Вещества изграждащи живата материя

Вещества изграждащи живата материя

Предмет на БХ и патобиохимията

  • •БХ изучава молекулните основи на живота в разнообразните му проявления – от вирусите до човека.
  • •БХ изучава:

–веществата, изграждащи живите организми;

–състава, структурата и функциите на клетъчните и извънклетъчни компоненти;

–реакциите и процесите които протичат в клетките и извънклетчните структури на организма;

–както и механизмите и факторите, регулиращи тези процеси.

  • •Патобиохимията изучава молекулните причини и прояви на патологичните състояния, които се получават при нарушения в биомолекулите, биохимичните реакции или процеси и в тяхната регулация.

Особености в състава на живите организми

  • •Органични съединения – съединения на С
  • •Всички организми са изградени от еднотипни съединения: H2O; въглехидрати (ВХ) и техни производни; карбоксилови киселини и техни производни; АК и белтъци; липиди; нуклеотиди и НК
  • •От прости органични структури (градивни елементи) се синтезират по-сложни съединения – производни
  • •Свързването на градивните елементи – чрез няколко основни типа връзки: естерна (ТАГ, ФЛ, гл-6-Ф; НК); етерна (по-рядко); 0-гликозидна (полизахариди); N-гликозидна (нуклеотиди); амидна (пептиди, белтъци); анхидридна (пирофосфатна в АТФ, АДФ, НАД+)

Особености в състава на живите организми

  • •В структурата на всички живи организми участват макромолекули (биополимери): хомобиополимери (гликоген, скорбяла, целулоза); хетеробиополимери (белтъци, НК, глюкозамингликани [ГАГ])
  • •Всички организми съдържат голямо количество H2O (при възрастни хора -60%, новородени – 80%).
  • •Всички организми съдържат йони, като елементите включени в тях в зависимост от количеството cе делят на:
  • •Макроелементи: K (K+), Na (Na+), Ca (Ca2+), Mg (Mg2+), P (HPO42-, H2PO4-), Cl (Cl-), S (SO42-)
  • •Микроелементи: Fe (Fe2+, Fe3+), Cu (Cu+, Cu2+), Co, Zn (Zn2+), J, F, Mn (Mn2+)

Въглехидрати

  • •ВХ (захарите) – голяма група по-просто или по-сложно устроени органични съединения, съдържащи голямо количество (³ 2) –ОН групи + карбонилна група: алдехидна (-СНО) – полихидроксиалдехиди; кетонна група (=СО) – полихидроксикетони
  • •ВХ: монозахариди; олигозахариди (2-10 остатъка); полизахариди
  • •Производни на ВХ – окислени (глюкуронова киселина, галактуронова к-на), редуцирани (дезоксирибоза)
  • •Производни на ВХ: могат да съдържат N (аминозахари, ГАГ), S (сулфатирани монозахариди ГАГ), P (фосфорилирани монозахариди: гл-6-Ф, фр-6-Ф, рибозо-5-Ф)
  • •Производни на ВХ с белтъци (гликопротеини и протеогликани) и с липиди (гликолипиди – цереброзиди и ганглиозиди)

Монозахариди = прости захари

Класификация на база карбонилна група:

  • • с алдехидна група (-СНО) – алдози (глюкоза, галактоза, рибоза)
  • • с кетонна група (=СО) – кетози (фруктоза)

Класификация на база брой С атами

  • •с 3 С атоми – триози (глицералдехид, дихидроксиацетон)
  • •с 4 С атоми – тетрози (еритроза)
  • •с 5 С атоми – пентози (рибоза, дезоксирибоза)
  • •с 6 С атоми – хексози (глюкоза, галактоза, фруктоза)
  • •с 7 С атоми – хептулози (седохептулоза)

Форми на пентози и хексози

  • •Хексозите и пентозите имат възмойност да образуват циклични молекули (вътрешни полуацетали или полукетали)
  • •При формирането на циклични молекулни форми при С атом с карбонилна група (1С при глюкоза и галактоза, и 2С при фруктоза) се образува нова –ОН група, наречена гликозидна хидроксилна група.
  • •Тя е по-реактивоспособна от другите –ОН групи и С атоми, свързани с нея също са оптично активни- стериоизомерия.

ДИЗАХАРИДИ

Полизахариди

  • •Гликоген – разклонен хомополизахарид – от глюкозни остатъци, свързани с алфа-1-4 връзки в основната врига и с алфа-1-6 при разклоненията.
  • •Роля на гликогена: резервен въглехидрат, доставящ глюкоза за енергетичните процеси в клетките в периодите между приема на въглехисратна храна
  • •Глюкозамингликани (ГАГ, мукополизахариди) – хиалуронова к-на, дерматансулфат, хепарансулфат, хепарин и др. - линейни хетерополизахариди, изградени от остатъци от глюкоза, галактоза, глюкуронова к-на, галактуронова к-на, и различни аминозахари.
  • •Роля на ГАГ: участват във формирането на извънклетъчното основно вещество (матрикс); антикоагулантни свойства (хепарин).

Полизахариди

  • •Скорбяла – амилоза и амилопектин - хомополизахарид от растителен произход (алфа1-4, алфа1-6 връзки), изграден от глюкозни остатъци. Роля – основено хранително вещество с ВХ характер.
  • •Целулоза – линеен неразклонен хомополизахарид от растителен произход (бета1-4), изграден от глюкозни остатъци. Роля – баластно вещество в храната – подпомага перисталтиката на храносмилателния тракт (ГИТ).

Полизахариди

Липиди – обща характеристика

  • •Хетерогенна група от хидрофобни съединения;
  • •Обща характеристика – наличие на липофилни групи, определящи тяхната добра разтворимост в неполярни разтворители (етер, хлороформ, бензол) и тяхната почти пълна неразтворимост във вода.
  • •Някои имат амфифилен (и липофилен и хидрофилен) характер (фосфолипиди и гликолипиди).
  • •Много от липидите са естери или амиди на средно- и дълговерижни мастни киселини (ВМК), които са наситени, моно- или полиненаситени.
  • •Природните МК най-често са с четен брой С атоми – 16, 18, 20, 22, и са неразклонени.
  • •Природните ненаситени МК са sic изомери.
  • •Есенциални мастни киселини: линолова, линоленова, арахидонова, еикозопентаенова и докозахексаенова к-на.

Незаменими (есенциални) МК

Мастноразтворими витамини

Витамин А (ретинол, антиксерофталмичен фактор)

  • •Съществува под формата на 3 биологично активни молекули: ретинол, ретинал и ретиноева киселина (RA). Получават се от растителния прекурсор, -каротен (от семейството на каротеноидите) - провитамин. Ретинал - само в храни от животински произход.
  • •Функции:

–Участва в зрителния процес

–Роля на ретинола и ретиноевата киселина (RA) като хормони –ядрени рецептори за RA (RAR , RXRs ) и участват в контрола на генната експресия

–Роля на ретиноевата киселина в синтезата на гликопротеини

–Противотуморна активност на ретиноидите и каротеноидите

  • •Хиповитаминоза: Изсушен кератинизиращ епител; Нощна (кокоша) слепота;   Ксерофталмия – възпаление на роговицата и кератинизация на очната тъкан – прогресиращо  до ослепяване; Забавяне растежа на организма и костите; Отслабване на имунната система.
  • •Хипервитаминоза: токсичен за черния дроб, хиперкалцемия; суха, лющеща се и сърбяща кожа; болки в костите; смърт.

Мастноразтворими витамини

Витамин D (калциферол)

  • •Стероидни съединения. Образуват се под дейсвие на UV от растителното стероидно производно (Вит. D2 – ергокалциферол) или в кожата също под дейсвие на UV от холестерол (Вит. D3 – холекалциферол).
  • •Активната форма на витамин D3 е 1,25-дихидрокси витамин D3 (1,25-(OH)2-D3 – калцитриол). Има хормонална роля и участва в регулацията на калциевата и фосфорна хомеостаза.
  • •Хиповитаминоза: при деца – рахит
    при възрастни – остеомалация, остеопороза, изменения в ставите.
  • •Хипервитаминоза: рядко се наблюдава
    усилено мобилизациране на Са2+ от костите,
    повишаване на серумната концентрация на Са2+
    увреждане на бъбреците – нефрокалциноза.

Мастноразтворими витамини

Витамин Е (токоферол)

Абсорбира се от храносмилателния тракт с липидните продукти и се транспортира с хиломикроните – достига черния дроб. Експортира се от черния дроб с VLDL.

  • •Основна роля – мощен естествен  антиоксидант. Улавя и неутрализира свободни радикали и кислородни видове. Предпазва ненаситените МК (ПНМК) в мембраните и ЛПК от липидно перокисление
  • •Хиповитаминоза: - при липидна малабсорбция повишена еритроцитна нестабилност, неврологични симптоми, бързо стареене на кожата, риск от атеросклероза
  • •Хипервитаминоза: не се наблюдава

Мастноразтворими витамини

Витамин К (филохинон, антихеморагичен витамин)

  • •Група съединения - Вит. К1 (филохинон) – синтезира се в зелените части на растенията, Вит. К2 (менахинон) – от микроорганизми. Синтетични К-подобни съединения – менадиол, викасол.
  • •Основна роля – поддържане на нормалното ниво на протеините, включени в кръвосъсирването – фактор II, VII, IX, X и протеин С и протеин S. Всички тези протеини се синтезират в черния дроб като неактивни прекурсорни протеини.
  • •Хиповитаминоза – хеморагии (кръвоизливи):
    при липидна малабсорбция
    при продължителна антибиотична терапия (поради унищожаване на чревната микрофлора, която произвежда Вит. К2.
    при алкохолозъм – поради смущения на абсорбцията на мазнините при увреждане на черния дроб и червата при новородени – хеморагичен синдром
  • •Хипервитаминоза: много рядко
    разрушават се еритроцитите – хемолитична анемия; жълтеница при новородени; увреждане на черния дроб

Водоразтворими витамини

Витамин В1 (тиамин)

  • •Кофакторна форма – тиамин пирофосфат (ТПФ)
  • •Роля:

–в процесите на окислително декарбоксилиране на алфа-кето киселини (пируват, алфа-кетоглутарат) и

–в процесите на пренос на 2С-групи при пентозо-фосфатен път на разграждане а гл.

  • •Днева доза – 0.5 мг/1000кал, 0.4мг/ден
  • •Храни – люспи на житни семена, животински храни, дрожди
  • •Авитаминоза: “бери-бер” (полиневрит) суха и влажна форма
    Водоразтворими витамини

Витамин В2 (рибофлавин)

  • •Кофакторни форми – ФАД, ФМН
  • •Роля: простетична група на ензими, осъществяващи окисление без участие на О2 (аеробни дехидроенази и оксидази)
  • •Днева доза –1.5 - 2мг/ден
  • •Храни – дрожди, ч.дроб, бъбреци, сърдечен мускул, риба, никнещи семена на житни растения.
  • •Дефицит: ригади, вторична пелагра

Водоразтворими витамини

Витамин РР (противопелагричен, ниацин, никотинамид)

  • Кофакторни форми – НАД+, НАДФ+
  • •Роля: коензим на ензими, осъществяващи окисление без участие на О2(анеробни дехидрогенази, като ЛДХ, МДХ, ГлДХ, ХБДХ)
  • •Днева доза –7мг/ден малки деца; 20 мг/ден – възрастни
  • •Храни – дрожди, люспи на ориз и пшенични покълнеци, ч.роб, бъбреци, месо и риба
  • •Дефицит: пелагра (диария, дерматит, деменция)

Водоразтворими витамини

Витамин В6 (пиридоксол, пиридоксал, придоксамин)

  • •Кофакторни форми – Пиридоксал фосфат (ПФ) и пиридоксамин фосфат
  • •Роля: простетична група на ензими, осъществяващи обмяа на АК (трансаминази, декарбоксилази на АК, синтеза на хем)
  • •Днева доза –1.5 – 2.5мг/ден
  • •Храни – люспи на ориз, пшенични зародиши, дрожди, боб
  • •Дефицит: гърчове, конвулсии, хипохроматична анемия, оксалатни камъни в бъбреците,

Водоразтворими витамини

Витамин Н (биотин)

  • •Роля: простетична група на ензими, осъществяващи карбоксилиране (внасяне на СО2 ато –СООН)
  • •Днева доза –0.15мг/ден малки деца; 20 мг/ден - възрастни
  • •Дефицит: дерматит, алопеция, анемия, гадене, депресия, сънливост, мускулни болки

Водоразтворими витамини

Фолиева киселина

  • •Кофакторни форми – тетрафидрофолиева киселина (ФКН4)
  • •Роля: коензим на ензими, които пренасят групи от 1С (едновъглеродни групи) при синтезата на пуринови и пиримидинови нуклеотиди, а от там на ДНК и РНК
  • •Днева доза –10 – 20мкг/ден
  • •Храни – зелени листа – пресни зеленчуци, ч.дроб
  • •Дефицит: намалена синтеза на ДНК и РНК – мегалобластна анемия, и увреждане на чревния тракт: диария, стеаторея, влошена абсорбция

Водоразтворими витамини

Витамин В12 (кобаламин)

  • •За абсорбция в тънки черва – специален белтък от стомашната лигавица – “вътрешен фактор” (intrinsic factor)
  • •Роля: простетична група на ензими, осъществяващи вътремолекулна трансформация (приобмяна на някои АК и МК с нечетен брой С атоми) и пренос на метилова група при синтезата на ТМФ (а от там на ДНК)
  • •Днева доза –1-2 мкг/ден
  • •Храни – произвежда се микроорганизмите от храносмилателния тракт; телешки ч.дроб, бъбреци, прясно месо, млечни продукти.
  • •Дефицит: пернициозна (злокачествена) анемия; неврологичн симптоми, метилмалонилурия

Водоразтворими витамини

Пантотенова киселина

  • •Роля: участва в стуктурата на КоензимА, който е кофактор на ензими, които водят до получаване на активни форми на различни карбоксилови к-ни (ВМК – ацил-КоА; оцетна к-на – ацетил-КоА; янтърна к-на – сукцинил-КоА; ацетоацетат  ацетоацетил-КоА)
  • •Днева доза –5-10 мг/ден
  • •Източник – в растения и микроорганизми, универсално разпространен
  • •Дефицит: няма първичен дифицит, но при случаи – неврологичен синдром “синдром на мастното изгаряне”

Водоразтворими витамини

Витамин С (аскорбинова к-на)

  • •Роля: Донор на Н2 в окислително-редукционни процеси при:

–Синтеза на колаген и еластин на съединителната тъкан

–Обезвреждане на свободни радикали (ROS) – атиоксидант; подобрява състоянието при възпалителни процеси

–Улеснява усвояването на Fe3+ от храната(редуцира до Fe2+, под която форма се абсорбира)

–При разграждане а някои АК

–При синтеза а норадреалин и адреналин

  • •Днева доза –40-60 мкг/ден; 70мг/ен-бременни; 95мг/ден-кърмачки; 100мг/ден пушачи, може до 1г/ден
  • •Храни – цитросови плодове, шипки, червени чушки
  • •Дефицит: скорбут – кръвоизливи в ставите и подкожието – образуане на язви, които трудно зарастват; венците на зъбите стават меки, като гъба, костите – слаби, аемия и инфекции.
  • •Токсичност: оксалатни камъни в бъбреците

Аминокиселини

  • •20 L- аминокиселини - протеиногенни:
  • •Класификация:

–Хидрофобни

–Хидрофилни

  • •полярни
  • •кисели
  • •основни
  • •Незаменими (есенциални) АК: Трп, Фал, Вал, Лев, Иле, Мет, Лиз, Тре
  • •“Условно есенциални” – Арг, Хис
  • •Непротеиногенни – орнитин, цитрулин, хомоцистеин.

Белтъци и пептиди

  • •Образуват се при свързване на АК с пептидни връзки (тип карбокси-амидни връзки)

Белтъци

  • •Нива на организация: първично, вторично, третично, четвъртично (някои протеини, олигомерни протеини)
  • •Класификация на белтъците въз основа на конформацията (третична и четвъртична структура):

–Глобуларни белтъци (ензими, албумини, глобулини)

–Фибриларни белтъци (колаген, еластин, фибронектин, миозин)

  • •Класификация на белтъците според състава:

–Прости (албумини, хистони, колаген, миозин, актин)

–Комплексни:

  • •Металопротеини (трансферин, церулоплазмин, феритин, тирозиназа, Mn-SOD, Cu/Zn-SOD, Se-Gpx)
  • •Хемопротеини (хемоглобин, миоглобин, цитохроми)
  • •Гликопротеини и протеогликани (много серумни протеини, ензими, протеини на плазмена мембрана, вкл. рецептори, матриксно вещество)
  • •Гликолипиди – липидни комплекси на мембраните и ЛПК (липопротеинови комплекси)
  • •Нуклеопротеини – хроматин и рибозоми
  • •Фосфопротеини – казеин, фосфорилирани форми на ензимите.

Молекулни варианти при белтъците

  • •Изопротеини (изоензими) – откриват се в един и същ организъм, изпълняват една и съща функция. Но се различават по локализация,  структура, термостабилност и електрофоретична подвижност
  • •Алопротеини (алоензими) – изпълняват една и съща функция, но се откриват в различни индивиди на един и същи вид. Често се кодират от вариантни алели на един и същи ген (полиморфизми, SNPs)
  • •Хетеропротеини (хетероензими) - изпълняват една и съща функция, но се откриват в различни видове, съществува хомология в структурата, говореща за еволюционна връзка на видовете.

Белтъци на кръвната плазма

  • •Преалбумини – свързват и транспортират тироксин, ретинол-свързващ белтък
  • •Албумини – регулира осмотично и онкотично налягане. Транспортра свободни МК, билирубин, алдостерон и др. неразтворими във вода вещества (лекарства)

•-Глобулини

–Тироксин-свързващ белтък – пренася Т3 и Т4

–Ретинол-пренасящ белтък - пренася ретинол и ретиноева к-на

– 1-Антитрипсин – инхибитор на много протеинази

–Транскортин – транспортира кортизол и др. кортикостероиди

–HDL

-Глобулини

Церулоплазмин - свързва и транспортира Cu2+

–Хаптоглобин – свързва свободен хемоглобин (Hb)

–Микроглобулин – инхибира ендопептидаза

–Протромбин – кръвосъсирване

–VLDL

-Глобулини

–Хемопексин - свързва и транспортира хем

–С-реактивен протеин – акутно-фазов белтък при възпалителни процеси

Трансферин – свързва и транспортира Fe3+

–LDL

-Глобулини – антитела, защитна функция

Фибриноген – предшественик на фибрина, участва при кръвосъсирването

Нуклеозиди, нуклеотиди и НК

  • •Компоненти: пиримидинови и пуринови бази; пентози (рибоза или дезоксирибоза); фосфорна киселина
  • •Пиримидинови и пуринови нуклеозиди, мононуклеотиди, нуклеозидди- и трифосфати

Връзки  при формирането на НК

Структура на ДНК- двойноверижна спирала
Модел на Уотсън и Крик
Химична природа на ензимите

  • •Макромолекулните компоненти на почти всички ензими представляват протеини.
  • •Изключение правят един клас катализатори, познати като рибозими. Това са молекули РНК, които катализират процесите на зреене на РНК.
  • •Ензимите с бълтъчна природа са два класа:
  • •Еднокомпонентни (прости)- изградени само от протеини, една или повече субединици.
  • •Двукомпонентни (комплексни) – притежаващи освен белтъчна още и непротеинова нискомолекулна съставка, наречена кофактор. Белтъчната част на  ензима се нарича апоензим, а  целия комплексен ензим – холоензим.
  • ØКогато връзката между апоензима и кофактора е здрава (ковалентна) – простетична група.
  • ØПри слаба и временна връзка между апоензим и кофактор – коензим.

Химична природа на кофакторите

  • •Метални йони - Zn2+ (Карбоанхидраза, Карбоксипептидаза); Mg2+ (Хексокиназа, ФФК1); Ni2+ (Уреаза); Mo2+ (Ксантин оксидаза); Se2+ (Глутатион пероксидаза); Mn2+ (SOD); Cu2+ (Тирозиназа, Цитохром оксидаза); Fe2+ (МАО, Цитохром оксидаза)
  • •Производни на водоразтворими витамини - ТФФ (ТПФ,тиамин пирофосфаст, Вит. В1 (тиамин); ФАД (флавинаденин динуклеотид, Вит. В2 (рибофлавин);  НАД (никотинамид аденин динуклеотид, Вит. P (никотинамид); ФН4 (тетрахидрофолат, Вит. фолиева киселина); Биотин (Вит. Н); ПФ (пиридоксал фосфат, Вит. В6 (пиридоксал); КоА (коензим А, Вит. пантотенова киселина)
  • •Нуклеотиди – АТФ - Пренос на фосфатни групи; УДФ - Пренос на гликозилни групи и др.,  изомеризация на ВХ; ЦДФ - Пренос на фосфохолин и ДАГ;
  • •Тиолови съединения - GSH (глутатион); Липоева киселина; Тиоредуксин;
  • •Порфиринови производни - Хем
  • •Хинонови производни - Убихинон (коензим Q);

Молекулни форми на ензимите

  • •Някои ензими съществуват под формата на 2 или повече ензимни белтъка, които катализират едина и съща реакция, но се различават по своята тъканна или субклетъчна локализация, афинитет към субстратите и физико-химични свойства (разтворимост, термоустойчивост, електрофоретична  подвижност).
  • •Хетероензими –молекулни форми на един ензим, установени в различни видове;
  • •Изоензими – молекулни форми локализирани в различни тъкани или субклетъчни структури.
  • •Алоензими – молекулни форми установени в част от представителите на един биологичен вид.

Класификация на ензимите

  • •Характерна особеност на ензимната катализа – формирането на ES комплекс.
  • •Ензимно-катализираната реакция има няколко междинни етапа
  • •Свързването на ензима със субстрата става в т.н. каталитичен (активен) център.
  • •ES  съществува само по време на реакцията, след което се разгражда. Връзките най-често са слаби, но е възможно формиране и на ковалетни комплекси.

Единици за определяне количество ензим

Регулация на ензимната активност

Регулация на ензимната активност на регулаторните ензими

Диагностично значение на ензимите. Ензимопатии

Принципи на ензимната диагностика

Определяне ензимната активност в телесни течности (плазма, серум, ликвор, урина, дуоденален и стомашен сок и др.) и сравнаване с референтните стойности (границите на стойностите при здрави хора).

Нормално ензимната концентрация в серума (биологичните течности) отразява определено съотношение между биосинтезата, освобождаването на ензимите при физиологичния разпад на клетките и разграждането на ензимите.

В серума се различават 2 групи ензими:

  • ØФункционални плазмени ензими
  • ØНефункционални плазмени ензими

üСекреторни ензими

üКлетъчни ензими

Плазмени ензими

Функционални плазмени ензими

  • ØЕнзими или проензими,  които се намират или постоянно или временно в кръвта на здрав човек и изпълняват физиологична функция в кръвта.
  • ØПримери – липопротеинлипаза (ЛПЛ), церулоплазмин (фероксидаза), проензими на факторите на кръвосъсирване и фибринолиза
  • ØПовечето се синтезират в черния дроб и се изнасят активно в извънклетъчното пространство.
  • ØНамалена активност в кръвната плазма - при чернодробни увреждания – намалена синтеза.

Плазмени ензими

Нефункционални плазмени ензими

  • ØНе изпълняват физиологична функция в кръвта
  • ØПри здрави хора – в извънредно малки количества в плазмата в сравнение с тъканите.
  • ØПовишаване на стойностите над референтните – показател за тъканно увреждане. Наличието на митохондриални изоензими – показател за по-голяма тежест на увреждането.
  • ØДве групи нефункционални плазмени ензими:

üСекреторни

üКлетъчни

Нефункционални плазмени ензими

Секреторни

  • ØНамират се в екзокринните секрети - образуват се от даден орган, откъдето биват секретирани, за да достигнат мястото на действие. При този процес малка част преминава в кръвта.
  • ØПримери:

üa-амилаза и липаза – синтезират се от панкреаса и се секретират в дуоденума, като малка част преминава в кръвта – стойностите на тези ензими се повишават при възпаление на панкреаса.

Нефункционални плазмени ензими

Клетъчни

  • ØЛокализирани в цитоплазмата, митохондриите или други структури на клетката– попадат в кръвта физиологично в минимални количества (предимно цитоплазмените).
  • ØПовишената активност и особено наличието на митохондриални клетъчни ензими – показател за клетъчно увреждане.
  • ØСтепента на повишаване – пропорционално на степента на увреждане.
  • ØПромяна активността на  някой от изоензимите – показател за увреждане на отделни органи и тъкани.
  • ØВлияние върху активността (колебания) – пол, възраст, денонощен ритъм, мускулна дейност, бременност, лекарства.

Диагностична роля на АлАТ и АсАТ

АлАТ (Аланин-Аминотрансфераза) =
ГПТ (Глутамат-Пируват Трансаминаза)

  • •Цитолпазмен ензим в клетките на черен дроб, сърце, бъбреци, бели дробове, слезка, панкреас, скелетна мускулатура, мастна тъкан, еритроцити. Черният дроб е с най-висока концентрация на ензима.
  • •Реф. стойности: мъже – до 23 U/l
    жени – до 19 U/l
  • •АлАТ се увеличава предимно при заболявания на черния дроб, жлъчните пътища, панкреаса, и при хемолитични анемии.
  • •Използва се при диагнозата на остри хепатити, особено при вирусни хепатити – увеличава се до 100 пъти.

Диагностична роля на АлАТ и АсАТ

АсАТ (Аспартат-Аминотрансфераза) =

ГОТ (Глутамат-Оксалацетат Трансаминаза)

  • •ГОТ има най-висока активност в клетките на сърдечния мускул, черен дроб, скелетна мускулатура, бъбреци, стомах, панкреас, бели дробове, мастна тъкан, еритроцити.
  • •Два изоензима – цитоплазмен (35%) и митохондриален (65%). В кръв на здрави индивиди – само цитоплазмена ГОТ.
  • •Реф. стойности: мъже – до 18 U/l
    жени – до 15 U/l
  • •Най-често се използва при диагностика на:
    сърдечен инфаркт,
    чернодробна патология (остър вирусен хепатит, тежка интоксикация)
    мускулни заболявания (миозити, прогресична мускулна дистрофия)

Ензимопатии

  • •Всяка промяна в активността на даден ензим (особено ако катализира скорост-определяща реакция) води до нарушение на динамичното равновесие установено в клетките и организма (нарушава хомеостазата в организма).
  • •Така се създават условия за развитие на патологична симптоматика – развиват се метаболитни разстройства.
  • •В зависимост от причината за възникването им ензимните смущения (дефекти, ензимопатиите):

–Вродени (наследствени, първични, идиопатични)

–Придобити (вторични)

  • •Наследствените ензимни дефекти се дължат на абнормална молекулна структура на ензими, които от своя страна се кодират от гени с променена структура (най-често в следствие на мутации)
  • •Ето защо наследствените ензимопатии се включват към групата на молекулните болести (заболявания причинени от промяна структурата и биологичната роля на белтъци и други органични структури)

Обща характеристика на обмяната на веществата

Доц. Т. Влайкова,

Биологична обмяна

nЖивити организми са отворени системи – те взаимодействат с околната среда – приемат вещества, енергия и информация от нея, преработват ги и ги изнасят отново в околната среда под друга форма.

nВзаимовръзката между организмите и околната среда е сложна и се осъществява от система от процреси, характерна само за живите същества – “биологична обмяна”

nПоняттието биологична обмяна се отъждествява с понятието “метаболизъм”, в неговия широк смисъл.

Етапи на биологичната обмяна

nI ФАЗА- Храносмилане – веществата от външната среда се преработват и транспортират във вътрешната среда на организма

nII ФАЗА- Междинна обмяна =“метаболизъм” в тесен смисъл. Включват се процесите на синтеза и разграждане на веществата, техните взаимовръзки и регулация.

  • •Доставя енергия в използваем вид;
  • •Образуват структурни компоненти (структурни блокове);
  • •Синтезирането на специфични за клетката и организма биомакромолекули (НК, Белтъци, полизахариди, мембрани)
  • •Синтезиране  и разграждане на биомолекули със специфични функции (хормони, рецептори, невромедиатори...)

nIII ФАЗА- Изнасяне на крайните продукти - най-често нискомолекулни вещества (CO2, H2O, урея, пикочна киселина, жлъчни пигменти, креатинин, стероидни продукти...)

Етапи на биологичната обмяна

Фази на междинния метаболизъм

nКатаболизъм – фаза на разграждане.

  • ØПо своята химична природа процесите са окислителни.
  • ØПо отношение на термодинамичните характеристики – процесите са екзергонични – освобождават свободна енергия, която се включва и запасява като енергия на макроергичните съединения (АТФ) и като енергия, акумулирана в радициращите еквиваленти (НАДН и НАДФН). Част от енергията се освобождава като топлина.

nАнаболизъм – фаза на “биосинтезата”.

  • ØПо своята химична природа процесите са редукционни.
  • ØПо отношение на термодинамичните характеристики – процесите са ендергонични – за протичането им е необходимо внасяне на свободна енергия, получена от разграждането на макроергичните съединения или енергията акумулирана в радициращите еквиваленти.

Основни понятия

nМетаболитна верига (метаболитен път)– процесите на разграждане и синтеза се осъществяват във вериги от свързани помежду си последователно протичащи химични реакции;

nМетаболитно стъпало – всяка отделна реакция в дадена метаболитна верига;

nМеждинен метаболит – всеко отделно съединение получавано при отделните метаболитни стъпала.

nСубстрат на метаболитната верига - съединението навлизащо в първото метаболитно стъпало;

nКраен продукт на метаболитната верига - съединението, получено в резултат на последното метаболитно стъпало;

nВъзлов метаболит – общо съединение на 2 или повече матаболитни вериги.

Регулация на метаболитните процеси

nМетаболитните процеси се саморегулират!!!

nПринцип за МАКСИМАЛНА ИКОНОМИЧНОСТ!

nРегулация на клетъчно ниво (бърз ефект). Осъществява се под действие на сигнали в клетките: метаболити от самата метаболитна верига или от други метаболитни вериги:

nПромяна концентрацията на субстратите;

nПромяна активността на регулаторните  ензими:

  • ØЧрез промяна на каталитичната активност под действие на Ало модулатори или ковалентна модификация.
  • ØЧрез промяна на концентрацията на регулаторните ензими.

Регулация на метаболитните процеси

nРегулация на организмово ниво (по-бавен, но по-продължителен ефект).

nОсъществява се под действие на външни за клетките сигнали, които се свързват със специфични клетъчни рецептори в цитоплазмата, ядрото или по повърхността на плазмената мембрана: хормони, невромедиатори, растежни фактори:

nВъздействат на метаболитните процеси:

  • ØЧрез промяна на каталитичната активност на регулаторни ензими под действие на ковалентна модификация;
  • ØЧрез промяна на концентрацията на регулаторните ензими (генетчна регулация).

Основни закономоерности и реакции при обмяната на въглехидрати, липиди и N-съдържащи вещества

Доц. Т.Влайкова

Смилане на ВХ в храносмилателния тракт

nСлюнчена -амилаза – разгражда вътрешни 1-4 връзки в скорбяла и гликоген. Активира се от Cl-.

nПанкреатична -амилаза - разгражда вътрешни 1-4 връзки в скорбяла и гликоген.

nГликозидази на чревните въси:

  • •Захараза-разгражда захароза
  • •Глюкоамилазен комплекс (малтаза)- разгражда крайни 1-4 връзки
  • •Лактаза (глюкозидазен комплекс) разгражда 1-4 връзки в лактоза (млечна захар) и др.
  • •Трехалаза – разгражда 1-1 връзки

Цикъл на Кребс

nЦентрален катаболитен път на разграждане на въглехидрати, мазнини, белтъци, кетонови вещества и етанол.

nТези съединения навлизат в ЦТК под формата на ацетил-КоА или някой междинен метаболит от цикъла (оксалацетат, фумарат, сукцинил-КоА

nРазграждат се напълно до СО2 и Н2О

nОсновна роля – ЕНЕРГЕТИЧНА - 12 mol АТФ/mol Ацетил-КоА

nМЕТАБОЛИТНА роля: източник на субстрати за различни биосинтетични процеси – синтеза на глюкоза, заменими АК, МК, хем, невромедиатори.

Гликолиза

Пентозофосфатен път

nАлтернативен на гликолизата катаболитен път на разграждане на глюкозата

nПроцес на пряко окислително разграждане на глюкозата (окисление + отделяне на СО2)

nПолучават се междинни метаболити на гликолизата

nМетаболитна роля: доставка на редуциращи еквиваленти (НАДФН) за биосинтетични процеси и на рибозо-5-Ф за синтеза на нуклеотиди.

Ензимни дефекти на ПФП

Глюкозо-6-фосфатдехидрогеназна недостатъчност (фавизъм)

nНай-разпространеният ензимен дефект на човечеството - Съществуват над 160 генетични варианта вследствие на точкови мутации

nБиохимични следствия: - окислително увреждане на Er мембрани и окислително полимеризиране на Met Hb – телца на Neinz.

nСимптоми: Остри хемолитични кризи, отключвани от екзогенни фактори: окислително действащи медикаменти (антималарийни средства – примахин, хинин и производни; сулфонамиди; антипиретици; туберкулостатици) или определени храни (бакла, френско грозде, грахови растения). Фактори за отключване на хемолитичните кризи: вирусни и бактериални инфекции, диабетна ацидоза, бъбречна недостатъчност.

Глюконеогенеза

nСинтеза на глюкоза от невъглехидратни предшественици: лактат, гликогенни АК, глицерол.

nПротича в хепатоцитите само.

nНай-общо – обтатен път на гликолизата, но има специфични реакции, които заобикалят необратимите реакции от гликолизата.

nКлючово ензими – пируват карбоксилаза (митохондрии), фосфоенол питуват карбоксикиназа (цитозол), фруктозо-1,6-бисфосфатаза (цитозол), глчкозо-6-фосфатаза (цитозол)

nПроцесът се активира от глюкагон и глюкокортикоиди (кортизол) нпр. през периодите нежду храненията, при гладуване, диабет.

Гликогеносинтеза/гликоенолиза

nГликогеносинтеза – синтеза на гликоген - стимулира се при приток на глюкоза в клетките (мускули, хепатоцити и др. ) при инсулинов стимул.

nНатрупва се резервен гликоген в клетките –

  • •в скелетни мускули за нуждите на клетките за енергия
  • •В хепатоцитите – за поддържае на глюкоза в кръвта през периодите между храненията.

nГликогенолиза – разграждане на гликоген

  • •до глюкозо-6Ф в мускули и други клетки (без епатоцити) – използва се в гликолизата за енергия
  • •до молекулна глюкоза, кочто злиза в кръва за поддържане на кръвната захар в периодите между хранения

nСтимулира се от глюкагон, адреналин, норадреналин, а се инхибира от инсулин

Храносмилане на липидите

nТАГ (триацилглицероли)- основна група липиди приемана с храната. Главен път на разграждане – хидролиза до 2-моноацилглицерол (МАГ) и 2 МК в тънките черва. Минорен път– хидролиза в устна кухина и стомах.

nЛИПАЗА НА ЕЗИКА и СТОМАШНА ЛИПАЗА – разграждат преференциално ТАГ с къси и средноверижни МК (12 и < от 12 С-атома). Важни за смилането на липидите при новородени и малки деца – при смилане на липидите на кравето мляко.

nПАНКРЕАТИЧНА ЛИПАЗА. Секретира се заедно с  друг протеин – КОЛИПАЗА, (активатор на липазата).

nЗа действието на панкреатината липаза е необходимо липидите да са в емулгирано състояние – постига се от секретираните с жлъчката соли на конюгираните ЖЛЪЧНИ КИСЕЛИНИ (ЖК).

nПАНКРЕАТИЧНИ ФОСФОЛИПАЗА А2 и ЕСТЕРАЗА – хидролизират фосфолипидите (ФЛ) и естерите на холестерола (ХЕ) приети с  храната.

Липопротеинови комплекси (ЛПК)

nНековалентни комплекси на липиди и протеини.

nСъдържат в различно съотношение:
спецфични протеини (Аполипопротеини, Апо), фосфолипиди (ФЛ), триацилглицероли (ТАГ), свободен холестерол  (Х), и холестеринови естери (ХЕ) и някои мастно-разтворими съединения (Вит.)

Роля на ЛПК

nХиломикрони –пренасят ТАГ и други мастно-разтворими вещества, резорбирани от храната от тънки черва до периферни тъкани и ч.дроб.

nVLDL- синтезирани в хепатоцити – пренасят ТАГ от ч.дроб до периферни тъкани.

nIDL – получават се в обмяната на VLDL. Поемат се (очистват се от ч.дроб).

nLDL - получават се от IDL при обмяната на VLDL. Пренасят холестерол (ХЕ) от ч.дроб до периферни тъкани. Там част от ЛПК от тази фракция се поемат от клетките чрез ендоцитоза след свързването на техните АпоВ със негов специфичен рецептор. СКЛЕРОГЕННА ФРАКЦИЯ – съдържат “лош” Холестерол

nHDL – пренасят холестерол (ХЕ) от периферни тъкани до ч.дроб. Очистват се от ч.дроб. АНТИСКЛЕРОГЕННА ФРРАКЦИЯ - съдържат “добър” Хол (-Хол)

nVHDL – комплекс на мастни киселини с албумин – пренасят МС от от периферни тъкани до ч.дроб.

-Окисление на МК

nОсновен източник на МК за окисление са липидите приети с храната и МК мобилизирани от мастните депа.

nМК се складират в адипоцитите на мастната тъкан под формата на триацилглицероли (ТАГ).

nВ отговор на енергетична нужда или друг стимул, МК от ТАГ могат да бъдат мобилизирани за използване от други тъкани- мускулна т, миокард, др.

n-Окислението е катаболитен път за разграждане на мастните киселини (с четен и нечетен брой С атоми, наситени и моно- и полиненаситени);

n-Окислението е аеробен процес и се осъществява в матрикса на митохондриите;

nФункция – диставка на енергия (АТФ) за нуждите на клетките

Кетогенеза и кетолиза

nПри условия на ускорено окисление на мастни киселини, черният дроб синтезира значителни количества ацетоацетат и 3-ОН-бутират.

nКетонови тела (вещества) (КТ): ацетоацетат (АцАц), -хидроксибутират (3-OH- бутират)(3-ХБ), ацетон

nПри нормални условия на хранене – концентрация в кръвта: < 2 mmol/l, екскреция с урината: <1 mg/ден.

nПри човека КТ се синтезират само в митохондриите на хепатоцитите.

nКТ се усвояват от периферни тъкани: миокард, скелетни мускули, кора на бъбреци, млечна жлеза, мозък (при високи концентрации).

nКТ се окисляват в периферните тъкани, пропорционално на [KT] в кръвта. При [KT] >12mmol/l ® насищане на окисителните възможности на тези тъкани.

Синтез на МК

Холестерол - синтеза

nХол се синтезира във всички ядрени кл. Най-интензивна синтеза в ч.дроб, черва, кожа, кора на надбъбреци, тестиси, яйчници.

nСубстрат за синтезата са Ацетил-КоА, основно получени от разграждането на въглехидрати, но също и от МК и др.

nПроцесът е многостъпален, преминава през няколко етапа, осъществява се в цитозола и митохондриите.

nПроцесът е типичен синтетазен и изисква големи количества редуциращи еквиваленти: НАДФН, издващи основно от ПФП.

nРегулаторен ензим – хидрокси метилглутарил-КоА редуктаза (ХМГР, HMGR). Активира се от инсулин и тироидни хормони, инхибира се от глюкагон и глюкокортикоиди

nПри хиперхолестринемия и риск от ИБС и атеросклероза се приемат лекарства, инхибитори на този ензим (статини – ловастатин, мевастатин)

Холестерол - разграждане

nХол се разгражда частично в ч.дроб, като се образуват жлъчни киселини (холева и хенодезоксихолева к-на) и техни конюгирани с таурин или глицин производни

nИзвеждат се с жлъчката като K+ и Na+соли на конюгираните ЖК – имат детергентни свийства и значение при разграждане и резорбция на липидите.

nЧаст от Хол и ЖК попаднали в чревното съдържимо обратно се резорбират и се връщат в ч.дроб – ентерохепатален път.

nИзвсетна част от ЖК и Хол избягват тази обратна резорбция и се отстраняват от организма с фекалиите – основен път, по който се изнася Хол от организма.

nХрани от растителен произход, съдържащи различни фибри, свързват Хол и ЖК  и подпомагат за изнасяне на по-големи количества.

Смилане на протеини

В стомаха

nОт главните клетки на стомашните жлези се секретира проензимът (зимоген) пепсиноген.

nАктивиране: чрез киселинна хидролиза с H+ и чрез автокатализиране от получения активен пепсин

В тънки черва

nПанкреатични протеолитични ензими, секретирани като проензими: трипсиноген, химотрипсиноген, проеластаза, прокарбоксипептидази А и В.

nАктивиране на трипсиногена: протеолитично до трипсин от чревна ендопептидаза ентерокиназа (от дванадесотопръстника) и автокатализиране.

nАктивиране на другите проензими: протеолитично под действие на активния трипсин до активните ендопептидази химотрипсин и еластаза и активните екзопептидази карбоксипептидаза А и В.

nЧревната лигавица секретира екзопептидази и дипептидази: аминопептидази, левцин аминопептидаза и др. с чревен произход.

Метаболитна съдба на АК

ОБЩИ РЕАКЦИИ

nУчастват при синтезата на специфичните ендогенни протеини на организма и се получават при тяхното разграждане.

nПодлагат се на процеси на окислително дезаминиране и трансаминиране – отсраняване на аминогрупите и получаване на съответните С скелети на АК.

nРазграждане на С скелети до общи възови метаболити на гликолиза, ЦТК, Ацетил-КоА, които могат да се разгрдят за получаване на енергия (АТФ) или да се използват за синтеза на глюкоза (глюконеогенеза, ГНГ) или за синтеза на кетонови вещества (кетогенеза).

nЗаменимите АК могат да се синтезират от възлови метаболити на гликолизата и ЦТК.

nОтсранената аминогрупа като NH3 (NH4+) се обезврежда и отстранява от организма като урея или NH4+соли с урината.

nПочти всички АК се подлагат на декарбоксилиране, при което се получават съответни амини, много от тях с биологично действие – биогенни амини.

Метаболитна съдба на АК

СПЕЦИФИЧНИ РЕАКЦИИ

Субстрати за синтезата на всички N-съдържащи биологично активни съединения:

nПуринови и пиримидинови нуклеотиди

nПорфирини и хем

nАминозахари и гликопротеини, гкозамингликани и протеогликани

nХормони и растежни фактори с пептидна и протеинова структура

nХормони, производни на АК (адреналин, норадреналин, тироидни хормони, мелатонин)

nНевромедиатори (ГАМК, допамин, серотонин)

nКреатинфосфат

nМеланин (пигмент)

nНАД+ и НАДФ+

Общ преглед на обмянат на АК

Интеграция на въглехидратната, липидна и белтъчна обмена.

Доц. Т. Влайкова,

Нива на интеграция

nНа молекулно ниво – взаимовръзка и взаимодействие на метаболитните пътища посредстом възлови (общи) метаболити,  кофактори и регулаторни молекули.

nНа субклетъчно ниво – чрез процеса на компартментализация  и процесите на транспорт на метаболитите през мембраните на субклетъчните структури.

nНа организмово ниво – процесите на движение, разпределение и преобразуване на въглехидратите, липидите и белтъците и процесите на регулация на организмово ниво посредстом хормоните и други сигнални молекули.

Интеграция на организмово ниво

nОсъществява се при условия на хранене, гладуване, физиологичен стрес, действие на хормони.

nОсъществява се чрез транспортиране на хранителнте вещества и метаболитите посредством кръвта.

nВлиянието на въглехидратната храна/ гладуването върху метаболитните пътища се осъществява чрез промяна съотношението на основните хормони инсулин/глюкагон.

След прием на смесена храна

nПовишена конц. на гл. ® GLUT2 в -клетки на панкреас ® стимулиране секрецията на инсулин.

nВ ч.дроб ® GLUT2 ® ускорено навлизане на гл ® гл-6Ф (глюкокиназа) ® фр-6Ф ® стимулиране гликогеногенеза, гликолиза и ПФП ® Пир ® Ацетил-КоА ® ЦТК (АТФ) и цитрат ® синтеза на МК (Ацетил-КоА карбоксилаза) ® ТАГ (ДХАФ от гликолизата ® глицерл-3Ф) ® VLDL ® периферни тъкани

След прием на смесена храна

nАбсорбция на липиди ® хиломикрони ® МК в периферни т. (ЛПЛ) + глицерол в ч.дроб ® остатъци от хиломикрони ® ч.дроб ® МК + глицерол-3Ф (от ДХАФ от гликолиза или от глицерол) ® ТАГ ® VLDL ® периферни тъкани ® МК ® Ацетил-КоА за АТФ в ЦТК ИЛИ ТАГ (м.тъкан)

nАбсорбция на АК ® ч.дроб ® трансаминиране, С-скелет (глюкоза или КВ) или системно кръвообращение (особено разклонени АК) ® мускули и други т. ® синтеза на белтъци или специфични АК продукти.

Bookmark and Share