Název školy:Gymnázium, Chomutov, Mostecká 3000, příspěvková organizace Autor: Datum tvorby: Mgr. Daniela Čapounová Název:VY_32_INOVACE_06C_17_Metabolismus bílkovin a aminokyselin Téma:BIOCHEMIE – Metabolismus bílkovin a aminokyselin Číslo projektu:CZ.1.07/1.5.00/

ANOTACE Materiál obsahuje výkladovou prezentaci pro 4. ročník čtyřletého gymnázia (nebo odpovídající ročníky víceletých gymnázií) k tématu „Metabolismus bílkovin a aminokyselin“. Do výkladu jsou vloženy kontrolní otázky pro zpětnou vazbu učitele. V uzavřených položkách žáci zaškrtávají v nabídce odpovědí interaktivním perem, na otevřené položky odpovídají ústně. Na správné odpovědi se v prezentaci posuneme tlačítkem akcí. Součástí DUM je pracovní list / test, který lze využít pro samostatnou práci, domácí přípravu nebo ověření znalostí studentů při zkoušení. Test je včetně autorského řešení. Jsou zde realizovány mezipředmětové vztahy s biologií. Materiál je určen k interaktivní výuce. Tento DUM tématicky souvisí s dalšími materiály: VY_32_INOVACE_06C_16_Charakteristika aminokyselin a bílkovin VY_32_INOVACE_06C_18_Ornithinový cyklus VY_32_INOVACE_06C_19_Proteosyntéza Použité zdroje (literární i webové) jsou uvedeny v seznamu citací na konci prezentace.

METABOLISMUS PROTEINŮ A AMINOKYSELIN

BÍLKOVINY: -nezastupitelné místo v potravě člověka (příjem asi 0,8g / 1 kg hmotnosti u dospělého) -podle zdroje: živočišné x rostlinné bílkoviny -podle možnosti syntetizovat AMK: esenciální x neesenciální -makromolekulární → neprostupují skrz střevní stěnu do krve → rozštěpit na kratší řetězce (max 8 – 12 AMK) a jednotlivé AMK Biologická hodnota B – dána poměrem mezi esenciálními a neesenciálními AMK v bílkovině

Trávení (štěpení) proteinů: -žaludek, tenké střevo -enzymy = proteázy, peptidázy -dělíme je na: -endopeptidázy – štěpí uprostřed proteinového řetězce -exopeptidázy – odštěpují AMK od konce řetězce -aminopeptidázy – od aminového konce -karboxypeptidázy – od karboxylového konce -vzniklé dipeptidy štěpeny dipeptidázami

VSTŘEBÁVÁNÍ AMK: -AMK vzniklé štěpením proteinů → vstřebávány tenkém střevě (hlavně kyčelník) → do krve → do jater (enterohepatální oběh) → zde tvorba „labilních proteinů“ (= slouží jako zdroj AMK) → z nich AMK znovu uvolňovány → do krve → do tkání → zde metabolizovány → 3 možnosti: -tvorba tělu vlastních proteinů -úplný rozklad (odbourání) AMK -přeměna na jiné látky (koenzym A, kreatin, některé hormony,…)

OTÁZKY 1)V jakém úseku trávicí soustavy začíná štěpení bílkovin? a. v ústní dutině (enzymy přítomné ve slinách) b. v žaludku c. ve dvanáctníku d. v tlustém střevě 2)Jakou roli hraje HCl přítomná v žaludku člověka? SPRÁVNÉ ODPOVĚDI:

SPRÁVNÉ ODPOVĚDI: 1)Trávení proteinů začíná v žaludku (možnost b) 2)HCl aktivuje pepsinogen (inaktivní) na pepsin = enzym, který se podílí na štěpení bílkovinných řetězců. Současně HCl působí nabobtnání bílkovinné potravy a zpřístupňuje ji tak enzymům. Trávení pak pokračuje ve dvanáctníku, kam jsou vylučovány proteázy obsažené v pankreatické šťávě. ZPĚT NA ZADÁNÍ OTÁZEK NA DALŠÍ VÝKLAD:

ODBOURÁVÁNÍ AMK: -rozkládá se významné množství AMK -mohou probíhat tyto děje: -přeměna postranního řetězce -dekarboxylace (→ vznik aminů) -transaminace (→ vznik α-oxokyselin) -deaminace (→ také vznik α-oxokyselin)

1)PŘEMĚNA POSTRANNÍHO ŘETĚZCE: -jen u některých AMK (serin – z něj se odštěpí glycin, zbyde aktivovaný formaldehyd, který je kofaktorem (kys. listová) přenesen na místo využití) 2) DEKARBOXYLACE: -odstranění CO 2 → vznik aminů Obr. 1

-dekarboxylací vznikají některé biologicky aktivní aminy: -katecholaminy (dopamin, adrenalin, noradrenalin) -odvozeny od Tyr, vznik v CNS, dřeni nadledvin, syntéza indukována stresem -γ-aminomáselná kys. (GABA) -inhibiční neurotransmiter (regulace svalového tonu u čl.) -serotonin -neurotransmiter (nálady, nedostatek – deprese, možná migrény) -histamin -z His, vliv na hladké svalstvo, nadbytek – astma, kopřivka)

3) TRANSAMINACE: -přenos –NH 2 skupiny z jedné molekuly na druhou -→ možnost syntézy neesenciálních AMK!! -katalyzováno specifickými aminotransferázami (transaminázami) Obr. 2

-ve většině případů je příjemcem aminoskupiny 2-oxoglutarát → mění se na glutamát AMK1 + 2-oxoglutarát → 2-oxokyselina + AMK2 (glutamát) -následuje reakce: aminoskupina glutamátu přenesena na oxalacetát → vznik aspartátu + regenerace 2-oxoglutarátu glutamát + oxalacetát → 2-oxoglutarát + aspartát - při transaminaci nevzniká amoniak NH 3

OTÁZKY 3) Vysvětlete rozdíl mezi endopeptidázami a exopeptidázami. Jak se exopeptidázy rozdělují? 4) Vysvětlete, co je transaminace. Co je nejčastějším akceptorem –NH 2 skupiny při transaminačních dějích? SPRÁVNÉ ODPOVĚDI:

SPRÁVNÉ ODPOVĚDI: 4) Endopeptidázy štěpí peptidový řetězec uprostřed, exopeptidázy odštěpují koncové AMK z peptidového řetězce. Z –COOH konce karboxypeptidázy, z –NH 2 konce aminopeptidázy. 5) Transaminace = děj, při kterém je –NH 2 přenášena z aminokyseliny na oxokyselinu. Nejčastějším akceptorem –NH 2 je 2-oxoglutarát, který se tak mění na glutamát ZPĚT NA ZADÁNÍ OTÁZEK NA DALŠÍ VÝKLAD:

4) DEAMINACE: hlavně játra, také ledviny -hlavně při nadbytku bílkovin v těle -glutamát (vzniklý transaminací) se oxiduje na 2-oxoglutarát za vzniku NH 3 glutamát + H 2 O → 2-oxoglutarát + NH 3 -regenerovaný 2-oxoglutarát se uplatní při transaminacích Obr. 3 – glutamát obr. 4 – 2-oxoglutarát

Deaminací vzniká vysoce toxický amoniak -vodní živ. – vylučují NH 3 přímo do vody (amonotelní) -suchozemští – převedou NH 3 na močovou kys. nebo močovinu (plazi, ptáci, savci) – močovinový cyklus (játra) -přesněji: NH 3 přemění na netoxický glutamin → transportují do jater → zde zpět na NH 3 → na močovinu (ureotelní – savci) nebo → na močovou kyselinu (urikotelní – plazi, ptáci)

MOČOVINOVÝ = ORNITINOVÝ CYKLUS (malý Krebsův c.): -součást katabolismu bílkovin -slouží k odstranění nadbytečného dusíku (amoniaku) -vzniká močovina (denně 25 – 35g) (biosyntetický děj) -silně endergonický (spotřeba 4 ATP, ale: z cyklu vystupuje fumarát → vstoupí do citrát. cyklu, kde se uhradí 3 ATP → čistý výdej 1 ATP na jednu molekulu vzniklé močoviny) Obr. 5 - MOČOVINA

Lokalizace močovinového cyklu: -v játrech -část v mitochondriích -část v cytoplazmě Souhrn: Vznik močoviny v játrech → do krve → v ledvinách do moči → močí odstraněna z těla (pozn.: pokud poruchy ledvin – močovina se hromadí v těle → nutno odstranit dialýzou)

Obr. 7

OTÁZKY 5) Jaké produkty vznikají při dekarboxylaci aminokyselin? a. pouze aminy b. aminy a oxid uhličitý c. aminy a amoniak d. pouze amoniak 6) Co je produktem deaminace a kde deaminace probíhá? SPRÁVNÉ ODPOVĚDI:

SPRÁVNÉ ODPOVĚDI: 5) Dekarboxylací aminokyselin vzniká oxid uhličitý CO 2 a aminy (možnost b). 6) Do deaminace vstupuje glutamát → mění se na 2- oxoglutarát (uplatní se při transaminacích) a amoniak NH 3 (toxický, odstraňován různými způsoby – u savců ornithinovým cyklem za vzniku močoviny). Deaminace probíhá zejména v játrech, také v ledvinách. ZPĚT NA ZADÁNÍ OTÁZEK NA DALŠÍ VÝKLAD:

ODBOURÁNÍ C-SKELETU AMK -proteinogenní AMK mají různé C-kostry – odbourávají se na jeden ze 7 metabolitů: -pyruvát- fumarát -2-oxoglutarát- oxalacetát -sukcinyl-CoA- acetyl-CoA -acetoacetát -všechny tyto metabolity souvisejí s významnými metabolickými drahami -podle konečného využití můžeme AMK rozdělit: -glukogenní – možno využít v glukoneogenezi k tvorbě Glc (Ala, Pro,…) -ketogenní – možno využít k tvorbě MK (pouze Leu) -některé AMK jsou glukogenní i ketogenní (Ile, Lys, Phe, Try, Tyr)

PRACOVNÍ LIST / TEST Téma: BIOCHEMIE – METABOLISMUS BÍLKOVIN A AMINOKYSELIN 1)Rozdělte bílkoviny podle zdroje, v němž jsou obsaženy. 2)Vysvětlete pojem proteinogenní aminokyseliny, vysvětlete rozdíl mezi esenciálními a neesenciálními aminokyselinami. Jak je získáváme? 3)Proč nejsou bílkoviny vstřebávány střevní stěnou do krve? 4)Vysvětlete rozdíl mezi exopeptidázami a endopeptidázami. Jak exopeptidázy dále rozdělujeme?

5) Dipeptidázy: a. odštěpují z proteinového řetězce dipeptidy b. štěpí tetrapeptidy za vzniku dvou peptidů c. katalyzují syntézu dipeptidu ze dvou aminokyselin d. štěpí dipeptidy za vzniku volných aminokyselin 6) Vyberte správné možnosti: Získané aminokyseliny a. jsou přeměněny na jiné látky (např. aminy) b. jsou uchovány do zásoby c. jsou využity k tvorbě bílkovin tělu vlastních d. jsou odbourány 7) Napište, jaké produkty vznikají dekarboxylací aminokyselin. 8) Co je transaminace?

9) Při transaminaci je častým příjemcem –NH 2 skupiny 2-oxoglutarát. V takovém případě vzniká: a. aspartát b. glutamát c. fenylalanin d. leucin 10) Vyberte správné tvrzení: a. Při transaminaci vzniká / nevzniká amoniak. b. Transaminace je přenos –COOH / -NH 2 skupiny na vhodný akceptor. c. Deaminace probíhá zejména v játrech / v pankreatu. d. Deaminací vzniká / nevzniká toxický produkt. 11) Amonotelní organismy vylučují přebytečný dusík jako: a. kyselinu močovou b. močovinu c. amoniak d. amonné soli aminokyselin

12) Vyberte správné tvrzení: a. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovinu, ta vzniká v citrátovém cyklu. b. Savci patří mezi ureotelní organismy. c. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovou kyselinu, ta vzniká v ornithinovém cyklu. d. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovinu, ta vzniká v ornithinovém cyklu. 13) Odbouráváním uhlíkatého skeletu každé aminokyseliny vzniká: a. jeden z 5 významných metabolitů b. jeden ze 6 významných metabolitů c. jeden ze 7 významných metabolitů d. jeden z 8 významných metabolitů 14) Vyberte správné tvrzení: a. všechny aminokyseliny jsou glukogenní b. všechny aminokyseliny jsou ketogenní c. některé aminokyseliny jsou glukogenní, jiné ketogenní, nikde ne současně d. některé aminokyseliny jsou současně glukogenní i ketogenní

PRACOVNÍ LIST / TEST ŘEŠENÍ 1)Rozdělte bílkoviny podle zdroje, v němž jsou obsaženy. - živočišné x rostlinné bílkoviny 2)Vysvětlete pojem proteinogenní aminokyseliny, vysvětlete rozdíl mezi esenciálními a neesenciálními aminokyselinami. Jak je získáváme? -proteinogenní AMK se podílejí na stavbě bílkovin -esenciální = nepostradatelné, organismus je neumí syntetizovat, musí je přijímat v potravě -neesenciální – organismus je umí syntetizovat z jiných AMK transaminací 3)Proč nejsou bílkoviny vstřebávány střevní stěnou do krve? - jsou makromolekulární – je potřeba je rozštěpit na kratší řetězce (max 8 – 12 AMK) a na jednotlivé AMK 4)Vysvětlete rozdíl mezi exopeptidázami a endopeptidázami. Jak exopeptidázy dále rozdělujeme? -endopeptidázy – štěpí proteinový řetězec uprostřed -exopeptidázy – odštěpují AMK od konců peptidického řetězce, karboxypeptidázy z –COOH konce, aminopeptidázy z –NH 2 konce

5) Dipeptidázy: a. odštěpují z proteinového řetězce dipeptidy b. štěpí tetrapeptidy za vzniku dvou peptidů c. katalyzují syntézu dipeptidu ze dvou aminokyselin d. štěpí dipeptidy za vzniku volných aminokyselin 6) Vyberte správné možnosti: Získané aminokyseliny a. jsou přeměněny na jiné látky (např. aminy) b. jsou uchovány do zásoby c. jsou využity k tvorbě bílkovin tělu vlastních d. jsou odbourány 7) Napište, jaké produkty vznikají dekarboxylací aminokyselin. - vznikají aminy a CO 2 8) Co je transaminace? - proces přenosu –NH 2 z aminokyseliny na akceptor (oxokyselinu), vzniká tak jiná aminokyselina (možnost syntézy neesenciálních AMK)

9) Při transaminaci je častým příjemcem –NH 2 skupiny 2-oxoglutarát. V takovém případě vzniká: a. aspartát b. glutamát c. fenylalanin d. leucin 10) Vyberte správné tvrzení: a. Při transaminaci vzniká / nevzniká amoniak. b. Transaminace je přenos –COOH / -NH 2 skupiny na vhodný akceptor. c. Deaminace probíhá zejména v játrech / v pankreatu. d. Deaminací vzniká / nevzniká toxický produkt. 11) Amonotelní organismy vylučují přebytečný dusík jako: a. kyselinu močovou b. močovinu c. amoniak d. amonné soli aminokyselin

12) Vyberte správné tvrzení: a. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovinu, ta vzniká v citrátovém cyklu. b. Savci patří mezi ureotelní organismy. c. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovou kyselinu, ta vzniká v ornithinovém cyklu. d. Savci vylučují přebytečný dusík jako močovinu, ta vzniká v ornithinovém cyklu. 13) Odbouráváním uhlíkatého skeletu každé aminokyseliny vzniká: a. jeden z 5 významných metabolitů b. jeden ze 6 významných metabolitů c. jeden ze 7 významných metabolitů d. jeden z 8 významných metabolitů 14) Vyberte správné tvrzení: a. všechny aminokyseliny jsou glukogenní b. všechny aminokyseliny jsou ketogenní c. některé aminokyseliny jsou glukogenní, jiné ketogenní, nikde ne současně d. některé aminokyseliny jsou současně glukogenní i ketogenní

OBRÁZKY: 1, 2, 3, 4 – archiv autora 6 - AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: 7 – archiv autora LITERATURA: VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. 2. vydání.Praha: Academia, 1999, ISBN ABERTS, Bruce; BRAY, Dennis; JOHNSON, Alexander a kol. Základy buněčné biologie - úvod do molekulární biologie buňky. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1998, ISBN ČÁRSKY, Jozef; KOPŘIVA, Jaroslav a kol. Chemie pro 3. ročník gymnázií. Praha: SPN, 1986, ISBN LEDVINA, Miroslav a kol. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009, ISBN