportery: URAT1 (antyport), OAT4 (antyport), OAT10 (uniport). Zlokalizowane w bonie apikalnej komrek kanalika krtego. Umoliwiaj wychwyt UA (kwasu moczowego) ze wiata kanalika do komrek kanalika. Stymulatory URAT1 / OAT4 / OAT10: URAT1: Aspiryna (niskie dawki). OAT4: Tarasemid, mleczan. OAT10: Aktywacja: Witamina B, cyklosporyna. Transaktywacja: Furosemid, mleczan. Fruktoza stymuluje resorpcj UA! Skutki hiperurykemii: 1) Krystalizacja kwasu moczowego: Krysztay UA to DAMPs: Powoduj stan zapalny. Wywouj stres oksydacyjny. Krysztay tworz si szybciej w niskiej temperaturze: cigna . Wizada. 189 Chrzstki. Efekt: Dna moczanowa. 2) Nadcinienie: Nefropatia moczanowa uszkodzenie nerek nadcinienie. Nadcinienie powoduje zmniejszenie przesczania w nerkach, co prowadzi do wzrostu hiperurykemii. 3) Dysfunkcja rdbonka: Rozprzganie eNOS rdbonka prozapalnego. Synteza UA powoduje HO stres oksydacyjny. Hamuje wazodylatacj. 4) Otyo: Powizana z: Insulinoopornoci. UA indukuje lipogenez de novo. UA promuje hipertrofi adipocytw. Adipocyty prozapalnie syntetyzuj UA nasila hiperurykemi. Inne skutki: 5. Insulinooporno. 6. Cukrzyca typu 2. 7. Kolica nerkowa. 8. Stuszczenie oraz marsko wtroby. 190 Jak fruktoza, ksylitol i etanol prowadz do hiperurykemii? Fruktoza i kryszta s fosforylowane zuycie ATP wzrost AMP degradacja AMP kwas moczowy. Leczenie hiperurykemii: 1) Inhibitory oksydazy ksantynowej (synteza UA): Allopurynol. Febuksostat. 2) Leki na napad dny moczanowej: Kolchicyna. Niesteroidowe leki przeciwzapalne. Glikokortykosteroidy. 191 Kanakinumab (przeciwciao monoklonalne). > Ostateczno: Kanakinumab to przeciwciao monoklonalne przeciwko interleukinie -1. 12.Zaburzenia metabolizmu lipidw Otyo Typy tkanki tuszczowej: 1. WAT biaa/ta. 2. BAT brzowa/brunatna. Tkanka tuszczowa: Miejsce dedykowane gromadzeniu tuszczu. Inne organy maj niewielkie zapasy lipidw (zwykle do 10% masy). Ektopowy rozkad tuszczu = patologia. Ektopowy rozkad tuszczu: Polega na wypenianiu si komrek rnorodnymi kroplami lipidowymi w wyniku przekroczenia limitu zdolnoci gromadzenia tkanki tuszczowej. Organizacja tkanki tuszczowej - rozproszona jako zorganizowana w depozyty: SAT depozyt podskrny (mniej szkodliwy). VAT depozyt trzewny (szkodliwy). Plastyczno tkanki tuszczowej: 1. Transrnicowanie: Adipocyt adipocyt/adipocyt inny typ komrki. 2. Zmiany objtoci: Zalene od stanu odywienia. 3. Dwa typy wzrostu: Hiperplastyczny: liczba adipocytw. Hipertroficzny: (patologiczny) rozmiar adipocytw. 4. Zdolno regeneracyjna. 192 Brunatnienie WAT (tkanki tuszczowej biaej): Czynniki stymulujce brunatnienie: Zimno. Wysiek fizyczny. Aktywacja wspczulnego ukadu nerwowego. Wyniszczenie organizmu (np. przy anoreksji). Rozlege oparzenia. Leki: Glitazony. Agonici receptorw 3 -adrenergicznych. Rozrost tkanki tuszczowej: Hiperplastyczny ( liczba adipocytw): Hipertroficzny ( rozmiar adipocytw, patologiczny): Adiponektyna Adiponektyna, Leptyna. Cytokiny prozapalne Cytokiny prozapalne stan zapalny. Uwolnienie FFA do krwi Insulinowraliwo insulinooporno. Insulinowraliwo Przepyw krwi Hipoksja. Dominuje w warunkach prawidowych/ fizjologicznych. Dominuje w otyoci. Rozrost tkanki tuszczowej chroni przed ektopowym rozkadem tuszczu. 193 Typy otyoci: Metabolicznie Zdrowa (MHO): Metabolicznie Niezdrowa (MUO): Dominacja hiperplazji Dominacja hipertrofii Masa ciaa Masa ciaa Insulinowraliwo Insulinooporno Brak stanu zapalnego Stan zapalny Adipocyty funkcjonalne metabolicznie Adipocyty trac funkcjonalno SAT (tkanka podskrna VAT (tkanka trzewna) Wydajne magazynowanie tuszczu Ektopowy rozkad tuszczu Ektopowy rozkad tuszczu to odkadanie si tkanki tuszczowej w nietypowych miejscach poza jej naturalnymi depozytami To nie masa ciaa przy BMI, a otyo metaboliczna jest czynnikiem reagujcym na zaburzenia metaboliczne! Rozrost hipertroficzny a insulinooporno: 1) Prawidowe adipocyty maj uporzdkowan struktur filamentw aktynowych: Moliwa translokacja pcherzykw z GLUT4. Prawidowe pozycjonowanie GLUT4 na bonie. Adipocyty pozostaj insulinowraliwe. 2) Hipertroficzne adipocyty maj zaburzon struktur filamentw aktynowych. Utrudniona translokacja i pozycjonowanie GLUT4. Adipocyty staj si insulinooporne. Rozrost hipertroficzny wie si z zaburzeniem struktury cytoszkieletu, co przyczynia si do rozwoju insulinoopornoci przez nieprawidowe pozycjonowanie transporterw glukozy GLUT4. 194 Tkanka tuszczowa a rwnowaga immunologiczna: Funkcja sekrecyjna tkanki tuszczowej: Sekretom adipocytw: 1. Cytokiny: IL -6, TNF. 2. Chemokiny: MCP -1. 3. Czynniki wzrostu: IGF -1, HGF, VEGFA, TGF. 4. Hormony: Leptyna. Adiponektyna. ANGPTL4. Estrogeny. Rezystyna. 5. Inne zwizki: LPL, CETP, FABP, ApoE. 195 Czynniki krzepnicia (TF) i angiostatyczne. SAA, katepsyny. Adiponektyna (GOOD GUY) Hormon biakowy (244 aa). Dziaanie: Przeciwzapalne. Przeciwmiadycowe. Poprawia insulinooporno. Indukuje utrat masy ciaa. Cytoprotekcyjne. Silniej ekspresjonowana w SAT ni VAT. Jej ekspresja zanika w adipocytach hipertroficznych, co zmniejsza jej ekspresj w wyniku: Otyoci i innych zaburze metabolicznych. Cytokin prozapalnych. Leptyny. Kortyzolu, prolaktyny, testosteronu. Czynniki zwikszajce jej ekspresj: Metformina. Glitazony. Receptory dla adiponektyny: 1. AdipoR1: Znajduje si w: rdbonku. Trzustce. 196 Miniach szkieletowych i sercu. Nerki, ledziona, wtroba. 2. AdipoR2 (dziaa poprzez aktywacj PPAR.) Znajduje si w: Wtrobie. Dziaanie adiponektyny na rne narzdy: 1) rdbonek: eNOS NO. Apoptoza i stres oksydacyjny. Aktywacja rdbonka. 2) Trzustka: Insulina. komrek . 3) Serce i minie: Wychwyt FA i glukozy. Insulinowraliwo (cinienie). Stan zapalny i stres oksydacyjny. Wknienie i apoptoza. 4) Wtroba: Kinaza AMPK: Glukoneogeneza. Glikogenoliza. Efekt: Glukoza. 197 Stan zapalny. Wknienie i stuszczenie. Synteza FA i TAG. 5) Makrofagi i leukocyty: Aktywacja. Komrki piankowate. Polaryzacja makrofagw: M1 M2 (niezapalne). Funkcja sekrecyjna BAT: Sekretom BAT: 1. Batokiny (biaka, peptydy): IL -6. FGF -21. 2. Lipokiny (lipidy): 12,13 -diHOME (wydzielane przy wysiku i zimnie). 12 -HEPE (wydzielane przy zimnie i katecholaminach). 3. Inne mediatory: np. mikroRNA. Wpyw BAT na rne narzdy: Wtroba: Glukoneogeneza (IL -6). Synteza FGF -21 (mikroRNA). Stan zapalny. Minie: Wychwyt i -oksydacja FFA (12,13 -diHOME). Wychwyt glukozy (12 -HEPE). 198 Serce: Oddychanie tlenowe kardiomiocytw (12,13 -diHOME). Remodeling serca (FGF -21). WAT (tkanka tuszczowa biaa): Indukuje brunatnienie poprzez FGF -21. BAT chroni przed chorobami kardiometabolicznymi! Lipotoksyczno: Odkadanie kropel tuszczu w komrkach niededykowanych do przechowywania tuszczu (ektopow rozkad tuszczu). Synteza wtrnych produktw modyfikujcych szlaki sygnaowe: Ceramid. DAG. Mechanizmy: Indukcja stanu zapalnego (poprzez ceramid i DAG). Indukcja apoptozy (poprzez ceramid). Dziaanie ceramidw: Insulinowraliwo. Leptynowraliwo. Stan zapalny. Apoptoza. Stres oksydacyjny. Aterogenno miadyca. Adiponektyna oraz leptyna hamuj powstawanie ceramidw. NAFLD/MAFLD: 199 Definicje: NAFLD: Niealkoholowe stuszczenie wtroby. MAFLD: Stuszczenie wtroby z dysfunkcj metaboliczn. NAFLD (nazwa stara) > MAFLD (nazwa nowa). Charakterystyka: MAFLD dotyka 1/4 populacji. Brak zatwierdzonego leczenia. Choroba wieloczynnikowa: Wiek. Pe. Pochodzenie. Dieta. Stan hormonalny. Polimorfizmy genetyczne Alkohol. Rnice midzy NAFLD a MAFLD: NAFLD: MAFLD: Diagnoza na podstawie wykluczenia innych chorb Diagnoza inkluzyjna na podstawie obecnych biomarkerw Brak wymogu istnienia dysfunkcji metabolicznej Wymaga dysfunkcji metabolicznej Samoistne schorzenie (nie obejmuje innych chorb) Obejmuje inne choroby wspistnienie schorze Wyklucza intensywne pijcych Niezalena od poziomu spoycia alkoholu Wymaga biopsji do potwierdzenia Nie wymaga biopsji wtroby Zmiana nazewnictwa zmieniaa te kryteria diagnostyczne. Stuszczenie wtroby: Adipocyty: Napyw / synteza FA przekracza moliwoci wtroby. Do 10% masy wtroby jest to bezpieczne. Powyej 10% lipotoksyczno. rda tuszczu w wtrobie: 1. Hydroliza wasnych TAG. 2. Pobrane z krwi: 200 Uwalniane przez tkank tuszczow. Chylomikrony. TAG z LDL, IDL, resztkowych VLDL. 3. Synteza de novo: Gwnie z cukrw: Fruktoza niekontrolowana lipogeneza. Ewentualnie z aminokwasw. Losy tuszczu w wtrobie: 1) -oksydacja: E (energia). Acetylo -CoA. 2) Synteza TAG: Przechowywane w wtrobie. Wysyane na obwd. 3) Synteza zwizkw lipotoksycznych (gdy nadmiar): Insulinooporno. Stres oksydacyjny i ER. Stan zapalny. Apoptoza nekroza. Wknienie. Wpyw mikrobiomu na progresj choroby: Zwizki przeciwzapalne: SCFA (octan, propionian, malan). Zwizki prozapalne: 201 LPS. Mleczan hiperurykemia. Etanol hiperurykemia. TMAO: Zwrotny transport CHOL. Zmiany w syntezie kw. ciowych. Stan zapalny i Komrki piankowate. 202 # 8. Energetyka Komrki # ATP: syntezy transport skurcz ruch komunikacja wydalanie uk. immunologiczny neurotransmisja 1 mol ATP = 0,5 kg 1 mol ATP = 7,3 kcal Czowiek zuywa: w spoczynku: 40 -65 kg/dob przy wysiku: 0,5 kg(mol)/min Glutaminian to jedyny aa, ktry przechodzi oksydacyjn deaminacj! Reszta gwnie transaminacj! 203 # Transport Pirogronianu do mitochondrium: 1. Przez bon zewntrzn VDAC 2. Przez bon wewntrzn MPC # VDAC: Kana jonowy kontrolowany napiciem Bona zewntrzna jest przepuszczalna dziki VDAC! VDAC transportuje: Do mitochondrium: Pirogronian ADP + Pi Do cytoplazmy: Cytrynian (do syntezy FA, cholesterolu, KB) ATP Przy prawidowym metabolizmie VDAC jest zawsze otwarty! Jeli co jest nie tak, VDAC si zamyka, chronic wntrze mitochondrium (przejcie komrki na glikoliz beztlenow). Czynniki zamykajce VDAC: Wczesna apoptoza (proapoptotyczny tBid) Stany hipoksji np. sepsa ROS, NADH, cytokiny prozapalne) Etanol cytotoksyczno (ROS, cytokiny prozapalne) Kom. nowotworowe (heksokinaza II zamyka glikoliza beztlenowa) 204 # MPC: Mitochondrialny przenonik pirogronianu. Aktywny w formie heterodimeru (MPC1 + MPC2). Wany PUNKT REGULATOROWY metabolizmu komrki. czy metabolizm glukozy z fosforylacj oksydacyjn Symporter pirogronianu z H Cel terapii molekularnej w: cukrzycy typu II, MAFLD i NASH, nowotworach, chorobach neurodegeracyjnych Triumwirat kontrolujcy metabolizm pirogronianu w mitochondrium MPC + PC + PDH MPC Mitochondrialny przenonik pirogronianu. PC Karboksylaza pirogronianowa. PDH Dehydrogenaza pirogronianowa. # Regulacja MPC: (+) Aktywujce: (+) Otyo (+) PGC -1 (koaktywator PPAR), (+) ERR (receptor zwizany z estrogenem). (-) Hamujce: (-) ACETYLACJA! (-) Biako PUMA hamuje tworzenie heterodimeru (-) Pioglitazon (hamuje PPAR). (-) Wiele lekw (MPC jako cel terapii). Wpyw inhibicji MPC na wtrob: glukoneogeneza cykl Krebsa stan zapalny wknienie komrki gwiadziste Korzystny efekt przy cukrzycy, MAFLD, NASH i otyoci. Wpyw inhibicji MPC na ukad immunologiczny: 205 Polaryzacja makrofagw w kierunku M1. M1 prozapalne, przeciwnowotworowe korzystne przy nowotworach. M2 przeciwzapalne, pronowotworowe korzystne przy gojeniu ran. aktywacja limfocytw T z CD4 i CD8 Rnicowanie przeciwnowotworowych limfocytw T. Efektorowe funkcje limf. T (MPC powoduje, e nie mog przej do dziaania). ywotno kom. plazmatycznych pami immunologiczna. Wpyw inhibicji MPC na kom. nowotworowe: Umoliwia przetrwanie. Promuje cechy komrek macierzystych. Przyspiesza wzrost guza. Sprzyja degradacji macierzy zewntrzkomrkowej. Zwiksza biosyntez. Oglnie to nowotwory lubi jak MPC si wyjebie na swoj robot. Losy pirogronianu w mitochondrium: Reakcje: 1. W wyniku dziaania karboksylazy pirogronianowej (PC) powstaje szczawiooctan na drodze karboksylacji: Znaczenie: Reakcja glukoneogenezy (hepatocyty) [pirogronian PEP] Reakcja anaplerotyczna cyklu Krebsa. 2. W wyniku dziaania dehydrogenazy pirogronianowej (PDH) powstaje acetylo -CoA na drodze dekarboksylacji. Reakcja ta jest nazywana REAKCJ POMOSTOW , ktra czy glikoliz z cyklem Krebsa. # Regulacja PC i PDH: PC i PDH dziaaj antagonistycznie! PC promuje anabolizm. PDH promuje katabolizm To co stymuluje PC, hamuje PDH i odwrotnie PC jest stymulowane bezporednio PDH jest aktywowane na drodze DEfosforylacji przez fosfataz PDP1 i hamowane przez fosforylacj przez kinazy PDK (regulator PDH) 206 PC jest aktywowane przez: Dobry stan energetyczny: (+) Acetylo -CoA (+) ATP (+) NADH (+) Cukrzyc (+) Nowotwory Wniosek: Dobry stan energetyczny komrki (ATP, acetylo -CoA, NADH) aktywuje PC oraz hamuje PDH poprzez aktywacj PDK i fosforylacj PDH ANABOLIZM. Saby stan energetyczny (ADP, pirogronian, NAD , koenzym A) oraz jony Ca hamuj PC i aktywuj PDH poprzez hamowanie PDK oraz defosforylacj PDH KATABOLIZM. # Kompleks PDH (bardzo lubi o to pyta) PDH to tak naprawd nie jest pojedynczy enzym, ale ogromny kompleks skadajcy si z 3 enzymw: 1. E Dehydrogenaza pirogronianowa: Kofaktor: pirofosforan tiaminy TPP ( it. B). Funkcja: oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu. 2. E Transacetylaza dihydrolipoilu: Kofaktor: liponian + CoA. Funkcja: transfer grupy acetylowej z TPP na liponian, a potem na CoA. 3. E Dehydrogenaza dihydrolipoilu: Kofaktor: FAD + NAD .207 Funkcja: regeneracja zredukowanego liponanu. # Cykl Krebsa Reakcje cyklu Krebsa: 1. Acetylo -CoA Cytrynian 2. Cytrynian Izocytrynian Enzym: Akonitoza 3. Izocytrynian -Ketoglutaran Enzym: Dehydrogenaza izocytrynianowa 4. -Ketoglutaran Bursztynylo -CoA Enzym: Dehydrogenaza -ketoglutaranowa 5. Bursztynylo -CoA Bursztynian Enzym: Tiokinaza bursztynianowa Jedyna reakcja fosforylacji substratowej cyklu Krebsa! 6. Bursztynian Fumaran Enzym: Dehydrogenaza bursztynianowa 7. Fumaran Jabczan Enzym: Fumaraza 8. Jabczan Szczawiooctan Enzym: Dehydrogenaza jabczanowa: 208 # Reakcje Anaplerotyczne uzupeniajce cyklu Krebsa Anapleroza polega na uzupenianiu metabolitw cyklu, ktre wykorzystywane s do syntez (FA, KB, steroli, glukozy itd.). # Intermediaty cyklu Krebsa: 1. Cytrynian Cytrynian jest form, ktra umoliwia przerzucenie acetylo -CoA przez bony mitochondrium! W cytozolu acetylo -CoA jest wykorzystywany do: syntezy FA, syntezy KB, Syntezy cholesterolu. 2. -Ketoglutaran -Ketoglutaran Glu, Gln, Pro, Arg, His 3. Bursztynylo -CoA Bursztynylo -CoA Ile, Met, Val Bursztynylo -CoA porfiryny (synteza hemu) PROPIONIAN bursztynylo -CoA Propionian produkt -oksydacji nieparzystych kw. Tuszczowych 4. Jabczan Glukoneogeneza (intermediat szczawiooctan PEP). 5. Szczawiooctan Szczawiooctan Asp, Asn, jabczan 6. Pirogronian Pirogronian Ala, Cys, Gli, Ser, Thr 209 Gdy dane aminokwasy s potrzebne do syntezy biaek lub nukleotydw, wtedy uzyskuje si je z intermediatw cyklu Krebsa: Szczawiooctan Asp, Asn synteza nukleotydw Reszta inne aminokwasy synteza biaek # Enzymy Regulatorowe Cyklu Krebsa: 1. Syntaza cytrynianowa Aktywatory (+): (+) ADP (+) Ca Inhibitory ( -): (-) ATP (-) NADH (-) Cytrynian (-) Bursztynylo -CoA (-) Dugoacuchowe acylo -CoA 2. Dehydrogenaza izocytrynianowa Aktywatory (+): (+) ADP (+) Ca (+) NAD Inhibitory ( -): (-) ATP (-) NADH 3. Dehydrogenaza -ketoglutaranowa Aktywatory (+): (+) Ca Inhibitory ( -): (-) ATP (-) NADH (-) GTP (-) Bursztynylo -CoA (-) Niedobr witaminy B # Bilans energetyczny Reakcja pomostowa: 210 2 NADH + H Cykl Krebsa: 6 NADH + H , 2 FADH, 2 GTP (2 GTP = 2 ATP) acuch oddechowy: 1 NADH + H = 3 ATP (2,5 ATP) 1 FADH = 2 ATP (1,5 ATP) # acuch oddechowy 4 kompleksy przekazujce elektrony (e ) + ATPaza Kompleksy uszeregowane wg wzrastajcych potencjaw redoks Wydajno: = 40% (60% rozproszone w formie ciepa). Pompowanie protonw: Kompleks I, III i IV Pompowanie H wytwarza gradient wykorzystywany przez ATPaz. Kompleks I: Pobiera NADH Kompleks II: Pobiera FADH (std utrata 1cz. ATP wzgldem NADH). WANE! Kompleks II wprowadza elektrony z FADH, ktre powstao w cyklu Krebsa (reakcja DH bursztynianowej) Tylko bursztynian jest donorem FADH dla kompleksu II. FADH innego pochodzenia ni z cyklu Krebsa oddaje elektrony do acucha oddechowego poprzez system ETF / ETF:QO: FADH powstaje np. w -oksydacji FA w reakcji katalizowanej przez dehydrogenaz acylo -CoA. 211 System ETF / ETF:QO pobiera elektrony od poza -Krebsowych FADH i przezuca je na Q10 (ubichinon) 2 miejsca wycieku elektronw Synteza O (anionorodnik ponadtlenkowy [ROS]) : Wniosek: Utlenione FA daj wicej ROS ni glukoza! # Nazwy kompleksw (i ich grupy prostetyczne): 1. Kompleks I: Oksydoreduktaza NADH -CoQ Gr. prostetyczne: FMN biaka Fe -S 2. Kompleks II: Reduktaza bursztynian -CoQ Gr. prostetyczne: FAD, biaka Fe -S 3. Kompleks III: Oksydoreduktaza CoQ -cyt C Gr. prostetyczne: cytochrom b, biaka Fe -S, cyt c, Hem B. Hem C 4. Kompleks IV: Oksydaza cyt C -O Gr. prostetyczne: cyt a, cyt a, 212 gr. Hem A Cu. Legenda: CoQ koenzym Q10 (ubichinon). cyt cytochrom. # Syntaza ATP Funkcja: Przetwarza energi gradientu protonowego na energi chemiczn wizan w ATP. Reakcja: ADP + Pi ATP ( Fosforylacja oksydacyjna ). Moe katalizowa reakcj odwrotn - pompuje wtedy H z powrotem Budowa: Skada si z: Podjednostki F: o Stanowi tworzy kana dla protonw. Podjednostki F: o Zwrcona do matrix,3 + 3, centrum aktywne w Ramienia zewntrznego: o czy F z bon mitochondrialn. Dziaanie: Syntaza ATP = motor rotacyjny Rotor = centralne F + piercie podjednostek c F. # Mechanizm Syntazy ATP Centrum aktywne znajduje si na podjednostce podjednostki F. 213 W trakcie syntezy podjednostka przechodzi kolejno przez 4 konformacje: 1. BHC (p -zamknita) rednie powinowactwo do nukleotydw. Wie najpierw Pi, potem ADP. 2. BDP (zamknita) Wysokie powinowactwo. Zajte przez ADP i Pi W przejciu do konformacji Btp zuycie energii gradientu H . 3. BTP (zamknita) Wysokie powinowactwo. Zajte przez ATP. 4. BE (pusta) Niskie powinowactwo do nukleotydw. Uwolnienie ATP. # Inhibicja acucha Oddechowego 1) Inhibitory przenoszenia elektronw (kompleksy I -IV): Kompleks I: Rotenon, amytal, pierycydyna. Kompleks II: Malonian (kompetycyjnie), karboksyna, TTFA. Kompleks III: Antymycyna, stigmatelina, myksotiazol, dimerkpaprol. Kompleks IV: CO, HS, cyjanki, azydki. 2) Rozprzgacze: Generuj przeciek protonw H przez bon mitochondrialn. H nie napdzaj syntazy ATP energia rozpraszana w postaci ciepa = dyssypacja . Przykady: Biaka UCP. Sabe kwasy aromatyczne (np. 2,4 -dinitrofenol [DNP] Tyroksyna (wysokie stenie). Salicylany (due dawki). 214 3) Inhibitory fosforylacji oksydacyjnej: inhIbitory syntazy ATP: Oligomycyna: DCCD: Inhibitory translokazy nukleotydw adeninowych (ANT). Atraktylozyd, kwas bongkrekowy ANT to antyporter ATP i ADP: Wynosi ATP i wnosi ADP do mitochondrium. Inhibicja ANT oznacza brak ADP do syntezy ATP. # Przeciek protonw H 1. Przeciek bazowy : Wynika z niecakowitej szczelnoci bony lipidowej (~5%) oraz dziaania ANT i UCP 1(termogenina). 2. Przeciek indukowany: Biaka UCP (regulowany proces). Przeciek protonw Przeciek protonw jest mechanizmem adaptacyjnym . Zapobiega nadaktywnoci acucha oddechowego (redukcja ROS). Zapobiega stresowi mitochondrialnemu , ktry prowadzi do autofagii lub nawet apoptozy. Regulacja UCP Aktywatory (+): (+) Niska temperatura. (+) FA. (+) Adrenalina (+) Noradrenalina. (+) Leptyna. (+) Prostaglandyny. (+) Godzenie. Inhibitory (): 215 () Normotermia (normalna temperatura) () Brak FA. () Nieczynno tarczycy (brak tyroksyny). Rodziny UCP UCP1: BAT, WAT, tymocyty (dojrzewanie T -cells). UCP2: Oglnopowszechne. UCP3: Minie, serce, BAT. UCP4 / UCP5: Mzg # acuch oddechowy a ROS 5% czsteczek O jest redukowanych jednolektronowo powstaje: O (anionorodnik ponadtlenkowy). Wkad w powstawanie: kompleks I > III > II . Kompleks III jako jedyny generuje O do przestrzeni midzybonowej, gdzie dziaa SOD (dysmutaza ponadtlenkowa) i przeksztaca O w HO. HO to rwnie ROS, ale duo mniej szkodliwy . # STRES OKSYDACYJNY Zaburzenie rwnowagi prooksydacyjno -antyoksydacyjnej na korzy utleniania. Utlenianie: Wolnorodnikowe wybicie elektronu z wizania w czsteczce Niewolnorodnikowe utlenianie o 1/2 atomy tlenu. ROS (reaktywne formy tlenu): Anionorodnik ponadtlenkowy (O ). Nadtlenek wodoru (HO). Rodnik hydroksylowy (OH) PASKUDZTWO. Ozon (O). Tlen singletowy (O). Rodniki organiczne Rodnik peroksylowy (LOO). Rodnik alkoksylowy (LO). Wodoronadtlenek lipidowy (LOOH). 216 RNS (reaktywne formy azotu): Tlenek azotu (NO). Dwutlenek azotu (NO). Nadtlenoazotyn (ONOO ) PASKUDZTWO. Peroksydacja lipidw Skutki: Przepuszczalno bony. Utrata pynnoci. Utrata integralnoci odbyt w bonie APOPTOZA . Propagacja syntezy ROS dalsza destrukcja. Zuycie antyoksydantw (np. Akroleina wyczerpuje GSH ). Uwolnienie DAMPs Produkty kocowe peroksydacji lipidw 4-HNE 217 Aldehydy MDA (chloroacetyloaldehyd) Acetaldehyd GSH (zredukowany glutation) = Ochrona przed stresem oksydacyjnym. # Skutki oksydacji 1) Kwasy nukleinowe: Zrywanie nici (MDA). Powstawanie adduktw i mostkw sieciujcych bdy w replikacji mutacje. 2) Biaka: S gwnym celem ze wzgldu na ich powierzchni. Cele oksydacji: Grupy -SH. Mostki -SS rozfadowanie biaek Fe -S (energetyka komrki). Kinazy tyrozynowe (kaskady sygnaowe). Efekty: Tworzenie wiza krzyujcych utrata funkcji: Sieciowanie biaek fibrylarnych. Agregacja biaek globularnych. Modyfikacje RNS 3-Nitrozacja: Dotyczy tyrozyny. S-Nitrozylacja Dotyczy cysteiny. # Konsekwencje molekularne Wzrost hydrofilnoci acuchw bocznych. Agregacja / sieciowanie biaek. Rozfadowanie i zmiana konformacji. Fragmentacja biaek. Uszkodzenia pojawiajce si stopniowo: 1) Utlenienie Met i Cys. 2) Fragmentacja acuchw bocznych. 3) Ekspozycja fragmentw hydrofobowych. 4) Liczne modyfikacje (nitracja, karbonylacja). 5) Sieciowanie i agregacja. 218 6) Biaka, ktre staje si agregatem odpornym na dziaanie proteaz i uszkadza komrk. # Konsekwencje metaboliczne 1. Nieprawidowe interakcje: Reakcje enzymatyczne. Ligand receptor. Antygen przeciwciao. 2. Zaburzenie obrotu biaek (rwnowaga synteza degradacja): Agregaty i addukty adhezyjne na proteazy AKUMULACJA . 3. Indukcja odpowiedzi zapalnej (agregat = ciao obce). 4. Uszkodzenie DNA (modyfikacje histonw). Przykadowe skutki oksydacji biaek Insulina insulinooporno cukrzyca. Krystalina (soczewka) zama. Biaka uk. immunologicznego autofagocytoza. LDL miadyca. Biaka budulcowe starzenie i krucho. Enzymy antyoksydacyjne stres oksydacyjny. Gdy biaka fibrylarne ulegaj oksydacji, dochodzi do ich sieciowania, co prowadzi do powstania zogw amyloidowych. Znamy ponad 30 biaek powodujce amyloidozy: -amyloid, biako tau Alzheimer. -synukleina Parkinson. Huntingtyna plsawica Huntingtona. SOD1 stwardnienie zanikowe boczne. Krystalina zama. Amylina cukrzyca typu II. Skra naskrek stanowi gwn ochron antyoksydacyjn Kolagen i elastyna po czasie ulegaj modyfikacjom i degradacji. Skra z czasem traci elastyczno i sprysto. Kolagen i elastyna wraz ze starzeniem si skry ulegaj: Modyfikacje Degradacja Spadek syntezy Lipofuscyna 219 Jeden z gwnych czynnikw determinujcych czas ycia komrki. Biako, ktre tworzy agregaty z lipidami i cukrami Estremalnie odporna na degradacj. proteasomy. Generuje ROS Wewntrzkomrkowy marker starzenia komrki! System obrony antyoksydacyjnej 1) Antyoksydanty (usuwaj ROS i RNS): Drobnoczsteczkowe: Witaminy: C, A, E. Polifenole. Glutation. Melatonina, bilirubina. Enzymatyczne: SOD (dysmutaza ponadtlenkowa). GPx (peroksydaza glutationowa). Katalaza. Peroksydaza. Biakowe: Albumina. Transferyna. Ceruloplazmina. 2) Biaka opiekucze Czaperony 3) Enzymatyczne systemy naprawcze: Sulfiredoksyny (reduktaza sulfinowych metioniny). Glutaredoksyny. 4) Enzymatyczne systemy usuwajce zniszczone czstki: Proteasomy. Lizosomy. Proteazy Lipazy. Nuleazy. Mitofagia (autofagia mitochondriw generujcych ROS). # Glutation (GSH) Najpowszechniejszy reduktor. Skad: Glu Cys Gly . Zdolno redukujca dziki grupie -SH cysteiny. Usuwa ROS i RNS. 220 Regeneruje enzymy antyoksydacyjne. jako jedyny usuwa redutywne elektrofile(np. produkty peroksydacji lipidw). Glutation ratuje biaka Biaka scavenger. Kofaktory enzymw antyoksydacyjnych. Wspomaga usuwanie produktw utlenienia przez wtrob (detoksykacja). RATUJE utlenione lub znitrozylowane biaka (if not too late). # Fizjologiczne znaczenie ROS Bro ukadu immunologicznego. Modulatory i przekaniki w szlaku sygnaowym (HO). Adaptacja organizmu (np. wysiek fizyczny stres oksydacyjny wzmocnienie). HO jako przekanik Niskie stenie: Wzrost Podzia Rnicowanie rednie stenie: Ekspresja genw kodujcych enzymy antyoksydacyjne i naprawcze (za porednictwem Nrf2). Wysokie stenie: 1. Prowadzi do produkcji OH (rodnik hydroksylowy), 2. To prowadzi do uszkodzenia, Uszkodzenie koczy si: Apoptoz (przejebane) Napraw 221 # Endogenne rda # ROS 1. Transport tlenu przez krwinki Hemoglobina moe przechodzi reakcj autoutlenienia, wewntrzkomrkowo hemoglobina rzadko jej ulega, natomiast zewntrzkomrkowo czciej. Stanowi wtedy substrat do kolejnych reakcji utleniania i dziaa prooksydacyjnie . Reakcja autoutlenienia: 2. acuch oddechowy: Generuje ROS jako efekt uboczny transportu elektronw w mitochondriach. Gwne rda to kompleksy I i III acucha oddechowego. Mechanizmy te zostay szczegowo opisane wczeniej (przeruchane) 3. Produkty uboczne enzymw: NOS Oksydaza ksantynowa (Metabolizuje puryny) HO i O . Oksydaza NADPH (NOX) wybuch tlenowy Cytochrom P450 (CYP) Generuje ROS podczas biotransformacji ksenobiotykw. SOD HO. 222 Funkcje NOS (Syntaza tlenku azotu) Typ NOS Funkcja biologiczna Deregulacja Neuronalna NOS (nNOS) Plastyczno synaptyczna, Przekazywanie sygnaw nerwowych. 1. Nadmierny NO 2. Neurotoksyczno. Indukowana NOS (iNOS) Obrona immunologiczna w odpowiedzi zapalnej. 1. Nadmierny NO 2. Stan zapalny. Endotelialna NOS (eNOS) Wazodylatacja (rozszerzenie naczy krwiononych). 1. Arg, NO, O 2. Dysfunkcja rdbonka 4. Stan zapalny 1. Oksydaza NADPH (NOX): Przenosi elektrony z NADPH na tlen w fagosomie, tworzc O . Efekt: O niszczy bakterie i powstaj ROS. 2. Mieloperoksydaza (MPO): Produkuje kwas podchlorawy (HClO) z HO i Cl . Produkuje rodniki tyrozynowe z HO i tyrozyny Efekt: Indukuje uszkodzenia biaek. Nadaje glutom zielony kolor Wybuch tlenowy Nage uwolnienie ROS przez komrki odpornociowe. Dotyczy gwnie neutrofili i monocytw. Celem jest neutralizacja patogenw. Zuywa NADPH! NOX Odgrywa kluczow rol w obronie przed infekcj: Produkcja ROS bezporednio eliminuje patogeny. Produkcja ROS przez uruchamianie cytokin: aktywuje szlaki sygnaowe poprzez aktywuje inflamasomy Ryzyko: Nadmiar ROS cytotoksyczno i genotoksyczno. Regulacja: NOX jest hamowane przez NO (tlenek azotu). Egzogenne rda ROS Palenie wyrobw tytoniowych. 223 Spalanie. Promieniowanie. Alkohol i za dieta. Zanieczyszczenie toksynami (PM10/2.5, O, benzen, tlenki N, S, C). leki # Biochemia tkankowa WTROBA Funkcje Kontroluje metabolizm lipidw, cukrw i biaek. Odgrywa rol w utrzymaniu homeostazy (np. glukozy). Dopasowuje metabolizm przeczajco go pomidzy stanem, godu i sytoci Procesy zachodzce w wtrobie Zwizane z energetyk ustroju: Glukoneogeneza. Glikogenogeneza. Synteza FA de novo. Synteza KB. MagazynowanieTAG (do 10% masy). Udzia w cyklu Corich i cyklu Cahilla. Przeksztacanie jednych paliw w inne. Inne: Cykl mocznikowy. Biotransformacja ksenobiotykw. Metabolizm lipoprotein (synteza i wychwyt remnatw) Synteza witaminy D. Magazynowanie i uwalnianie witamin A, D, E, K. Metabolizm elaza (Fe). Metabolizm erytrocytw. Synteza kwasw ciowych . Synteza i eliminacja cholesterolu. Synteza biaek osocza (bez immunoglobulin). Synteza fosfolipidw. Co wyrnia wtrob? Wiksza skala dziaa metabolicznych. Wikszy zakres dziaalnoci. Suebno wobec innych narzdw. # Wtrobowy metabolizm wglowodanw 224 1. Wychwyt glukozy przy zbyt wysokim steniu: Dziaanie GLUT2: Pobiera 30 60% glukozy z osocza. Heksokinaza IV = glukokinaza: Niskie powinowactwo do glukozy. Wysoka aktywno przy wysokich steniach glukozy. Podlega regulacji insuliny. Ekspresja przez czynnik SREBP -1c. 2. Uwolnienie glukozy przy zbyt niskim steniu: Glikogenoliza (dziaanie katecholaminowe, np. midzy posikami). Glukoneogeneza (np. w godwce, hipoglikemii lub w nocy). 3. Wychwyt insuliny: Wtroba reaguje na insulin, ktra przez krenie wrotne trafia do wtroby. ~40% insuliny jest wychwytywane i w wikszoci eliminowane. Insulina: Stymuluje wychwyt glukozy. Pobudza glikogenogenez. Aktywuje syntez kwasw tuszczowych (FA). Losy glukozo -6-P po posiku: 1. Glikogenogeneza (synteza glikogenu). 2. Szlak pentozofosforanowy: Synteza NADPH: Dla syntezy cholesterolu i kwasw tuszczowych (FA). Synteza rybozo -5-P: Dla biosyntezy nukleotydw i kwasw nukleinowych. Interkonwersja cukrw fosforanowych. Dostarczanie rybozolu do syntezy aminokwasw. 3. Glikoliza: Cel: Uwalnianie energii w postaci ATP. Synteza acetylo -CoA: Synteza FA TAG. Synteza cholesterolu. Dziaa jako oszczdzacz wglowodanowy. Aktywuje SREBP -1c: Ekspresja genw enzymw glikolizy. Ekspresja genw enzymw lipogenezy. A co gdy wtroba jest chora? Choroby: NAFLD/MAFLD (niealkoholowe stuszczenie wtroby). Marsko. Skutki: Wychwyt glukozy i insuliny. 225 Hiperinsulinemia insulinooporno hiperglikemia. Zaburzenia transportu glukozy sekrecja glukagonu i insuliny nie jest kontrolowana. Zaburzenia glukoneogenezy hiperglikemia. Niedoczynno wtroby hipoglikemia (w sytuacjach kryzysowych). Wane: Akumulacja TAG to gwny skutek nadpoday glukozy! SREBP i SREBP -1c: W wtrobie glukoza (poprzez ChREBP) oraz insulina (poprzez SREBP -1c) dziaaj synergistycznie, wspierajc: Glikoliz. Lipogenez. Aktywacja ekspresji genw: PK (kinaza pirogronianowa). FAS (syntaza kwasw tuszczowych). ACC (karboksylaza acetylo -CoA). Ekspresja glukokinazy: Stymulowana wycznie przez insulin! Glikogenogeneza a glikogenoliza: Wtroba magazynuje glikogen po posiku: Glikogen moe stanowi do 10% masy wtroby. Glikogenoliza aktywuje si 2 6 h po posiku: Zapas glikogenu wyczerpuje si po ~48 h. Wtroba (25%) i minie (75%) magazynuj glikogen, ale tylko wtroba ma glukozo -6- fosfataz (funkcja odtwarzania glukozy). Inne korzyci na potrzeby glikogenolizy: Glukozo -6-P: Substrat do glikogenogenezy. Synteza glikogenu: Enzymy: glikogenogeneza. Fosforylacja glikogenu: Enzymy: glikogenoliza. Glukozo -6-P przestawia metabolizm na glikogenogenez i dziaa jako inhibitor fosforylazy glikogenowej. Cykl Coricha Kolos 5 Cykl Cahilla glukozowo -alaninowy: 226 Schemat (Wtroba i Minie): 1. Wtroba: Glukoza Glukoneogeneza Pirogronian Alanina. Alanina ALAT Glutaminian -ketoglutaran szlaki cyklu. NH mocznik. 2. Minie: Glukoza Glikoliza Pirogronian Alanina. Alanina ALAT Glutaminian NH . Aminokwasy Biaka miniowe. Cykl Cahilla kluczowe punkty: 1. Teoretycznie glukoza utworzona z alaniny pochodzcej z mini moe wrci do mini, ale znacznie bardziej prawdopodobne jest, e trafi do mzgu lub erytrocytw. Dlaczego? Minie pobieraj glukoz gwnie przez GLUT4 regulowany insulin, czyli pobior j tylko gdy stenie glukozy jest wysokie. Glukoneogeneza uruchamiana w stanie hipoglikemii pod wpywem glukagonu. Alanina dostarczana do wtroby w glukoneogenezie przeksztacana w glukoz dla tkanek najbardziej potrzebujcych w stanie hipoglikemii (mzg, erytrocyty). Stan godu: Procesy aktywowane w stanie godu: Glikogenoliza. Ketogeneza. Glukoneogeneza. Stymulowane przez: Glukagon. Adrenalin/noradrenalin. Kortyzol. Hormon wzrostu. Metformina: Hamuje glukoneogenez w ~67%. Lek na insulinooporno. rda substratw do glukoneogenezy: 1. Cykl Coricha: Dostarcza pirogronian z erytrocytw i mini. Wychwyt przez wtrob. 2. Cykl Cahilla: Alanina glukoza (w glukoneogenezie wtrobowej). 3. Glutamina: Substrat dla syntezy glukozy. 4. Glicerol: 227 Pochodzi z rozpadu TAG przez LPL (lipoproteinow lipaz). Trafia do glukoneogenezy w wtrobie. Przy insulinoopornoci: Insulina nie hamuje sekrecji glukagonu, co napdza glukoneogenez. Poziom glukozy we krwi ronie, ale nie jest pobierany przez komrki. Skutek: Nie chudnie si nawet przy godzeniu! Szlak enzymatyczny: Dziaanie enzymu kinazy glicerylowej: Glicerol jest przeksztacany w 3-fosfoglicerynian. 3-fosfoglicerynian wczany do glikolizy lub glukoneogenezy. Wtrobowy metabolizm lipidw: 1. Rozkad TAG: TAG pochodzce z chylomikronw. Wykorzystywane do: Syntezy cholesterolu i kwasw ciowych. Syntezy witaminy D. Zasilenia cholesterolu w tuszczach obojtnych. Syntezy fosfolipidw. Magazynowanie do 10% masy cytosolu. Beta -oksydacja: Cel wytwarzanie energii i synteza cia ketonowych (KB). 2. Synteza FA de novo z glukozy. 3. Synteza TAG: Synteza VLDL: Dostarcza TAG na obwd: Gd: Dostarczanie energii. Syto: Magazynowanie w tkance tuszczowej. Synteza TAG z wolnych kwasw tuszczowych (FA). Wypenianie VLDL TAG w celu ich transportu. 4. Synteza KB (cia ketonowych) w okresie godu: Na potrzeby: Mzgu. Tkanek obwodowych. Wtroba nie korzysta z KB! Powstaj z acetylo -CoA w procesie -oksydacji FA. 5. Synteza HDL: Kluczowa dla transportu zwrotnego cholesterolu. 228 6. Utylizacja cholesterolu: Usuwanie z organizmu (wydalanie z ci). 7. Wychwyt i trawienie remnantw: Z udziaem enzymw (LPL) i receptorw (LRP, LDLR, itd.). 8. Synteza apolipoprotein. Regulacja syntezy FA w wtrobie: ChREBP: Aktywowany przez glukoz. SREBP -1c: Aktywowany przez insulin. Kontroluje tempo syntezy TAG, ale take ilo FA, jakie wtroba moe zmagazynowa. Ochrona przed stuszczeniem wtroby. Losy wolnych FA w wtrobie: Acetylo -CoA : Lipogeneza de novo (przy sytoci): Stymulowana przez insulin i kortyzol. Inhibitory: glukagon, katecholaminy, GH (hormon wzrostu). -oksydacja: Zachodzi przy godzie. Produkty: KB (ciaa ketonowe). FA TAG (triacyloglicerole): Eksport w VLDL (przy sytoci). Synteza TAG z glukozy: 1. cieka glikolizy: Glukoza Glukoliza Pirogronian NADPH. 2. Acetylo -CoA: Pirogronian Acetylo -CoA Lipogeneza FA. ACL (ATP -liaza cytrynianowa): Cytrynian Acetylo -CoA. 3. Glicerol -3-P: Tworzenie TAG przez poczenie FA i glicerolu. Cykl cytrynianowy w syntezie TAG: Pirogronian Cytrynian Acetylo -CoA Szlak lipogenezy Synteza FA i TAG. 229 PPAR: 1. Funkcje metaboliczne w wtrobie: Synteza cholesterolu i jego pochodnych. Synteza kwasw tuszczowych (FA) de novo. Synteza cia ketonowych (KB). Reakcje biotransformacji (np. hydroksylacje). Procesy w cyklu pentozofosforanowym. Reakcje anaplerotyczne: Jabczan Pirogronian. Charakterystyka PPAR: PPAR (Peroxisome Proliferator -Activated Receptor Alpha): Aktywowany w stanie godu. Receptor jdrowy oraz czynnik transkrypcyjny w jednym. Regulator homeostazy energetycznej oraz lipidw. Indukcja PPAR: Stymulowana przez: Glukagon: Zwiksza ekspresj PPAR. Kwasy tuszczowe (FA) i ligandy lipofilowe: Bezporednia aktywacja PPAR. Mechanizm dziaania PPAR: Aktywowany PPAR w jdrze wie si z receptorem retinoidowym X (RXR): Tworz heterodimer PPAR -RXR. Kompleks ten wie si z sekwencj PPRE (Peroxisome Proliferator Response Element) na DNA. Aktywuje ekspresj genw: -oksydacja: Dysocjacja acylo -CoA w mitochondriach i peroksysomach. Transport FA (FATP, FAT/CD36). Metabolizm lipoprotein (LPL, apo A -I, apo A -II). Synteza kwasw ciowych (np. hydroksylacja steroli). Proces indukcji: 1. Glukagon Stymulacja wydzielania FA. 2. FA Aktywacja PPAR. 3. PPAR + RXR Wizanie z PPRE Ekspresja genw metabolicznych. 230 Wtrobowy metabolizm zwizkw azotowych: 1. Synteza biaek: Biaka ostrej fazy: CRP (biako C -reaktywne), ceruloplazmina, haptoglobina, albuminy. Biaka metabolizmu elaza: Ferrytyna, transferyna. Biaka osocza: Albuminy, globuliny, fibrynogen. Biaka fibrynolizy (czynniki krzepnicia). Lipoproteiny. IGF -1 (insulinopodobny czynnik wzrostu 1). 2. Rozkad biaek i aminokwasw: Aminokwasy: Glikoneogeneza. Spalanie na potrzeby energetyczne. rda aminokwasw: Gwnie z mini: Alanina (cykl Cahilla). Glutamina (zawiera grupy -NH3). Cykl mocznikowy: Eliminacja jonw amonowych (NH4+). 3. Metabolizm nukleotydw: Wykorzystanie: Synteza DNA i RNA. Synteza ATP, GTP, UTP (energia). Kofaktory enzymw. Synteza de novo lub z odzysku. Brak zapotrzebowania na nukleotydy: Degradacja do kwasu moczowego (puryny). NH3 (w cyklu mocznikowym). Porwnanie hepatocytw nowotworowych i zdrowych: Funkcja Hepatocyty Nowotworowe Hepatocyty Zdrowe Synteza biaek i heksokinazy Ronie Mniejsza (intensywno nisza ni w komrkach nowotworowych) Metabolizm nukleotydw Ronie Mniejsza Cykl pentozofosforanowy Ronie Mniejsza Glikoliza Ronie Mniejsza Cykl mocznikowy Spada Wiksza 231 Metabolizm ksenobiotykw: Ksenobiotyk Kada substancja, ktra: Nie jest naturalnym skadnikiem ywego organizmu. Organizm nie jest ewolucyjnie przystosowany do jej metabolizowania (substancja egzogenna). Etapy metabolizmu ksenobiotykw: 1. Wchanianie. 2. Dystrybucja. 3. Biotransformacja (przemiany): Cel: Zwikszenie hydrofilowoci, co uatwia ich eliminacj. Ksenobiotyki maj czsto charakter lipofilowy, dlatego musz by przeksztacone. 4. Wydalanie. Ksenobiotyki: 1. Pochodzenie: Naturalne (metabolity rolin, grzybw, zwierzt). Antropogenne (pestycydy, leki, kosmetyki, konserwanty). 2. Wchanianie i droga do organizmu: Przewd pokarmowy: Jedzenie, picie, przyjmowanie lekw doustnych. Drogi oddechowe: Gazy, aerozole, zanieczyszczenia powietrza (pyy). Skra: Kosmetyki, leki stosowane miejscowo, maci. 3. Charakterystyka: Lipofilne ksenobiotyki atwiej penetruj przez bony komrkowe, co utrudnia ich eliminacj. Mog akumulowa si gwnie w tkance tuszczowej i nerwowej. Ksenobiotyki silnie polarne, ktre s bardzo lotne, czsto nie mog by poddane biotransformacji (np. kwas siarkowy, eter etylowy). Biotransformacja Detoksykacja Detoksykacja to proces biotransformacji majcy na celu: Zmniejszenie lub cakowite zniesienie aktywnoci biologicznej. Uatwienie eliminacji. Biotransformacja moe jednak: Zwiksza aktywno biologiczn (np. powstawanie toksycznych metabolitw). Wpywa na wydolno enzymatyczn (np. produkcja lekw). 232 Problemy wynikajce z biotransformacji: 1. Leki mog powodowa interakcje: Przy jednoczesnym podawaniu rnych substancji. 2. Zmienne osobnicze: Wpyw enzymatyczny na przeksztacenie zwizkw. 3. Akumulacja: Niewydolno organizmu w eliminacji metabolitw. Fazy biotransformacji (2): 1. Faza I: Dziaanie enzymw z grupy cytochromw P450. Procesy: Utlenianie. Redukcja. Hydroliza. Dehalogenacja. 2. Faza II: Sprzganie: Sulfonowanie (HSO). Acetylacja (COCH). Glutationylacja (GSH). Metylacja. Sprzganie z aminokwasami. rda ksenobiotykw: 1. Egzogenne: Pochodzce z zewntrz, np. zanieczyszczenia, pestycydy. 2. Endogenne: Uwalniane z tkanek tuszczowych podczas stresu lub choroby. Skutek: Powstawanie ROS (reaktywnych form tlenu). Metabolizm ksenobiotykw: 1. Metabolity porednie: Sabo niepolarne. Procesy biotransformacyjne: Sulfonowanie. Acetylacja. Glutationylacja. Metylacja. 2. Metabolity kocowe: Polarne, rozpuszczalne w wodzie. 233 Wydalane z organizmu poprzez: (do kau). Mocz (poprzez surowic i nerki). Endotoksyny: Kocowe produkty naszego metabolizmu. Endotoksyny naszego mikrobiomu. Negatywne skutki biotransformacji: Produkcja ROS (reaktywne formy tlenu). Zuycie NADPH. Uszkodzenie wtroby hepatotoksyczno. Hepatotoksyczno wynika z wyczerpania zapasw antyoksydantw (gwnie GSH), co wywouje stres oksydacyjny. # Faza I: 1. Przeksztacenia enzymatyczne: Enzymy systemu cytochromu P450. Przeksztacenia przeprowadzane przez monooksygenazy: CYP3A4 i CYP2D6 (najwaniejsze izoenzymy metabolizujce leki). 2. Reakcje utleniania mikrosomalnego: Hydroksylacja. Dehalogenacja. Epoksydacja. Demetylacja. Deaminacja. Desulfuracja. Redukcja mikrosomalna. Redukcja zwizkw azotowych. Dehalogenacja. 3. Redox pozamikrosomalne (np. etanol): Utlenianie alkoholi DH alkoholowa (ADH). Utlenianie aldehydw DH aldehydowa (ALDH). 4. Inne reakcje: Hydroliza. Cyklizacja. Szlaki kataboliczne: 1. Rwnanie reakcji: Etanol [ADH] Ald. Octowy [ALDH] Kwas Octowy. 234 2. Pomocnicze szlaki kataboliczne: Przy nadmiarze alkoholu: MEOS (mikrosomalny system utleniania etanolu): CYP2E1. Tworzenie ROS. Skutek: akumulacja ROS, stan zapalny, wknienie. # Przy niedoborze ADH: Alternatywne szlaki neutralizacji etanolu: 1. MEOS: Mikrosomalny system utleniania etanolu. Wymaga udziau wielu cytochromw P450. Tworzy duo ROS jako produktw ubocznych. Skutki: hepatotoksyczno, kancerogenno. 2. Szlaki kataboliczne: tworzenie aldehydu octowego. 3. Sprzganie z przemianami fazy I: Powstawanie metabolitw kocowych. # Nadrodzina cytochromw P450 (CYP): 1. Waciwoci: 57 rodzin. Hemoproteiny. Powszechne (poza erytrocytami i miniami szkieletowymi). Biaka transbonowe lokalizacja: bona ER, mitochondria. 2. Wymagania do kadej reakcji: O. NADPH. 3. Katalizowane reakcje: Hydroksylacje. Epoksydacje. Dehalogenacje. Demetylacje. Deaminacje. Utlenianie alkoholi (MEOS). 4. Substraty: Endogenne: Hormony steroidowe. Kwasy tuszczowe. Wit. D i A. 5. Specyfika: Najszerszy zakres specyficznoci w metabolizmie rnych ksenobiotykw. Co wpywa na ekspresj i aktywno CYP: 235 1. Dieta: (+) zielone warzywa, wdzonka, nadmiar alkoholu (CYP2E1) (-) cytrusy, zielona herbata, kurkumina, dieta ubogobiakowa 2. Leki: induktory CYP: fenobarbital CYP2B6 ryfampicyna CYP3A4 inhibitory kompetycyjne CYP: omeprazol CYP2C19 ketokonazol klotrimazol CYP3A4 inhibitory niekompetycyjne CYP: ulemastyna tamsulozyna CYP3A1/2 3. Inne ksenobiotyki: wglowodory aromatyczne (dym tytoniowy) AHR (aktywuje CYP1A1/2, CYP4B1 oraz enzymy II fazy: GST, UGT, QR) cyjanki: CO hamuje WSZYSTKIE CYP (silnie wie Fe hemowe i blokuje miejsca aktywne) 4. Wiek: z wiekiem aktywno CYP spada w wieku spada metabolizm lekw stenie we krwi 5) Geny: zrnicowanie genetyczne izoenzymw CYP rna skuteczno lekw u rnych pacjentw liczne polimorfizmy 6) Choroby wtroby: niezalenie od etiologii obniaj aktywno CYP mog nie mie wpywu lub zwiksza aktywno enzymw II fazy (GST, UGT, QR) Zwizki nitrylowe: ich metabolizm wie si z utlenianiem azjonowca HCN grupa nitrylowa: cyjanowcw ( -CN) 236 pochodz z cyjanogennych glikozydw rolinnych i toksyn rodowiskowych oraz lekw (np. niektre gliptyny) Nie mamy ani nitrylazy, ani hydratacji nitrylowej! utrudniony metabolizm nitryli w wikszoci zwizkw nitrylowych grupa nitrylowa nie jest metabolizowana i nietknita opuszcza organizm. Los grupy -CN moe by: utleniona przez CYP hydrolizowana przez -glukozydazy hydrolizowana przez DPP IV (przykad: gliptynowe IV) Metabolizm w wikszoci przypadkw polega na: I faza: utlenianie, alkalizacja, hydroliza II faza: glukuronizacja, glutationizacja, N -acetylacja, estryfikacja Reakcje nie dotycz grupy nitrylowej! Ponad 2000 rolin produkuje cyjanogenne glikozydy: Amygdalina (migday, nasiona wini, moreli, jabek) Linaryna (len, fiolet) Prunazyna (grosznik) Amygdalina: Nazywana wit. B17 (mimo e nie jest witamin) Dziaanie przeciw: nowotworowe kaszlowe blowe Dziaanie przeciwnowotworowe: Komrki zdrowe maj rodanaz neutralizujc cyjanek s chronione Komrki nowotworowe maj jej mniej cyjanek uszkadza je Niedobr m.in. amygdaliny moe sprzyja transformacji nowotworowej Przy suplementacji wit. C i niedoborze wit. B12 wzrasta ryzyko zatrucia amygdalin: 1. Wit. C sprzyja hydrolizie amygdaliny HCN 2. Wit. C zwiksza oglne potrzeby neutralizacji HCN HCN 3. Wit. B12 jest potrzebna do neutralizacji HCN, niedobr HCN Reakcja neutralizacji cyjanku: CN + SOO [Rodanaza] SCN (tiocyjanek) + SO Tiocyjanek wydalany z moczem 237 Cyjanek: Jedna z najszybciej i najgroniejszych toksyn. Cyjanek w formie niezmienionej moe by eliminowany z moczem, potem lub przez oddech. Wikszo dziki rodanazie i jonom siarczku neutralizuje si do mniej toksycznych tiocyjankw. Hydroksykobalamina (B12) gwna antidotum, ktra wie cyjanek z oksydazy cytochromowej. Schemat: Cyjanek Rodanaza Tiocyjanek Mocz (wydalanie) Cyjanek B12 (hydroksykobalamina) Stabilne nietoksyczne zwizki. Dziaanie: Inhibitor oksydazy cytochromowej: Uwolnienie chemiczne komrki. Zablokowanie syntezy ATP w fosforylacji oksydacyjnej. Przeprogramowanie na glikoliz beztlenow mleczan deficyt ATP. Zatrzymanie komrki. Spada wychwyt O z krwi (spada popyt = spada wychwyt). Dodatkowe dziaanie: Inhibitor SOD, NOS, oksydazy katecholowej. Inhibitor teoretycznie odwracalny przy byskawicznej reakcji B12. Wil dagliptyna: Jedna z gliptyn, bdca rdem zwizkw aktywnych. Lek przeciwcukrzycowy. Inhibitor DPP -4 (peptydazy dipeptydowej IV). Efekt: wydua czas dziaania GLP -1. Niski metabolizm pierwszego przejcia (~85%), oznacza to, e lek podawany doustnie trafia do krwi w 85% dawki. Eliminacja gwnie z moczem. Enzymy CYP nie uczestnicz w metabolizmie idagliptyny. Faza II Sprzganie: Tabela do nauki na egzamin! Procesy te mog zachodzi w kadej czsteczce posiadajcej odpowiednie grupy funkcyjne ( - OH, -NH, -COOH). Ksenobiotyki z grupami polarnymi mog od razu przej do fazy drugiej. Proces Enzym Donor Glukuronylacja UDP - glukuronylotransferaza kw. glukuronowy Sulfonylacja Sulfotransferazy kw. siarkowy Acetylacja Acetylotransferazy kw. octowy 238 Metylacja Metylotransferazy S-adenozylometionina (SAM) Glutationylacja Transferaza glutationowa (GST) Glutation (zredukowany, GSH) Sprzganie z aminokwasami Aminotransferazy aa: Gly, Glu, tauryna Metabolizm Pierwszego Przejcia: Przejcie leku z przewodu pokarmowego do krwi. Wpywa na biodostpno leku. Schemat: 1. Przewd pokarmowy 2. ciana jelita 3. Wtroba (biotransformacja ) 4. Naczynia (uchwyt i biotransformacja) Stenie we krwi. Przykad: Diltiazem Retard / Oxycordil Substancja czynna = diltiazem. Dziaanie: blokuje kanay Ca . Metabolizm pierwszego przejcia = wysoki (~40%). Metabolizowany przez CYP3A4. Interakcje: 1. Ketokonazol (lub inny inhibitor CYP3A4): metabolizowanie diltiazemu. stenie diltiazemu we krwi. 2. Ryfampicyna (lub inny induktor CYP3A4): metabolizowanie diltiazemu. stenie diltiazemu we krwi. 3. Inne leki metabolizowane przez CYP3A4: Inhibicja konkurencyjna. stenie diltiazemu we krwi. 1. Ukad Pokarmowy: i ka. 2. Nerki: Mocz. 3. Puca: Wydychane powietrze. 4. Skra: Pot, wosy, paznokcie. 5. Gruczoy: linowe. Mlekowe. 239 240 # 9. Jelita, Serce i Mzg # Jelita: Funkcje: > Przemiana materii trawienie, wchanianie, wydalanie > Bariera selektywna przepuszczalno, ochrona przed patogenami, regeneracja Budowa: > Skala makro cienkie + grube (jelito) > Skala milii kosmki + krypty > Skala mikro rne enterocyty + i kolonocyty O krypta -kosmek: Zdolnoci regeneracyjne: > Olbrzymie 30 -40 m odnawia w cigu max 5 dni > Czas ycia komrki 3 -5 dni > Komrki macierzyste jelit (ISC) s multipotencjalne > Niektre zrnicowane komrki mog si odrnicowa do ISC. > ISC mog si przecza z podziau: Symetrycznego powstaj 2 komrki progenitorowe Na asymetryczny powstaje komrka macierzysta + komrka progenitorowa # Profil Metaboliczny Jelit: 241 Wykorzystywanie energii na wasne potrzeby (katabolizm procesy energochonne ): > Trawienie > Wchanianie > Odnowa i regeneracja > Biotransformacja Procesy syntezy (anabolizm): > Regeneracja > Gojenie Koordynacja odpowiedzi immunologicznej (IMMUNOMETABOLIZM): > Modulacja odpowiedzi > rdo: > Mediatorw stanu zapalnego: > Resolwiny biaka wygaszajce stan zapalny > Protektyny biaka wygaszajce stan zapalny Integracja z mikrobiot jelitow Biotransformacja ksenobiotykw Trawienie i wchanianie biaek, cukrw, lipidw Transport lipidw: > Synteza chylomikronw > Synteza HDL TICE - przezjelitowe wydalanie cholesterolu Wytwarzanie substratw prozapalnych synteza: GIP GLP -1 Profil Metaboliczny Jelita : > Uwalnianie energii na wasne potrzeby (katabolizm) : > trawienie > wchanianie > odnowa i regeneracja > biotransformacja > procesy energochonne > Procesy syntezy (anabolizm) : > regeneracja > gojenie > Koordynacja odpowiedzi immunologicznej IMMUNO METABOLIZM : > modulacja odpowiedzi > rdo: > mediatorw stanu zapalnego > resolwin > protektyn ( biaka wygaszajce stan zapalny ) > Interakcja z mikrobiot jelitow > Biotransformacja ksenobiotykw > Trawienie i wchanianie biaek, cukrw i lipidw 242 > Transport lipidw : > synteza chylomikronw > synteza HDL > TICE przejelitowe wydalanie cholesterolu > Wytwarzanie inhibitorw pomocnych synteza: > GIP > GLP -1 Prawidowy Metabolizm : Deregulacja Metabolizmu : funkcjonalna bariera luzwkowa nieszczelna bariera luzwkowa regeneracja nabonka upoledzenie zdolnoci regeneracyjnych gojenie tkanek Uszkodzenie i rany tkanek symbioza dysbioza nawracajcy stan zapalny Skutki deregulacji : > uruchomienie w mitochondrium i ER szlaku adaptacyjnego na stres > plastyczno metaboliczna > reprogramowanie metaboliczne element patogenezy > Choroby: > Niezapalne zaburzenia funkcjonalne (np. Zesp jelita draliwego) > Choroby zapalne (choroba Leniowskiego -Crohna) > choroby nowotworowe # Jelito Cienkie: Kosmek Krypta Komrki 1. rnicujce si 2. dojrzewajce 1. ISC, 2. Panetha, 3. amplifikujce rda E 1. glukoza, 2. FA (te malan) 3. aminokwasy glukoza Dominujcy Proces fosforylacja oksydacyjna glikoliza beztlenowa Typ Biaek 1. biaka rbka szczoteczkowego, 2. biaka transportu lipidw 3. enzymy cyklu Krebsa i acucha oddechowego 4. metabolizmu: puryn, fruktozy, argininy i steroidw 1. zwizane z syntez i fadowaniem biaek 2. zwizane edycj RNA i translacj 3. odpowiedzi na hipoksj 4. metabolizmu nukleotydw Enterocyty powstaj w kryptach, gdzie dominuje glikoliza beztlenowa (mao ROS). 243 Z czasem wspinaj si coraz wyej, stopniowo przechodz na fosforylacj oksydacyjn, co zwikszaja syntez ROS. To powoduje, e stres oksydacyjny osiga apogeum po tym, jak enterocyt dotrze na szczyt kosmka, ulegajc apoptozie i zuszczeniu. # Energetyka Enterocytw : > Pozyskuj energi z rnych rde (podwjne zasilanie): z krwi, ze wiata jelita. > Jelito korzysta z obu tych rde po trochu > Szeroka gama substratw energetycznych: glukoza, aa, FA. > Enterocyty nie maj preferowanego substratu E! > 1. Glukoza : > Pobierana przez bon szczytow przez SGLT1 > Pobierana z krwi przez bon bazolateraln przez GLUT2 Wychwyt glukozy i ekspresja SGLT1 jest najwiksza w kryptach i maleje wraz ze wspinaczk, najmniejsza jest na szczycie kosmka. 2. Aminokwasy : > Gln, Glu, Asp > Podwjne zasilanie, ale duo silniejsze ze strony jelita. 3. FA : > Wikszo reestryfikowana i pakowana w chylomikrony. > Mog je magazynowana w niewielkich ilociach. > Mog je utlenia > Cz to produkty mikrobioty (SCFA). > Dyfuzja bierna FA > Dyfuzja uatwiona FA + cholesterol # Jelitowa Biotransformacja Ksenobiotykw : Cel: > polarnnoci > rozpuszczalnoci > detoksykacja 244 Powstajcy metabolit moe mie: > aktywno > +/ - tak sam aktywno (np. morfina) > aktywno > now aktywno nabyt w wyniku biotransformacji (np. proleki) > moe wpywa na aktywno innego metabolitu > Wzdu jelita s rne enzymy biotransformacji > Najwaniejszy transporter = glikoproteina P: > transport aktywny > wchanianie lekw z jelita > wchanianie lekw przez barier krew -mzg > wydalanie lekw z ci i moczem 1. Faza I : > Gwnie jelito krte > Reakcje utleniania, redukcji i hydrolizy > Dominuj enzymy z rodziny CYP450 (gwnie CYP3A4 i CYP2C9) > Ilociowo: CYP > UGT > SULT Ekspresja CYP maleje wzdu jelita najwiksza w dwunastnicy, najmniejsza w jelicie grubym! 2. Faza II : > Gwnie jelito grube. > W jelicie grubym jest najwicej UGT i SULT. > Reakcje sprzgania wzrost rozpuszczalnoci. > Reakcje: glukuronylacja, glutationylacja, metylacja, acetylacja, sulfonyzacja, sprzganie z aa. # Metabolizm pierwszego przejcia : > Efekt pierwszego przejcia = eliminacja/osabienie dziaania leku na skutek biotransformacji w jelicie i wtrobie. > Dominuje CYP3A4: (+) Induktory ryfampicyna, 245 glukokortykoidy, barbiturany, dziurawiec. (-) Inhibitory erytromycyna, klarytromycyna, ketokonazol, metronidazol, cyprofloksacyna, sok grejpfrutowy, Gorzknik kanadyjski Dziaanie: (+) Induktory : zmniejszaj biodostpno lekw przez pogbienie efektu pierwszego przejcia. (-) Inhibitory : CYP3A4 zwikszaj biodostpno leku poprzez hamowanie efektu pierwszego przejcia. Przykad: sok grejpfrutowy: glikoproteina P, CYP3A4 biodostpno. Leki metabolizowane przez CYP3A4 : 1. Przeciwlipemiczne (statyny). 2. Przeciwhistaminowe 3. Przeciwlkowe. 4. Immunosupresyjne. # Wyczuwanie skadnikw pokarmowych : > Komrki enteroendokrynne: Wyczuwaj lipidy, glukoz, aa. Wydzielaj: GLP -1, Cholecystokinin (CCK). Dziaanie dwutorowe: Pobudzenie nerww informacja dla mzgu wpyw na regulacj apetytu wydzielanie (np. insuliny). Bezporedni wpyw na metabolizm narzdw: Wychwyt glukozy, Syntez glukozy de novo. GLP -1 i jego analogi zwikszaj wraliwo komrek na insulin, mimo e powoduj te jej wydzielanie z trzustki. 246 # Jelito Grube > Najwiksza mikrobiota: > Gwnie anaeroby. > Wolniejsza perystaltyka. > Akumulacja biologicznie czynnych metabolitw mikroflory jelitowej: > Mikrobiota wytwarza: Malan, octan, propionian (SCFA), Mleczan, Karnityn, NO homeostaza, wazodylatacja, perystaltyka, destrukcja. Poliaminy gojenie, proliferacja. W jelicie grubym s gwnie krypty, ktre korzystaj z O na drodze fosforylacji oksydacyjnej, co utrzymuje stan hipoksji w jelicie symbioza z anaerobow mikrobiot. Wrodzone zapalenie jelita grubego : > ekspresji transportera dla malanu: SLC16A1/MCT1 > -oksydacja. > godzenie kolonocytw > Glikoliza beztlenowa dostpno O dysbioza z anaerobami. > AMP (peptydy antybakteryjne) iloci niekorzystynych bakterii. Mikroflora Jelita : 1. Fermentacja cukrw zoonych dla nas niestawialnych (np. bonnik): Powstaj CO, H, SCFA: > octan > propionian > malan 83% SCFA w jelicie grubym. Tylko 5% SCFA jest wydalana z kaem; 95% jest wchaniana. 2. Fermentacja aminokwasw: Powstaj rozgazione SCFA. Powstaj: CO, HS, CH, 247 fenole, indole. Fenole s toksyczne redukcja zapale. Powstaj zmiany biogenne dobre, o ile synteza pod kontrol. 3. Dostarczaj substratw E nie tylko kolonocytom: > MALAN = GWNE RDO E DLA KOLONOCYTW ! > Kolonocyty metabolizuj do 90% malanu. > Mikrobiota wpywuje do 70% octanu i 90% propionianu. > Reszta trafia na obwd (np. minie wykorzystuj octan). 4. Octan, Propionian i Malan reguluj metabolizm cholesterolu i FA. Jak komrki pobieraj SCFA? : transportery kwasw monolokarboksylowych: > Transporter MCT -1 > Transporter SMCT -1. SCFA nie mog przej drog dyfuzji prostej, poniewa wystpuj w formie zjonizowanej. Komrki silnie ekspresjonujce MCT -1 i SHCT -1: Kolonocyty, wtroba, miocyty korzystaj z SCFA do E. Limfocyty (MCT -1) immunomodulacja. # Przykad, kiedy nasycone FA mog dziaa prozdrowotnie : # Malan: Zwiksza resorbcj wody i elektrolitw z jelita biegunki . Dostarcza energi: wspiera procesy regeneracji, odnowy, gojenia. Dziaa przeciwnowotworowo: Odpowiada za odwrotn zaleno pomidzy spoyciem bonnika, a ryzykiem raka jelita grubego. Jak malan dziaa na efekt Warburga? Efekt Warburga kom. nowotworowe przestawiaj swj metabolizm na wykorzystywanie glukozy w glikolizie beztlenowej, niezalenie od dostpnoci O. > Malan dziaa na kinaz pirogronianow PK i promuje reakcj defosforylacji PEP pirogronian, co znosi efekt septyl od butelki. > Wychwyt glukozy przez GLUT1. > Ekspresja G6PDH (cykl pentozofosforanowy). 248 > Dehydrogenaza pirogronianowa: Przekierowanie komrek na -oksydacj malanu do acetylo -CoA. Zmniejsza zuycie glukozy i produkcj mleczanu Wykorzystanie Gln do syntezy lipidw # Paradoks malanu : Dziaa przeciwproliferacyjnie i proapoptycznie na transformowane komrki Dziaa proproliferacyjnie na zdrowe komrki Malan odwraca efekt Warburga, wpywajc na enzymy glikolizy i cyklu pentozofosforanowego Zrnicowane Kolonocyty Nowotworowe Kolonocyty Energetyka Komrki Szybka -oksydacja malanu, niskie stenie w komrce Efekt Warburga wykorzystanie glukozy = nagromadzenie malanu Modyfikacja Histonw Aktywna deacetylaza HDAC, wyciszenie transkrypcji Malan hamuje HDAC, transkrypcja genw (m.in. apoptozy) Progresja Cyklu Kom. Brak inhibicji progresja cyklu, malan dodatkowo dostarcza E do proliferacji Ekspresja genw hamujcych progresj cyklu komrkowego, indukcja genw rnicowania i apoptozy Im wicej bonnika w diecie, tym wicej malanu w jelicie, co za tym idzie: mniejsze ryzyko roli jelita grubego > W nowotworowych kolonocytach malan akumuluje si w jdrze. > W nowotworowych kolonocytach efekt Warburga wygasza -oksydacj malanu > Nagromadzony malan dziaa przeciwproliferacyjnie i proapoptotycznie: Hamuje deacetylaz HDAC rozlunienie chromatyny. Aktywuje FOXO3A ekspresja genw hamujcych cykl komrkowy. Poprzez FOXO3A uwraliwia komrki na dziaanie promieniowania radioterapia . # Malan moduluje ukad odpornociowy : > Limfocyty Treg : proliferacja Treg moliwoci funkcjonalne Treg Powstawanie Treg z naiwnych prekursorw TCD4 . Malan dziaa poprzez hamowanie HDAC9 FOXP3. > Komrki Dendrytyczne: > o Tolerancja na antygeny. > o Powstawanie komrek tolerogennych. > Neutrofile, Makrofagi, Limfocyty: > o NFkB cytokin prozapalnych, biaek adhezyjne dziaanie antyzapalne. 249 # HDAC deacetylaza histonowa : > Najsilniejszy regulator = malan (malan > propionian > octan). > Usuwa reszt acetylow lizyny, co pozwala na szczelne owinicie DNA. > Hamowany na 2 sposoby: 1. Ekspresja malan hamuje poprzez receptor bonowy GPCR. 2. Aktywno malan dostaje si do komrki poprzez MCT -1. # Niedobr malanu w jelitach : > Zaburzenia funkcjonowania luzwki zarwno jelita cienkiego, jak i grubego. > Zesp jelita draliwego: Zaburzenia gospodark wodno -elektrolitow biegunki Zaburzenia perystaltyki > Prowadzi do niedoboru E kolonocytw regeneracja szczelno. > Immunomodulacja stan zapalny. > Paradoks malanu jego niedobr te sprzyja nowotworom. # Malan w klinice : > Zastosowanie: Zesp jelita draliwego. Ch. Leniowskiego -Crohna. Wrodzone zapalenie jelita grubego. Zapalenie jelit po nawietlaniu lub stosowaniu chemioterapii. Zapalenie jelita operacyjnie wyczonego z pasau. > Nietoksyczny praktycznie nie do przedawkowania > Problemy: > Jebie z dupy. > Wychwytywany przez grne odcinki przewodu pokarmowego rozwizanie = otoczkowanie trjglicerydami zwiksza % docierajcego malanu do jelita cienkiego i grubego. # Mzg : > Zuywa najwicej E. > Zuywa a 25% caej glukozy. > Zuywa 20% caego O: Oddychanie tlenowe. Synteza neuroprzekanikw. 250 Synteza NO. Synteza eikozanoidw. > Zuycie E w mzgu jest nierwnomierne: 80% wykorzystuj neurony stanowice 10% kom. mzgu Zuycie ronie zalenie od obszarw aktywnoci mzgu. Najwysze zuycie E jest na synapsach: Synteza neuroprzekanikw. Recykling pcherzykw. Utrzymanie odpowiedniej wartoci potencjau bonowego. > Dostpno O i metabolizm mzgu na bardzo plastyczne i modyfikowalne. > Wymaga kooperacji: Sprzenie nerwowo -naczyniowe (neuron obwody naczynie). Sprzenie neurometaboliczne (neuron astrocyt). > Zaburzenia metabolizmu tenowego oraz dysfunkcja mitochondriw s cech wspln chorb neurodegeneracyjnych z upoledzeniem funkcji poznawczych. > Hipoksja moduluje funkcje metabolizmu i dziaanie neuronw: Pierwotna tolerancja niedotlenienia mzg wytrzyma ktrki czas bez O W czasie hipoksji mzg stara si wyduy czas tolerancji. Reprogramowanie metaboliczne mechanizm adaptacyjny. # Sprzenie Nerwowo -Naczyniowe : 1) Za porednictwem NO: > Sprzenie neuron naczynie krwionone: NO si samoreguluje nasilony przepyw krwi unieczynnia NO, poprzez jego neutralizacj przez erytrocytarny system antyoksydacyjny 251 2) Za porednictwem Ca : > Sprzenie astrocyt - naczynie krwionone 252 Astrocyt uwalnia Ca z wypustek. Ca dziaa na kurczliwe perycyty, indukujc szlaki wazodylatacyjne. # Sprzenia Neurometaboliczne (neuron - astrocyt) : > Kooperacja metaboliczna pomidzy neuronem a astrocytem jest tak silna, e mwi si nawet o wsplnej "jednostce metabolicznej": > Przemiany mog by swoimi odbiciem lustrzanym (niezupenym). > Metabolity s przerzucane celem kontynuacji procesw w obu komrkach. 253 1) Cykl glutamino -glutaminowy 254 Glutaminaza w neuronie to izoenzym GLS1 (typu nerkowego). GLS2 (typu wtrobowego) te wystpuje, ale nie bierze udziau w cyklu Gln -Glu. Glutaminaza jest aktywna ufosforylowana. 255 2) Czenko mleczanowe: Astrocyt: > Izoforma DH mleczanowej LDH5 (wiksze powinowactwo do pirogronianu). > Transporter mleczanu MCT4 (eksporter). Neuron : > Izoforma DH mleczanowej LDH1 (wiksze powinowactwo do mleczanu). > Transporter mleczanu MCT2 (importer). Aktualnie uwaa si, e czenko istnieje i wspiera metabolizm neuronw w czasie neurotransmisji (okres wzmoonego zapotrzebowania na ATP), ale znaczenie mleczanu jako rda E jest mniejsze, a glukozy wiksze ni w oryginalnie przyjtej hipotezie. # Energetyka Neuronu : > rda Energii: Glukoza przez GLUT3 80% puli mzgowej glukozy. Metabolity glukozy (pirogronian) z mleczanu i alaniny. Ciaa ketonowe - godzenie. FA (dusze godzenie skrajne wyczerpanie) 256 > Zapas Energetyczny: Fosfokreatyna. Fosfoarginina. Zapotrzebowanie na energi niemal w caoci zapotrzebowanie pokrywa glukoza. Neurony nie wykorzystuj FA, poniewa ich utlenienie zuywa wicej O oraz produkuje wicej ROS neurotoksyczno # Energetyka Astrocytu : > rda Energii: Glukoza przez GLUT1 Glutaminian (wychwyt gwnie przez GLAST). FA (do 20%) - godzenie. > Zapas Energetyczny: Glikogen: Gwne rdo mleczanu dla neuronw czenko mleczanowe. Nie magazyn, raczej bufor ciga synteza i rozkad. TAG: Krople tuszczu w astrocytach. TAG + fosfolipidy i sfingolipidy. W naczyniach stenie glukozy = 3-6 mM , a w parenchymie mzgu = 0,5 -1 mM (reszte wychwyty z astrocytw) , ale dziki fosforylacji go glukozo -6-P utrzymywany jest wysoki gradient ste, co usprawnia prac GLUT3 o i tak wysokim powinowactwie. Efekt = neuron pobiera glukoz choby nie wiadomo jaki chuj 257 # Metabolizm Lipidw : 1) Neuron : > FA s wykorzystywane w minimalnym stopniu raczej tylko w sytuacjach ekstremalnych (skrajny gd, wyczerpanie). > Unikaj -oksydacji, poniewa powoduje stres oksydacyjny i stan zapalny. > Preferuj KB k etoliz : Acetylo -CoA produkt. Nie wymagaj -oksydacji. Mniejsza aktywno acucha oddechowego. rdo: wtroba, astrocyty. > FA przekazane przez astrocyty wykorzystuj do syntezy lipidw strukturalnych: B. komrkowa Mediatory pro - i przeciwzapalne. Produkty wtrne utlenienia: DAG , IP3. > Neurony maj mniejsz zdolno syntezy cholesterolu ni kom. glejowe. 2) Astrocyt : > FA pokrywaj 20% zapotrzebowania E. > Wychwytuj FFA zwizane z albumin z krwi lub synteza z glukozy: Transport do komrki przez FAT/CD36 , zwizanie przez FABP7 > FFA pochodzce z lipidw t. tuszczowej (gd): Zuycie jako rdo E. Ketogeneza dla neuronu. > FFA uwalniane z chylomikronw przez mzgow LPL (po posiku): Zmagazynowane jako TAG. Wykorzystanie do syntezy lipidw strukturalnych lub przekazanie neuronom. Utlenienie do acetylo -CoA sterole lub ketogeneza. # Acetylo -CoA : 1) Neuron :258 > rda acetylo -CoA : KB (od astrocytw lub z krwi od wtroby). Mleczan (od astrocytw i oigodendrocytw) tylko przy dobrym stanie E Cytrynian (z krwi lub z wasnego cyklu Krebsa). Glukoza i FA nie s rdem acetylo -CoA w neuronach. > Wykorzystanie acetylo -CoA : rdo energii (90% acetylo -CoA). Prekursor syntezy steroli, FA i innych lipidw. Acetylacja biaek (np. histonw). Acetylacja lipidw (np. choliny acetylocholina). Acetylacja wglowodanw (np. glukozy N -acetyl). Acetylacja aminokwasw (np. N-acetyloasparaginianu ). # N-acetyloasparaginian : > o Powstaje tylko w mitochondriach neuronw. > o Tylko one maj enzym NAT (N -acetylotransferaza asparaginianowa). > o NAA (N -acetyloasparaginian) jest markerem neuronw w MRI. > o NAA jest oddawany oligodendrocytom, ktre wykorzystuj go jako rdo acetylo -CoA do syntezy mieliny, gwnie cholesterolu. 2) Astrocyty i Oligodendrocyty : > rda acetylo -CoA : Glukoza (gdy jest jej duo). FFA z krwi. Octan z krwi (mikrobiota/dieta). > Wykorzystanie: Synteza FA i cholesterolu (mielina). Ketogeneza. 259 # Wpyw strukturalnych lipidw na astrocyty i porednio neurony: # DHA kwas dokozaheksaenowy : > Astrocyty wychwytuj go z krwi lub syntetyzuj i przekazuj neuronom. > Fosfolipidy neuronw s wzbogacone w DHA i AA > Fosfolipidy z DHA: Zwikszaj pynno bony i jej przepuszczalno dla jonw. Poprawiaj neuroplastyczno (ciesze bony = mniej utykania). Umoliwiaj dokowanie pcherzykw w bonie. > Dziaanie przeciwzapalne: Hamuje szlak NFB. Inhibitor kompetencyjny COX. Daje oksygenazowe produkty neuroprotekcyjne: Rezolwiny, neuroprotektyny, merazyny . # Cholesterol : > Hamuje translokacj GLUT1 wychwyt glukozy. > Reguluje pynno bony i stymuluje rozrost neuronw. > Ceramid jest cytotoksyczny indukcja szlaku apoptozy. > Fosfatydyloseryna hamuje apoptoz poprzez aktywacj PKB. 260 W neuronie s rne pule Acetylo -CoA, ktre maj rne przeznaczenie: Octan z krwi trafia gwnie do oligodendrocytw i zasila pul acetylo -CoA wykorzystywanego gwnie do syntezy mieliny. Oligodendrocyty wykorzystuj te NAA do syntezy mieliny. W razie potrzeby utleniaj acetylo -CoA w celu uzyskania energii. Zaburzony metabolizm lipidw neurodegeneracja np. ALS : > ALS stwardnienie zanikowe boczne. > Zmiany w ALS: -oksydacji ROS stres OX. dysfunkcja mitochondriw. Defekty cytoszkieletu. Defekty transportu. Stan zapalny. Ekscytotoksyczno (peroksydacja lipidw). Uwolnienie neurotransmitera. # Serce > Pompa , ktra przeksztaca E chemiczn na E mechaniczn > Typ metabolizmu: Dominuje tlenowy. Elastyczno metaboliczna > rda E: FA (70 80%). Glukoza. Mleczan. KB. 261 Aminokwasy rozgazione. > Wykorzystanie E: Na skurcz (60 90%). Na pompy jonowe (30 40%). Reszta? Chuj z reszt (~0%). > Zapas ATP w sercu : May, wyczerpany w kilka sek. Uzalenione od caej syntezy ATP. Magazynuje glikogen i fosfageny (ale nieduo). Utrata elastycznoci metabolicznej lub nieprawidowa adaptacja metabolizmu spadek ATP (30 40% ) i fosfokreatyny b rak odpowiedniego dziaania dla skurczu niewydolno serca. Niewydolno serca jest gwn przyczyn niealkoholowych zgonw. # Metabolizm Wglowodanw : > rda : Glukoza z krwi GLUT1 i GLUT4. Glukozo -6-P z glikogenu. Mleczan z krwi (wychwyt przy nadwyce mleczanu lub deficycie E w kardiomiocytach i jest utleniany). > Losy glukozy: Glikoliza tlenowa: izoenzymy: heksokinazy HK1 i HK2 . Fosfofruktokinazy 1, 2 (PFK1 i 2 ). PDH aktywna po defosforylacji. W maym stopniu powstaje mleczan (LDH5: pirogronian mleczan): Z nadwyki glikogen Troch na szlak heksozamin. Troch na cykl pentozofosforanowy. # Metabolizm Lipidw : > rda : FA: FFA z krwi. Chylomikrony i VLDL (LPL). KB (z krenia w trakcie godzenia). Losy lipidw : Synteza i gromadzenie TAG z nadwyki FA i glukozy -oksydacja FA (regulowana przez CPT1). Ketoliza (lepszy stosunek ATP/O ni FA, ale gorszy od glukozy). 262 Rozgazione aminokwasy i ciaa ketonowe nie s intensywnie wykorzystywane przez serce jako rdo E, ale za to moduluj kaskady sygnaowe (np. mTOR), przyczyniajc si do acetylacji. Rozgazione aa (BCAA) i ketony stymuluj mTOR : # Zaburzenia i Adaptacja Metabolizmu : > W patogenezie niewydolnoci serca zaburzenia metaboliczne pojawiaj si bardzo wczenie, zaraz po zaburzeniu perfuzji. > Stres hemodynamiczny Stymulacja hipertrofii: Stymulacja hipertrofii jest wywoana gwnie przez ekspresj genw zwizanych z metabolizmem energetycznym. Kluczowa rola LDH1 i mleczanu. 263 # Remodeling podana adaptacja, ktra sprzyja regeneracji: > Glikoliza : GLUT. Heksokinazy (HK). Fosfofruktokinaza (PFK). > Reakcja pomostowa: PDH. 264 > -oksydacja FA : CPT1 (przez malonylo -CoA i etomoxir). > Zuycie BCAA (wal, leu, ile): Przekierowanie na szlak mTOR . Fosfataza PP2Cm DH rozgazionych -ketokwasw . Dlaczego wanie te zmiany? > Mniejsze zuycie O, ktre staje si deficytowe. > Mniejsze obcienie T. oddechowego ROS. > Mniej ROS stres OX. # Niewydolno serca : > Elastyczno metaboliczna. > Dysfunkcja mitochondriw stres oksydacyjny. > Zmiany w preferencjach rda E. > Wieloczynnikowa patogeneza: Model niewydolnoci (z niedotlenieniem czy bez). Czas trwania. Choroby wspistniejce. Wspzachodzce zmiany molekularne. Parametr Zmiana w niewydolnoci serca Synteza ATP o 30 40% ATP/fosfageny Metabolizm tlenowy (metabolizm tlenowo -beztlenowy) FA jako paliwo Glukoza jako paliwo KB jako paliwo ? Wychwyt glukozy Glikoliza tlenowa (glikoliza beztlenowa) 265 GLUT1 GLUT4 Synteza ROS T. oddechowy Synteza glikogenu Insulinooporno (insulinooporno) Mleczan jako paliwo E (pobr i wtrna glikoliza) pH zakwaszenie, akumulacja H Przeadowanie komrek Na i Ca Degradacja biaek kanaowych na Ca Homeostaza jonowa Szlak heksozaminoglikanw (remodeling serca) Napyw FA ale -oksydacja Odkadanie TAG (efekt rozkad tuszczu) Synteza DAG, ceramidw Lipotoksyczno Insulinooporno Jak poprawi metabolizm w niewydolnym sercu? : > Promocja przemian o korzystnym stosunku ATP/O . > Glikoliza tlenowa (np. dichlorooctan). > Utlenianie KB (np. empagliflozyna). > Hamowanie utleniania FA (najgorszy bilans ATP/O, ROS) (np. trimetazydyna, SSO raczej dodatkowo). Dichlorooctan inhibitor PDK (PDK hamuje PDH przez fosforylacj). > Empagliflozyna inhibitor kompetycyjny SGLT2 w nerkach i efekcie wyadowanie glukozy z Na z moczem stymuluje utlenianie KB (brak glukozy). > Trimetazydyna lipokationowe bloker 3 -ketoacyl -CoA (ostatni etap -oksydacji). > SSO agonista translokazy FAT/CD36 .266 # 10. Nowo twory i krew # Metabolizm komrek krwi: Funkcje krwi: > transport O, CO erytrocyty > transport HO, jonw, hormonw, sub. odywczych i metabolitw > krzepnicie i fibrynoliza trombocyty > reakcje odpornociowe leukocyty > ukad buforowy > ochrona antyoksydacyjna > generator ROS erytrocyty, leukocyty # Leukocyty: > Synteza biaek stanowi 20% zapotrzebowania energetycznego leukocytw > 1 leukocyt w spoczynku potrzebuje 2,77 10 kJ/dob > Czowiek ma 5,8 10 leukocytw z czego 3,5 10 krcych > 1606,6 kJ/dob = 384 kcal kosztuje nas utrzymanie leukocytw przez dob, ktre s w stanie "spoczynku Aktywacja leukocytu: > 1,5x wiksze zapotrzebowanie E > zalenie od siy infekcji aktywowane jest 30 60% leukocytw > 384 kcal/dob aktywacja: 557 - 730 kcal/dob > Podstawowa przemiana materii (PPM): mczyzna: 1720 kcal/dob (mocna infekcja stanowi 42% PPM) kobieta: 1350 kcal/dob (mocna infekcja stanowi 54% PPM) rda E leukocytw: > glukoza > FA > KB > Szkielety aa (gwnie Gln = glutamina) 267 Skd si bior? Wtroba: > glukoza (glikogenoliza, glukoneogeneza) > KB (ketogeneza) Tk. tuszczowa: > glicerol > FA (dla innych komrek gwnie) Minie: > aa (transaminacja/deaminacja szkielety wglowe) Macierz zewntrzkomrkowa (ECM): > biaka > cukry Zwyka infekcja (do 7 dni) ubytek masy ciaa 2,5 kg Dusza infekcja ubytek masy ciaa > 2,5 kg: > przewleka infekcja > Przeduona ostra infekcja (np. Covid) > Choroby nowotworowe # KACHEKSJA - stan, w ktrym utrata masy ciaa > 5% masy w cigu 6 miesicy lub > 2% masy, jeli: BMI < 20 kg/m 2388 kcal - zazwyczaj przyjmujemy z diet 4776 kcal/dob - max absorpcji jelit w cigu doby Rytm okoodobowy a leukocyty Od 6:00 (pobudka / ranek): > aktywno ukadu P -P-N i ukadu wspczulny > pik kortyzolu i adrenalina i noradrenalina uruchomienie zasobw E: glukoneogeneza lipoliza z -oksydacj Proteoliza (minimalnie) minimalnie glikogenoliza (bo ju i tak brakuje gikogenu w nocy nie raczej nie wpierdalasz arcia) 268 > Mzg, serce, minie, erytrocyty (kosztem leukocytw) > leukocyty nie dostaj zbyt duo paliw > Kortyzol i katecholaminy hamuj uk. Immunologiczny! Wyjtki: Wydzielanie przeciwcia (stymulowane przez uk. Wspczulny) Krenie leukocytw we krwi (stymulowane przez o P -P-N [podwzgrze -przysadka - nadnercza] i uk. Wspczulny) patrolowanie to robota dzienna wicej zagroe ni w trakcie snu Od 12:00 (popoudnie i wieczr): > aktywno P -P-N: uk. wspczulny) > kortyzol i katecholaminy > melatoniny, GH, prolaktyna te 3 rosn szczeglnie w nocy Od 22:00 (sen): > Odcinanie mini i mzgu od paliw wysokoenergetycznych > przeczanie E na: uk. immunologiczny wyerka leukocytw procesy regeneracyjne i wzrost (dzieci) > Przekierowanie glukozy dla leukocytw zaraz po zaniciu > 20:00 24:00 FFA, KB, glicerol # Dzie vs Noc: Dzie Noc Konsumenci Mzg Minie Uk. Immunologiczny + regeneracja i wzrost Hormony Kortyzol Adrenalina Melatonina GH 269 Noradrenalina O P -P-N Prolaktyna Kortyzol Adrenalina Noradrenalina O P -P-N Dominujce procesy Lipoliza z Glikogenoliza Glukoneogeneza proteoliza Glukoneogeneza ketogeneza # Problemy z pozyskiwaniem E podczas infekcji: 1. Problem rozlegy/oglnoustrojowy angauje rda oglnoustrojowe 2. Problem lokalny nie aktywne rozkadu rde oglnoustrojowych, korzysta z: glukozy ju obecnej we krwi rde lokalnych: ECM (kolagen aa, GAG wglowodany) lokalne koci (Ca , PO ) koowy sygna nawracajca zgorzel/infekcja lokalne WAT (rda FA) > uruchamianie rde lokalnych dziki: IL -1, IL -6, TNF, IL -17 > Uszkodzone kom apoptoza fagocytoza przez komrki erne bez DAMPs i PAMPs brak wymagania stanu zapalnego # Co gdy problem lokalny wymknie si spod kontroli? > Cytokiny trafiaj do krwi i alarmuj cay system: apel energetyczny o paliwa wysokoenergetyczne do walki IL -1 natychmiastowa hipoglikemia i planowanie paliw do leukocytw > Efekty apelu energetycznego: glukoneogeneza, glikogenoliza (w wtrobie) synteza KB (w wtrobie) lipoliza gwnych depozytw WAT proteoliza mini Odwapnianie koci > Inne efekty cytokin IL -1, IL -6, TNF: kortyzol ( os. P -P-N) noradrenalina i adrenalina ( uk. wsplczulny ) W efekcie zahamowanie dostarczania paliw E do: mini osabienie Przewodu pokarmowego brak apetytu, ograniczenie aktywno jelit mzgu zamglenie umysu, oglnie sabe samopoczucie Gonad aktywnoci seksualnej (nie chce si rucha) 270 Problem apelu energetycznego i przekierowania wikszoci E na walk polega na tym, e zmniejszony apetyt i aktywno jelit nie pozwala na zaspokojenie zapotrzebowania kalorycznego, wic korzystamy z zasobw zmagazynowanych: 12kg TAG +6 -7kg biaek, co starc za na 20 -40 dni walki. W tym wyznaczonym przez metabolizm czasie musi si zmieci cay cykl aktywnoci immunologicznej: od rozpoznania patogenu po jego eliminacj oraz redukcj populacji limfocytw i regeneracj organizmu. Na nasze szczcie w wikszoci przypadkw ten czas wystarczy. Reminder: > Glikoliza: 36/38 ATP > Cakowite spalanie palmitynianu 16C 129 ATP > Spalanie stearynianu 18C 146 ATP > Glikoliza beztlenowa 2 ATP Leukocyty potrzebuj ogromnych iloci ATP w stanie spoczynku, wic powinno si wydawa, e jako gwny sposb pozyskiwania energii wykorzystuj ten, ktry jest najwydajniejszy, czyli cakowite utlenienie FA... CHUJA PRAWDA! Okazuje si, e leukocyty s ZJE BANE i nie potrafi liczy, wic wybieraj GLIKOLIZ BEZTLENOW!!! Leukocyty maj organella i zestaw enzymw pozwalajcy im pozyskiwa E w sposb zoptymalizowany: glikoliza beztlenowa / fosforylacja oksydacyjna (FOSF -OKS), zalenie od: > Obecnoci mitochondiw > dostpnoci O > Stanu spoczynku / aktywnoci: # Aktywne leukocyty: Czynniki determinujce metabolizm: cytokiny prozapalne ROS i reaktywne formy azotu (RNS) hormony stresu: 271 kortyzol Adrenalina noradrenalina prolaktyna > Te czynniki wpywaj na: kinazy: PI3K/AKT AMPK czynniki transkrypcyjne: HIF -1 (zwizany z hipoksj) c-myc > Stymulacja ekspresji i aktywnoci: GLUT 1/4 (PI3K/AKT, HIF -1, c -myc) heksokinaza (PI3K/AKT, HIF -1, c -myc) PFK (PI3K/AKT, HIF -1, c -myc, AMPK) PK (c -myc) LDH (c -myc, HIF -1) MCT 1/4 (HIF -1) Efekt Warburga wiksze pobieranie glukozy, ale mimo obecnoci O i mitochondriw w glikolizie powstaje mleczan, a fosforylacja oksydacyjna zachodzi bardzo sabo Paradoks efektu Warburga: > na jednostk glukozy w glikolizie powstaje 18 -19x mniej ATP ni przy fosforylacji oksydacyjnej, ale jednoczenie w jednostce czasu ilo pozyskiwanego ATP podobna. Przemiana glukozy w gikolizie jest 10 -100x szybsza ni jej cakowite utlenianie # Dlaczego akurat glikoliza beztlenowa? 1. Glikoliza jest szybsza w jednostce czasu jest wikszy wychwyt glukozy co pozwala na okradanie patogenw i kom. nowotworowych z glukozy przez leukocyty 2. Z wikszej iloci glukozy mona zasili inne szlaki: Cykl pentozofosforanowy: zapotrzebowanie na rybozo -5-P (synteza nukleotydw) olbrzymie zapotrzebowanie na NADPH: do syntezy ROS i FA - bro chemiczna - NOX wybuch tlenowy do regeneracji wasnej obrony antyoksydacyjnej glutation i peroksydazy Szlak heksozoamin: wykorzystanie glukozy i Gln (glutaminy) do syntezy UDP -N- acetyloglukozaminy , ktra suy do N-glikozylacji biaek , co jest potrzebne do: rozpoznania patogenu przez receptory (lektynowe i mannozowe) ekspresji biaek adhezyjnych Inne szlaki: 272 synteza aa (z fruktozo -1,6 -bisP i aldehydu -3-P-glicerynowego) synteza nukleotydw (z fruktozo -1,6 -bisP i aldehydu -3-P-glicerynowego) synteza glicerolu (z aldehydu -3-P-glicerynowego) synteza serynianu (z 3 -P-glicerynianu) fruktozo -1,6 -bisP, aldehyd -3-P-glicerynowy i 3 -P-glicerynian to metabolity glukozy # 3. Mniejsze zuycie O na cele E: > O potrzebne na zbrojenie synteza ROS reaktywne formy azotu (RNS) > tachykardia, wzrost cinienia, NO maj zapewni lepsze ukrwienie miejsca urazu / infekcji / zapalenia wicej O do leukocytw) > Waniejsze ni dostarczenie O jest usunicie mleczanu: zakwasza (nieoptymalne pH dla enzymw) sprzyja polaryzacji makrofagw w kierunku M2 (antyzapalnych) hamuje TILs (limfocyty aktywujce nowotwory) # Neutrofile: > uzalenione od glukozy > ubogie w mitochondria i kompleksy acucha oddechowego > produkuj RONS, peptydy antybakteryjne, lizosomalne hydrolazy > produkcja RONS w odpowiedzi na DAMPs/PAMPs wymaga aktywacji NOX Przykady zwizkw produkowanych przez neutrofile: ROS: O (anionorodnik ponadtlenkowy) HO OH (rodnik hydroksylowy) tlen singletowy ( O) kwas podchlorawy (HClO) Enzymy: mieloperoksydaza kolagenaza histaminaza elastaza kwana fosfataza katepsyny lizozym Arylosulfataza Aktywator plazminogenu MMP -9 Biaka nieenzymatyczne: 273 haptoglobina laktoferyna biako wice wit. B12 B2 -mikroglobulina albumina lipokalina -antytrypsyna biaka osocza CD35 # Zawarto ziarnistoci Ziarnistoci azurofine: -antytrypsyna arylosulfataza defensyny elastaza lizozym > Ziarnistoci elatynazowe: acetylotransferaza lipokalina -mikroglobulina MMP -9 lizozym > Ziarnistoci specyficzne: aktywator plazminogenu biako wice wit. B12 haptoglobina histaminaza kolagenaza -mikroglobulina MMP -9 lizozym laktoferyna # Mieloperoksydaza (MPO): > produkuje kwas podchlorawy > Powstaje z chloru i HO > produkuje te tlen singletowy z anionorodnik ponadtlenkowy O > hemoproteina nadaje glutom zielony kolor > produkuje ROS w obojtnym i kwanym pH adaptacja do zakwaszenia # Metabolizm E neutrofili: 274 1. Sposoby pozyskiwania E: glikoliza beztlenowa z mleczanem (gwnie) Fosforylacja oksydacyjna utlenianie FA glutaminoliza Maj wysok plastyczno metaboliczn, zalen od potrzeb i moliwoci 2. Glukoza jako gwne paliwo: Cykl pentozofosforanowy glikoliza beztlenowa Fosforylacja oksydacyjna Cykl pentozofosforanowy zachodzi intensywniej nawet od glikolizy! Potrzebny jest NADPH dla NOX produkcja ROS 3. Transportery glukozy: GLUT 1 (zapotrzebowanie bazowe) GLUT 4 ( ekspresja przy aktywacji neutrofili) GLUT 3 (pozwala wyapywa glukoz przy niskim steniu) 4. Maj relatywnie sporo glikogenu (rezerwa glukozy) # GLUT 3: > wysokie powinowactwo (niskie Km) > pozwala na wychwyt przy niskim steniu glukozy > 5 wiksza zdolno transportu ni GLUT 1 i 4 > indukowalny przy aktywacji > translokacja stymulowana przez: insulin IGF -1 aktywatory neutrofili LPS i fMLP 275 > GLUT 3 wystpuje we wszystkich leukocytach z charakterystyczny dla danego typu komrki aktywatorami: monocyty/makrofagi/neutrofile LPS, fMLP limfocyty fitohemaglutynina trombocyty trombina # Wytwarzanie ROS przez neutrofile: > Enzymy: MPO NOX SOD iNOS Cyt. P450 COX -2 LOX > ROS: O HO OH kwas podchlorawy tlen singletowy NO Nadtlenoazotyn (ONOO ) Nadtlenoazotyn (ONOO ) i OH s wtrne i nie powstaj bezporednio przez reakcje neutrofili Skutki uboczne aktywnoci przewlekej MPO i innych enzymw: > utlenianie LDL miadyca > modyfikacja receptora insulinowego cukrzyca > mutagenno RONS nowotwory # Metabolizm neutrofili a ich rnicowanie i funkcja Niedojrzay Dojrzay Neutrofil Glikoliza Autofagia 276 Niedojrzay Dojrzay Neutrofil Fosf - ox Oksydacja FA Cykl Krebsa Defekty oksydacji FA, cyklu Krebsa czy fosf -ox powoduj zahamowanie rnicowania neutrofili, ale nie s to procesy niezbdne do pozyskiwania energii oraz prawidowego funkcjonowania fagocytozy. Neutrofile s zalene od glukozy i glikolizy > Inhibitory glikolizy cakowity fagocytocyty i cios dla energii > Inhibitory fosf -ox glikoliza i nic strasznego si nie dzieje # NETy (neutrophil extracellular traps): > S to sieci z jdrowej chromatyny z biakami w utkaniu, ktre znajduj si poza komrk. Jej celem jest chwytanie mikrobw i lokalne zwikszenie stenia czynnikw je eliminujcych. > Formowanie NETw zaley od glikolizy i cyklu pentozofosforanowego (rdo NADPH). # Skad NETw: > DNA > Histony (z waciwociami antybakteryjnymi) > Biaka/enzymy z ziarnistoci: MPO, laktoferyna 277 elastaza elatynaza B Katepsyna G ~70% skadu NET to biaka: ilo i skad biaek jest rny Biakowy Odcisk Palca # Synteza i uwalnianie NETw: > Brak ROS brak NET (ROS s niezbdne do powstania NETw) > Proteazy serynowe (gownie elastaza neutrofilowa) umoliwiaj syntez i wyrzut NET # Problemy z NETami: > Na zewntrz komrki pojawia si DNA, a to raczej chujowo > Biaka NET ulegaj modyfikacjom dziaaj jak antygeny # MAKROFAGI: > Reaguj na stresory: patogeny Uszkodzenie tkanek nowotwory > Dbaj o homeostaz: Obrt komrek, czstek i kompleksw antygen -przeciwciao > Usuwaj skutki walki i przywracaj stan pierwotny: wygaszaj stan zapalny naprawiaj szkody regeneracja tkanek gojenie ran > # OGROMNA plastyczno: Odpowiedzi na zrnicowane bodce rnicowanie receptorw Aktywowanch cieek sygnaowych dostosowanie odpowiedzi do bodca Przemian metabolicznych dopasowanie energetyki do potrzeby oraz moliwoci syntezy Fenotypowa polaryzacja do rnych typw makrofagw w razie potrzeby Rnorodno makrofagw M2: M2a, M2b M2c 278 M2d (TAM) # Polaryzacja Makrofagw Polaryzacja Enzymy Funkcja M1 iNOS PFKFB3 PKH2 ACOD1 COX2 Mikrobiobjcza usuwanie patogenw Prozapalne Przeciwnowotworowe prezentacja antygenu odp. typu TH1 M2a ARG1 CARKL Przeciwzapalne przebudowa tkanek i ECM gojenie ran regeneracja M2b ARG1 CARKL Pronowotworowe Immunoregulacja odp. typu TH2 M2c ARG1 GS fagocytoza komrek Przebudowa immunosupresja M2d (TAM) ARG1 IDO Pronowotworowe proangiogenne Uwagi do enzymw: > INOS - indukowana syntaza NO jest znacznikiem makrofagw M1 > ARG1 - arginaza 1 jest znaczkiem makrofagw M2 # Charakterystyczne cechy fenotypw M1 i M2: M1 M2 enzymy iNOS (i te wyej) ARG1 (i te wyej) Gwny proces GLIKOLIZA FOSF -OX Inne procesy Cykl pentozofosforanowy (PPP) Synteza FA Synteza Gln glutaminoliza Utlenianie FA 279 Przerywany cykl Krebsa Peny cykl Krebsa Recykling Fe metabolity NO PGE2 Bursztynian Mleczan Cytrynian Kwas itakonowy Poliaminy Kynureiny # Energetyka makrofagw Makrofagi M1: > Gwne rdo E: GLUKOZA (68% E) > Gwny proces: GLIKOLIZA efekt Warburga 2 ATP zysku mleczan jako produkt > Glutamina i glutaminoliza (32% E) > Izoenzymy glikolizy o maej wydajnoci PKM2 i PFKBF3 , co promuje przepyw glukozy przez inne szlaki np. cykl PPP > zalenie od rwnowagi pomidzy formami PKM2 (monomer -dimer -tetramer): stymulowana jest ekspresja enzymw glikolizy przez czynnik HIF -1 (monomer i dimer), Tetramer katalizuje reakcj PEP pirogronian > LDH > PDH > acuch oddechowy nastawiony na syntez ROS Makrofagi M2: > Gwne rdo E: FA i glukoza > Gwne procesy: -oksydacja FA glikoliza cykl Krebsa fosf -ox > PDH > LDH > acuch oddechowy nastawiony na syntez ATP > W razie braku glukozy moe by ona zastpiona przez Gln > W glikolizie bardziej aktywna izoforma PFKBF1 280 Relacja pod wzgldem aktywnoci: PFKFB1 > PFKFB3 # Cykl Krebsa Makrofagi M1: 1. Nastawiony na syntez intermediatw do syntez m.in. zwizkw mikrobiobjczych 2. Jest przerywany przestaje by cyklem i powstaj 2 dziury na poziomie: 1. Dehydrogenazy izocytrynianowej (cytrynian -ketoglutarian) Cytrynian wypywa do cytoplazmy w celu: syntezy acetylo -CoA (bo z pirogronianu jest go niewiele przy PDH) syntezy NADPH synteza kw. itakonowego: antybakteryjny powstaje z cis -akonitanu przez enzym ACOD1 hamuje DH bursztynianow promuje ekspresj enzymw antyoksydacyjnych poprzez Nrf2 2. Dehydrogenazy bursztynianowej (bursztynian fumaran) Prowadzi to do akumulacji bursztynianu, ktry: syntez ROS stabilizuje HIF -1 ekspresja genw glikolizy (HK2, PFKBF3, PKM2) oraz transporterw 3. Wymaga uzupenienia - reakje anaplerotyczne: Makrofagi M2: Nic ciekawego typowy cykl Krebsa. # Cykl Pentozofosforanowy Makrofagi M1: > Bardzo aktywna cz oksydacyjna > Generuje NADPH: 281 dla NOX O regeneracja glutationu i enzymw antyoksydacyjnych syntezy redukujce synteza FA, eikozanoidw np. PGE2 > Cz nieoksydacyjna jest hamowana > Ekspresja kinazy CARKL jest obniona Makrofagi M2: > Aktywna jest cz nieoksydacyjna > Synteza rybulozo -5-P do syntezy nukleotydw i UDP (do syntezy heksozamin) > Ogromna ekspresja kinazy CARKL promuje cz nieoksydacyjn i syntez rybulozo -5-P przyczynia si do polaryzacji M2, hamujc M1 # Glutaminoliza Makrofagi M1: > Reakcja anaplerotyczna cyklu Krebsa w celu odtworzenia -ketoglutaranu > Alternatywne rdo E dla glukozy ( 32% E )! Makrofagi M2: > Gln (glutamina) syntezowana z Glu (glutaminianu) dziki syntetazie Gln > Gn wykorzystywana do syntezy heksozamin (aminocukrw): istotny element receptorw istotny budulec ECM > Gln stanowi alternatywne rdo E # Metabolizm lipidw Makrofagi M1: 282 > Synteza FA: rdo lipidowych mediatorw zapalnych poprzez dziaanie COX2 COX2 eikozanoidy (np. PGE2) > Reprogramowanie metabolizmu cholesterolu: Spada synteza de novo oraz wychwyt cholesterolu , poniewa bakterie wykorzystuj cholesterol do inwazji poprzez swoje biaka cytolizyny Akumulacja lanosterolu (intermediatu syntezy cholesterolu), ktry: Zwiksza pynno bony Uatwia fagocytoz Makrofagi M2: > Oksydacja FA rdo E > rdo lipidowych mediatorw przeciwzapalnych: protektyny Resolwiny marezyny # Katabolizm Argininy > Arg musi by uzupeniana z diety w przypadku jej nasilonego katabolizmu > stan nasilonego katabolizmu towarzyszy aktywacji makrofagw ! > Zarwno M1, jak i M2 korzystaj z Arg, ale katabolizuj si rnie celem osignicia produktw o fundamentalnym znaczeniu dla ich funkcji! Makrofagi M1: > Dominuje szlak syntezy NO > Izoenzym iNOS (NOS2) : iNOS/NOS2 katalizuje reakcj: Arg + O cytrulina + NO Z cytruliny moe powsta argininobursztynian, a z niego fumaran reakcja anaplerotyczna NO jest rodnikiem i prekursorem RONS , szczeglnie nadtlenoazotynu mocnego mikrobjcy Makrofagi M2: > Dominuje szlak syntezy poliamin i aminokwasw > Enzym: arginaza 1 (ARG1) : ARG1 katalizuje reakcj: Arg ornityna + mocznik Ornityna jest wykorzystywana do: 283 Syntezy poliamin: Synteza aa: Pro i Glu dziki ornitynowej AT (OAT) Poliaminy przeycie, proliferacja, rnicowanie do M2, immunomodulacja aa do syntezy biaek, szczeglnie Pro do kolagenu gojenie ran # Katabolizm Tryptofanu: > Intermediaty szlaku katabolizmu tryptofanu peni funkcje immunosupresyjne! > Kluczowy do osignicia tolerancji immunologicznej w tkankach obwodowych > IDO enzym regulatorowy: IDO katalizuje reakcj Tryptofan kinurenina > Nadekspresja IDO M2: > Hamowanie ekspresji IDO M1 > Immunosupresja generowana poprzez zwikszony wychwyt Trp przez makrofagi: Brak tryptofanu zaburza proliferacj i funkcje limfocytw T Kinurenina aktywuje receptor AHR , co sprzyja rnicowaniu limfocytw do Treg (immunosupresyjne) i hamuje rnicowanie w kierunku Th17 # Erytrocyty > Funkcja = transport O i CO (efekt uboczny ROS) > Wysoka aktywno zmiataczy wolnych rodnikw: SOD CAT GPx glutation > Wysoka aktywno PPP NADPH (potrzeby do redukcji glutationu) > Brak mitochondriw! 284 > Cakowicie zalene od glukozy i glikolizy!: GLUT1 (glukoza pobierana niezalenie od insuliny) glikoliza beztlenowa mleczan jako produkt LDH umoliwia regeneracj NAD Regeneracja NAD jest niezbdna do cigoci procesu glikolizy # Szlak Rapporta -Lueberinga: > Glikoliza w erytrocytach przebiega wraz z maym dodatkiem szlakiem bocznym, w ktrym 1,3 - bisfosfoglicerynian ZAMIAST by przeksztacony w 3-fosfoglicerynian bezporednio przez kinaz fosfoglicerynianow (z wytworzeniem ATP) JEST przeksztacony do 2,3 - bisfosfoglicerynianu przez mutaz bisfosfoglicerynianow , a dopiero on do 3- fosfoglicerynianu przez fosfataz 2,3 -bisfosfoglicerynianow bez wytworzenia ATP. Znaczenie 2,3 -BPG > 2,3 -bisfosfoglicerynian zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu! > 2,3 -BPG uatwia oddawanie O # NOWOTWORY # Umiejtnoci nabyte przez komrki nowotworowe: > Wytwarzanie wasnych czynnikw wzrostu > Niewraliwo na czynniki hamujce wzrost > Odporno na apoptoz > Nieograniczony potencja replikacyjny > Inwazyjno i przerzutowanie 285 > Indukcja angiogenezy > Ucieczka przed nadzorem immunologicznym > Deregulacja metabolizmu REPROGRAMOWANIE METABOLICZNE > Synteza enzymw oszukujcych nasze systemy kontroli: Telomeraza odbudowuje telomery bdce wskanikiem wieku komrek Tankyraza - rozkada kompleks TRF chronicy telomery przed telomeraz # Reprogramowanie Metaboliczne: > Tradycyjny model (model popytowy): Zakada, e zmiana metabolizmu jest wynikiem zmian cyklu komrkowego i nasilonej proliferacji: Rosnce zapotrzebowanie na ATP Metabolizm jest skupiony na katabolizmie > Obecnie przyjmujemy model alternatywny (model podaowy): Zmiana metabolizmu jest bezporedni odpowiedzi na czynniki wzrostu: NIE zaley od statusu ATP Gwny cel: podwojenie biomasy oraz podzia poprzez wzrost syntez (biaek, nukleotydw, lipidw) Metabolizm skoncentrowany ANABOLICZNIE ! Wniosek: Tu nie chodzi o E, tylko o budulec do podziau! # Efekt Warburga (znowu kurwa, sam mam dosy tego) Komrki nowotworowe przestawiaj si na glikoliz beztlenow mimo obecnoci O oraz mitochondriw w komrce . Dlaczego? 1. Gwatowna synteza ATP stymuluje wychwyt glukozy "kradnie" glukoz komrkom immunologicznym , z ktrymi konkuruje o ograniczone zasoby E 2. Uatwia inwazj mleczan obnia pH : Uatwia to degradacj macierzy zewntrzkomrkowej i przejcie przez ECM 3. Stres oksydacyjny spowodowany nastawieniem acucha oddechowego na syntez ROS. Stres oksydacyjny: 286 Podany przy transformacji mutacje Niekorzystny ju dla komrki po transformacji 4. Dziaa korzystnie na mikrorodowisko guza: Mleczan/pH poalryzuje makrofagi do M2 (pronowotworowe) Mleczan/pH hamuje limfocyty infiltrujce guz (TIL) 5. Powstaje mniej ATP , ale za to zostaje wicej glukozy do syntez: aa Aldehydu 3 -P-glicerynowego do syntezy TAG NADPH (z PPP) Rybozo -5-P (z PPP) do syntezy nukleotydw Podsumowanie: Tak naprawd komrki nowotworowe duo bardziej potrzebuj NADPH, glukozy czy azotu ni samego ATP do syntez! # Cechy Nowotworowej Glikolizy 1. Glikoliza beztlenowa z syntez mleczanu (efekt Warburga). 2. Rozprzganie glikolizy z cyklem Krebsa i fosf -ox 3. Nadekspresja enzymw i transporterw: Enzymy: HKII PFK PK -M2 Transportery: GLUT1 MCT Najmocniej nadekspresjonowane: HKII i GLUT1 4. Zwikszony wychwyt glukozy (via GLUT1): 5. Nagromadzenie glukozo -6-P: PPP (glukozo -6-P) Szlak heksozoamin (fruktozo -6-P) Synteza aa i nukleotydw (fruktozo -1,6 -bisP i aldehyd 3 -fosfoglicerynowy) Synteza Ser (3 -fosfoglicerynian) Synteza glicerolu (aldehyd 3 -P-glicerynowy) Kw. Sjalowy (PEP) 287 6. Regeneracja NAD zamiast reakcji pomostowej: Przerzut pirogronianu do mitochondrium w celu przeksztacenia w acetylo -CoA jest minimalny ( MPC) Pirogronian jest przeksztacany w mleczan przez LDH Dziaanie c -myc i HIF -1: LDH (dehydrogenaza mleczanowa) PDH (dehydrogenaza pirogronianowa) Skutki MPC: > Komrki nowotworowe: migracja przerzutowanie ywotno > Fibroblasty: Remodeling ECM przerzutowanie > Makrofagi M2 (pronowotworowe) > Limfocyty T: proliferacji aktywno cytokin prozapalne Treg > Kom. dendrytyczne: tolerancja na antygeny > Kom. NK: aktywno cytotoksyczna atak na guz > rdbonek: VEGF 7. Inne izoformy enzymw: Heksokinaza II: Dominuje HKII (nowotworowe hepatocyty wymieniaj nawet glukokinaz na HKII) Najnisze Km, czyli najwiksze powinowactwo ze wszystkich heksokinaz . Nie ma jednostki regulatorowej , tym samym jest niewraliwa na efekt Pasteura (efekt Pasteura: obecno O promuje pene spalenie glukozy i hamuje glikoliz do mleczanu) Jest zwizana z zew. bon mitochondrialn: 288 Jest bliej rda ATP Jest mniej wraliwa na hamowanie przez produkt reakcji Oba jej miejsca katalityczne s funkcjonalnie czynne (w HKI i III tylko 1) > Kinaza Pirogronianowa PKM2: Wystpuje w formie DIMERU zamiast tetrameru Tetramer promuje PEP pirogronian a dimer duo sabiej FOSFORYALCJA dimeru sprzyja syntezom: Efekt szyjki od butelki nagromadzenie intermediatw (np. PEP) 8. Odmienny sposb regulacji HKII Komrka Prawidowa: Transkrypcja stymulowana przez c-myc indukowalny czynnikami wzrostu. Translacja stymulowana przez insulin stymuluje fosforylacj HKII Do zwizania z bon niezbdna fosforylacja (poprzez szlaki mTORC1/AKT lub mTORC2/AKT) Rwnowaga midzy HKII cytosolow a HKII mitochondrialn (ufosforylowan): HKII cytosolowa hamuje TORC1 i stymuluje autofagi HKII mitochondrialna hamuje ROS i apoptoz ( HKII mitochondrialna = cytoprotekcja! ) Komrka Nowotworowa: Nadekspresja HKII Translacja stymulowana przez c-myc, HIF -1, NFB, onkogeny oraz utrat genw supresorowych (np. p53) Translacja stymulowana przez onkogen RAS poprzez mTORC1 > Dominuje HKII mitochondrialna (ufosforylowana): > Ubikwitinacja sprzyja formie mitochondrialnej HKII > SUMOilacja sprzyja formie cytosolowej HKII > HKII mitochondrialna: Hamuje ROS i apoptoz jeszcze mocniej (poprzez TIGAR) Hamuje receptor IP Ca z ER APOPTOZA Mitochondria kom. nowotworowych s w chuj wraliwe na Ca . Zarwno spadek, jak i wzrost stenia skutkuje mierci komrki ! # Dziaanie Antynowotworowe Bromopirogronianu i Deoksyglukozy > Promuj odczenie HKII od mitochondrium > Hamuj aktywno HKII > Stymuluj syntez ROS otwarcie kanaw jonowych i apoptoz > Peptyd skierowany przeciwko HKII (HK2pep): HK2mit IPR Ca Apoptoza 289 # Nieenzymatyczne funkcje enzymw glikolizy w kom. Nowotworowych I. Izomeraza Fosfoglukozowa (PGI): > Poza kontrol jako AHF autokrynny czynnik mobilnoci cytokina > Nadekspresjonowana w nowotworach i ndukuje tranzycj epitelialno -mezenchymaln (EMT) migracja i przerzutowanie > Chroni przed apoptoz: Powstawanie apoptosomu Aktywacja PI3K/AKT HKII mit. II. Aldolaza A (ALDOA) i Izomeraza Triozofosforanw (TPI): > Aldolaza A nadekspresjonowana w kom. nowotworowych: Wpywa na obrt pcherzykw wewntrz komrki Wpywa na proiferacj i migracj Promuje EMT Nie wpywa na glikoliz! > TPI Przecznik pomidzy glikoliz a PPP ! III. DH aldehydu 3 -P-glicerynowego (GAPDH): > Mnogo funkcji (czasem sprzecznych): Zalene od lokalizacji, modyfikacji i konformacji GAPDH > Umoliwia mTORC1 interakcje z maym biakiem G -Rheb (aktywacja mTORC1) > Poprzez mTORC1 stymuluje: Syntez FA Syntez cholesterolu PPP Glikoliz Przeycie (hamuje Bad) Proliferacj. Efekt Warburga Efekt Warburga jest wykorzystywany w diagnostyce nowotworw > Wykorzystuje si FDG = Fluorodeoksyglukoz (glukoza znakowana radioaktywnym fluorem) 290 > Nastpnie robi si PET i guzy, ze wzgldu na bardzo wysok aktywno GLUT1 akumulujc FDG i wiec > Wyjtki: Mae guzy mzgu zmiany zapalne ludzie z cukrzyc > W tych wyjtkach stosuje si znakowane aa zamiast FDG, bo nowotwory syntezuj wicej biaek i wychwytuj wicej AA # c-Myc: > Czynnik transkrypcyjny i onkogen > Nadekspresjonowany w nowotworach > Odpowiada za proliferacj i reprogramowanie metaboliczne dualizm > Reprogramowanie metaboliczne: Glikoliza (GLUT1, HKII, PFK, PK -H2, LDH) Glutaminoliza Synteza biaek Synteza puryn Receptor transferyny Receptor ferrytyny # HIF -1: > Czynnik transkrypcyjny indukowany hipoksj > Co stabilizuje HIF -1: hamowanie PHD: Brak O RONS Pirogronian i mleczan (pseudohipoksja) Co destabilizuje HIF -1: > -ketoglutaran: Substrat PHD zwiksza powinowactwo do tlenu *PHD - hydroksylaza prolylowa zalena od tlenu Efekty HIF -1: > GLUT1 > Enzymy glikolizy i LDH > VEGF > PDGH > TGFb 291 # Cykl Krebsa Dwa etapy: 1. Etap dekarboksylacyjny: Od reakcji syntazy cytrynianowej do DH -ketoglutaranowej 2. Etap redukcyjny: Od reakcji tiokinazy bursztynianowejdo DH jabczanowej Cel: 1. Etap dekarboksylacyjny: Utlenienie acetylo -CoA do 2 CO 2. Etap redukcyjny: Regeneracja szczawiooctanu Komrka nowotworowa: Etap dekarboksylacyjny moe przebiega odwrotnie: -ketoglutaran cytrynian redukcyjna dekarboksylacja -KG do cytrynianu cytrynian pozwala na odtworzenie acetylo -CoA w cytoplazmie do syntezy: o FA o cholesterolu o i do acetylacji biaek # Mutacje genw cyklu Krebsa: > Defekty w genach DH izocytrynianowej (IDH) , fumarazy (FH) oraz DH bursztynianowej (SDH) maj wasnoci transformujce promuj transformacj nowotworow 1) Mutacja IDH1 i IDH2 typu "gain of function": > IDH1 cytoplazmatycznie > IDH2 w mitochondrium > NADEKSPRESJA OBU > Powstaje 2-hydroksyglutaran (2HG) : ROS Zuycie NADPH i glutationu Mutacje Destabilizacja HIF -1 (poprzez aktywacj PHD). EMT (transzycja epitelialno -mezenchymalna) 292 2) Mutacja FH typu "loss of function": > Bursztynylacja Keap1 uwolnienie Nrf2 . > Nrf2 antyoksydanty > Stabilizuje HIF -1 (poprzez hamowanie PHD) 3) Mutacja SDH typu "loss of function": > ROS > Mutacje > Stabilizuje HIF -1 (poprzez hamowanie PHD) > Bursztynylacja biaek Podsumowanie: Mutacje powoduj nagromadzenie 2HG, bursztynianu i fumaranu, ktre maj waciwoci onkogenne, dlatego nazywane s ONKOMETABOLITAMI. Trac onkometabolity to glukoza, glutamina i mleczan. # Dziaanie Onkometabolitw 1. Indukcja pseudohipoksji 2. Hamowanie dioksygenaz zalenych od -KG 3. Zmiany epigenetyczne: Hipermetylacja histonw rozlunienie chromatyny transkrypcja Defektw odwracaj ten proces, a onkometabolity to inhibitory kompetycyjne demetylaz (np. bursztynian czy 2HG) 4. Zmiany stanu redoks: ROS uszkadzanie DNA NADPH i zredukowany glutation (GSH) Mutacje # Przerwany Cykl Krebsa w kom. nowotworowych Pirogronian: > Liczba transporterw w bonie mitochondrialnej optymalna i nie stanowi problemu > Problemem jest spadek dostpnoci pirogronianu : Powstaje go mniej (PKM2 w formie dimeru) Postpujcy pirogronian jest zuywany przez LDH 293 > Zmiana przeznaczenia: Cykl Krebsa = rdo intermediatw do syntez: Aminokwasw (szczawiooctan, -KG i bursztynylo -CoA) Puryn i pirymidyn (szczawiooctan i -KG) Hemu (bursztynylo -CoA) Lipidw (cytrynian) > Cykl wymaga uzupenienia ANAPLEROZA: Glu -KG (Glu z Gln i jej pochodnych) Pirogronian szczawiooctan Argininobursztynian fumaran # Glutaminoliza w kom. Nowotworowych > Reakcja anaplerotyczna (Gln Glu -KG) > Gln jest aa o najwyszym steniu we krwi > Nowotwory zuywaj ogromne iloci Gln glutaminozaleno > Nadekspresja enzymw glutaminolizy przez c-myc > Glutamina dla nowotworw: > rdo E do katabolizmu > rdo C, N do anabolizmu > rdo glutationu (cytoprotekcja przed ROS przeycie) > rdo poliamin (poliferacja i przeycie) # Glutamina jako rdo azotu i wgla Glutamina jako rdo azotu (N): > Do syntezy puryn i pirymidyn > Aminokwasw nie -niezbdnych > Aminocukrw (szlak heksozamin) Glutamina jako rdo wgla (C): > Do syntezy FA: Zdrowe komrki wykorzystuj do syntezy FA tylko glukoz Stan hipoksji w kom. nowotworowych powoduje, e wszystkie atomy C do syntezy FA pochodz z glutaminy # Cykl Cytrulina -Arginina: > Reakcja anaplerotyczna cyklu Krebsa wytwarzany fumaran > Warunkiem jest obecno enzymu liazy argininobursztynianowej , ktra nie jest syntetyzowana przez cz nowotworw > Jeli kom. nowotworowa nie ma tej liazy, jest argininozalena 294 > Auksotrof argininowy = kom. Argininozalena > Jest to jedyny szlak syntezy Arg de novo > Arg jest substratem NOS (synteza NO) oraz arginaz (synteza poliamin i aa) > NOS, arginazy zwizane z syntez poliamin i arginazy zwizane z syntez Pro i Glu s nadekspresjonowane w nowotworach # Cykl PPP w kom. nowotworowych: > Znaczenie nasilony > Szlaki onkogenne wpywaj na G6PDH: Aktywacja przez: PI3K TORC1 Nrf2 Hamowanie przez: PTEN p53 AMPK Dlatego nowotwory wyciszaj ich ekspresj > Nrf2 aktywuje nieoksydacyjn cz cyklu intermediaty do syntez # Metabolizm lipidw kom. nowotworowych 1. Deregulacja metabolizmu lipidw celem: Pozyskania E i jej zmagazynowania jako TAG Syntezy lipidowych czsteczek sygnaowych Pozyskania elementw budulcowych bon lipidowych 295 2. Wychwyt FA dziki translokazie FA (CD36): Nadekspresja FAT/CD36 CD36 sprzyja migracji kom. nowotworowych (via palmitynian) CD36 stymuluje wzrost guza (via oleinian) 3. Wychwyt cholesterolu przez LDLR i NPC1L1: Nadekspresja LDLR wychwytu cholesterolu proliferacja Kontrola via SREBP1 Indukowane przez czynniki wzrostu i utrat PTEN 4. Lipogeneza: Kom. nowotworowe magazynuj TAG (nawet przy niskiej dostpnoci) Syntezuj TAG z cytozolowego acetylo -CoA, ktre pochodzi z cytrynianu z cyklu Krebsa (enzym ACLY) Dziaa na enzymy ACLY ACC FAS Liaza ATP cytrynianowa (ACLY): > Nadekspresjonowana , koreluje z progresj choroby > Nowotwory wyczaj systemy hamowania ACLY > Syntezuje acetylo -CoA z cytrynianu z cyklu Krebsa > Acetylo -CoA wykorzystywane do: Gwnie: synteza FA i magazynowanie TAG Synteza cholesterolu Acetylacja biaek Karboksylaza Acetylo -CoA (ACC): > Nadekspresja izoenzymu ACC1 > Kontrola transkrypcji przez SREBP1 > Utrata ACC w nowotworach prowadzi do apoptozy Syntaza FA (FAS): > Nadekspresja i nadaktywno . > Kontrola przez SREBP1 296 5. Synteza cholesterolu reduktaza HMG -CoA: > Pod kontrol SREBP2 > Hipoksja nasila degradacj reduktazy HMG -CoA i hamuje syntez cholesterolu 6. Utlenianie FA: > Regulowane przez PPAR > Tylko niektre nowotwory nadekspresuj enzymy -oksydacji i tylko one mog maj nasilon -oksydacj > Zwykle bez wikszych zmian # PUFA Wielonienasycone Kwasy Tuszczowe # 1) PUFA serii -6 (eikozanoidy i endokannabinoidy) > Prekursor: kw. linolowy > Przedstawiciel: kw. arachidonowy (AA) > Gwne rdo AA = fosfolipidy bonowe uwalniane przez PLA: Fosfatydylocholina Fosfatydyloetanoloamina Powstaj z nich pochodne AA: Eikozanoidy: Prostaglandyny (PG) Leukotrieny (LT) Trombosany (TX). Prostacykliny (PGI2) Lipoksyny (LX) EET i DHET HETE i HPETE ( hepoksyliiny) Endokannabinoidy: 2-arachidonyloglicerol (2 -AG) Anandamid (AEA) Receptory eikozanoidw: > PGE: EP1 EP4 > PGD: DP1 i DP2 > PGF: FP > PGI: IP > TX: TP i TP Proces powstawania eikozanoidw: 297 > Powstaj w wyniku utleniania AA przez: 1. Cyklooksygenazy (COX): COX1 : homeostatyczna, staa, cytoprotekcyjna COX2 : indukowalna, prozapalna, pronowotworowa Powstaj PROSTANOIDY : PG PGI TX 2. Lipooksygenazy (5 -LOX, 12 -LOX, 15 -LOX): Powstaj: LT (Leukotrieny) LX (Lipoksyny) HETE oraz HPETE (hepoksyliny) 3. Cytochrom P450 (CYP): Powstaj: EET DHET nHETE # Eikozanoidy: > Krtki czas ycia - ulegaj spontanicznej hydrolizie > PGH spontanicznie przeksztaca si do lewuglandyn : PGE PGD > Grupy endonadtllenkowe PGH rozpadaj si do : MDA (malonodialdehydu) Kwasu HHT > MDA oraz HHT powoduj modyfikacje makroczsteczek, co prowadzi do: Cytotoksycznoci Stanu ox Stanu zapalnego 298 Wydzielanie eikozanoidw oraz wywoywany efekt biologiczny zaley od: 1. Ekspresji enzymw COX, LOX, CYP 2. Typu komrek wydzielajcych > Monocyty: PGE > Neutrofile i monocyty: PDE > Trombocyty: TXA > rdbonek: PGI 3. Iloci transporterw wydzielajcych > MRP4 - eksportery PG > MRP1 - eksportery LT 4. Czynnika uruchamiajcego syntez 5. Momentu syntezy pocztek - prozapalne koniec - przeciwzapalne 6. Ukadu ste poszczeglnych eikozanoidw 7. Wraliwo komrek na eikozanoidy 8. Szybkoci wychwytu/neutralizacji eikozanoidw Eikozanoidy zaangaowane s w: > Odp. Zapaln, odpowied na stres i reakcje obronne > Regulacja cinienia > Regulacja przepuszczalnoci naczy > ycie/mier komrek > Rozwj nowotworw > Wewntrzkomrkowe kaskady sygnaowe: (HETE, HPETE, EET) > Modulacj synaptyczn Eikozanoidy maj czsto dziaania przeciwstawne: 1. Krzepliwe vs przeciwkrzepliwe: > TXA krzepnicie > PGI hamowanie agregacji pytek 2. Prozapalne vs przeciwzapalne: > PGE hamuje, a TXA nasila dojrzewanie limfocytw T > Leukotrieny i lipoksyny s antagonistami 299 > PGE ma zarwno cechy pro -, jak i przeciwzapalne: Prozapalne: gorczka nasila bl Przeciwzapalne: hamuje proliferacj limfocytw hamuje produkcj IL i interferonw 3. ycie vs mier: > COX1 ma dziaanie cytoprotekcyjne > COX2 ma dziaanie prozapalne i proapoptotyczne 4. Skurcz vs rozkurcz: > Prostaglandyny F skurcz > Prostaglandyny A i E rozkurcz Steroidowe i niesteroidowe leki przeciwzapalne oraz swoiste inhibitory: Sterydy: hamuj PLA i COX2 NLPZ (niesteroidowe leki przeciwzapalne): hamuj COX1 i COX2 (ale nie LOX) Swoiste inhibitory: hamuj selektywnie COX1 lub COX2 Stosowanie NLPZ przez duszy czas moe prowadzi do powstawania choroby wrzodowej (przez hamowanie cytoprotekcyjnego dziaania COX1 na luzwk odka i dwunastnicy). # Ukad Endokannabinoidowy Ukad neuromodulacyjny: Skada si z: > endokannabinoidw : 2-AG AEA > receptorw: CB1 mzg, WAT, adipocyty, minie, wtroba i w chuj innych CB2 ukad immunologiczny > enzymw syntezy i degradacji endokannabinoidw > Dziaanie: 300 W mzgu: Podwzgrze Ukad mezolimbiczny (neurony dopaminergiczne) W obwodowym ukadzie nerwowym: wpywa na adipocyty, wtrob,trzustk metabolizm E i termoregulacja RIMONABANT - antagonista CB1, stosowany w leczeniu otyoci Efekt uboczny = chujowy nastrj i duo samobjstw Dziaanie na wtrob poprzez CB1 powoduje stuszczenie, zwknienie oraz insulinoporno narzdu. W miniach CB1 reguluje metabolizm E oraz insulinooporno. # 2-Arachidoniloglicerol (2 -AG) > Powstaje z fosfatydyloinozytolu (PI) > Gwnie w mzgu ok. 800x wicej ni AEA > Ma wiksze powinowactwo do CB1 i CB2 ni AEA # Anandamid (AEA) > Powstaje z fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanolaminy > Wiele drg syntezy > Synteza inicjowana przez aktywacj N-acylotransferazy (NAT), przez co powstaje NAPE , a na NAPE dziaaj rne lipazy AEA # 2) PUFA serii -3 (eikozanoidy, dokozoanoidy OXYSLIPINY) > Prekursor: kwas -linolenowy > Przedstawiciele: Eikozanoidy (pochodne EPA): HEPE Resolwiny serii E Dokozoanoidy (pochodne DHA): Protektyny Mazeryny Resolwiny serii D > Enzymy: 301 COX LOX CYP > Funkcja: Paliwo E Lipidowe cz. sygnalizacyjne Regulatory transkrypcji przez PPAR: Glukoneogeneza, glikogenoliza, cykl PPP Glikoliza, cykl Krebsa, lipogeneza Regulatory funkcji biaek bonowych > Oglnie dobroczynne: Przeciwzkrzepliwe i wazodylatacyjne przez poprzez eNOS Przeciwzapalne: NFkB TNF TLR4 iNOS modulowanie syntezy pochodnych -6 cytokiny polaryzacja w kierunku M2 302 # Dzikujmy za uwag . Dalimy z siebie cae 30%