Aminokyseliny V této přednášce byly použity materiály z prezentací

Prezentace na téma: "Aminokyseliny V této přednášce byly použity materiály z prezentací"— Transkript prezentace:

1 Aminokyseliny V této přednášce byly použity materiály z prezentací
Mgr. Mirky Rovenské, PhD Doc. RNDr. Jany Novotné, CSc. oběma srdečně děkuji

2

3

4

5

6

7

8

9

10 METABOLISMUS AMINOKYSELIN

11 Dvacet standardních aminokyselin

12 Neesenciální a esenciální aminokyseliny u člověka
Semiesenciální* Alanin Asparagin Aspartát Glutamát Serin Fenylalanin Histidin Isoleucin Leucin Lysin Methionin Threonin Tryptofan Valin Arginin Cystein Glutamin Glycin Prolin Tyrosin *pouze v určitém období růstu a během nemoci.

13 METABOLISMUS AMINOKYSELIN
TĚLESNÉ PROTEINY Proteosyntéza Odbourávání AMINOKYSELINY Trávení Transaminace GLUKÓZA CO2 KETOLÁTKY ACETYL CoA MOČOVINA NH3 ulíkové kostry Přeměna 250 – 300 g/den GLYKOLÝZA KREBSŮV CYCLUS NEBÍLKOVINNÉ DERIVÁTY Porfyriny Puriny Pyrimidiny Neurotransmitery Hormony Složené lipidy Aminocukry PROTEINY Z POTRAVY

14 Enzymy štěpící proteiny
Endopeptidázy Žaludeční - pepsin Pankreatické - trypsin, chymotrypsin, elastáza Exopeptidázy (tenké střevo) aminopeptidázy, karboxypeptidázy, dipeptidázy Pepsin (pH 1.5 – 2.5) – štěpí peptidovou vazbu před Tyr, Phe, mezi Leu, Glu Trypsin (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Lys a Arg Chymotrypsin (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Phe a Tyr Pankreatická elastáza (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidovou vazbu za Ala, Gly a Val Hydrolyzují polypetidy na oligopetidy a až na aminokyseliny. Aminokyseliny jsou absorbovány střevní sliznicí,transportovány tkání. Odbourávání aminokyselin probíhá intracelulárně. Prvním krokem je odstranění a-aminoskupiny, většinou ve formě amoniaku, který je vylučován, buď přímo, nebo přes další sloučeniny z organismu.

15 Dekarboxylací vznikají biologicky aktivní aminy.
Katabolismus aminokyselin R CH COOH NH2 a-ketokyselina Deaminace Transaminace Oxidativní dekarboxylace amin a-ketokyselina + aminokyselina Základním předpokladem pro odbourávání aminokyselin je odstranění a-aminoskupiny transaminací a deaminací. Dekarboxylací vznikají biologicky aktivní aminy.

16 TRANSAMINACE Aminotransferázy (transaminázy) jsou specifické pro jeden pár aminokyseliny s její odpovídající a-ketokyselinou. Aminotransferázy mají v aktivním centru prosthetickou skupinu – pyridoxalfosfát (PLP)

17 Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu
H COO N 3 + OOC 2 O - Aminokyselina a-Ketoglutarát a-Ketokyselina Glutamát

18 Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu
+ N H O 3 - - + - - OOC C H C H C H COO OOC C H C COO 2 2 2 Glutamát Oxaloacetát Aspartátaminotransferáza (AST) + O N H 3 - - + - - OOC C H C H C COO OOC C H C H COO 2 2 2 a-Ketoglutarát Aspartát

19 Aminotransferázy jsou důležité v klinické praxi
Substráty většiny aminotransferáz jsou a-ketoglutarát a oxaloacetát. Aminotransferázové reakce jsou reversibilní a podílí se tak i na syntéze aminokyselin. Aminotransferázy jsou důležité v klinické praxi Přítomnosti aminotransferáz ve svalových a jaterních buňkách se využívá k diagnostickým účelům. Klinické měření se nazývá: SGOT (serum glutamátoxaloacetáttransamináza), také aspartáttransamináza, AST a SGPT (serum glutamátpyruváttransamináza) nebo alanintransamináza, ALT. Vysoké aktivity těchto enzymů v krevním séru indikují porušení svalové nebo jaterní tkáně (infarkt myokardu, zánět jater, ).

20 Transport aminodusíku při odbourávání svalových proteinů
Glukózo-alaninový cyklus Alanin vyplavený ze svalu a periferních tkání, je použit pro glukoneogenezi v játrech a glukóza je opětovně vychytávána svalem a periferními tkáněmi, kde z něho vzniká pyruvát. Ten je transaminován na alanin atd. Aminodusík z alaninu je v játrech použit pro syntézu močoviny. (Obdoba cyklu Coriových). Obrázek převzat z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox :LEHNINGER. PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Fifth edition

21 odstraňuje v játrech aminoskupinu z uhlíkaté kostry glutamátu
Glutamát uvolňuje svoji aminoskupinu v játrech jako amoniak L-Glutamátdehydrogenáza odstraňuje v játrech aminoskupinu z uhlíkaté kostry glutamátu v játrech se hromadí glutamát vzniklý transaminací z jiných aminokyselin aminoskupina se oxidativní deaminací z glutamátu uvolní glutamátdehydrogenázovou reakcí jako amoniak (reakce probíhá v mitochondriích) glutamátdehydrogenáza je jako jediná z enzymů schopna využívat NAD+ i NADP+ jako akceptory redukujících ekvivalentů kombinované působení aminotransferázy a glutamátdehydrogenázy se nazývá transdeaminace. Obrázek převzat z:

22 Glutamin transportuje amoniak z krevního řečiště
Je nejvýznamnější transportní formou aminodusíku v krvi glutaminsyntetáza Ve své molekule nese hned dvě –NH2 skupiny pocházející z odbourávání AMK. Glutamin je transportován do jater a NH4 se v mitochondriích hepatocytů uvolní za pomoci glutaminázy, glutamin se mění zpět na glutamát. NH3 se glutaminázou mění na močovinu. Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

23 Dvacet aminokyselin se odbourává na sedm produktů, které jsou součástí citrátového cyklu
pyruvát acetyl CoA oxalacetát fumarát sukcynyl CoA acetoacetyl CoA a-ketoglutarát citrát PEP aspartát asparagin tyrosin fenylalanin isoleucin methionin threonin valin alanin, glycin cystein, serin tryptofan leucin* leucin*,lysin* tyrosin, tryptofan glukóza lipidy glutamin glutamát histidin prolin arginin

24 Glukogenní aminokyseliny
Metabolisují se na a-ketoglutarát, pyruvát, oxaloacetát, fumarát nebo sukcinyl CoA Aspartát Asparagin Arginin Phenylalanin Tyrosin Isoleucin Methionin Valin Glutamin Glutamát Prolin Histidin Alanin Serin Cystein Glycin Threonin Tryptofan

25 Současně jsou i glukogemmí
Ketogenní a aminokyseliny Metabolisují se na acetyl CoA nebo acetoacetát Současně jsou i glukogemmí Metabolisují se na a-ketoglutarát, pyruvát, oxaloacetát, fumarát nebo sukcinyl CoA Isoleucin Threonin Tryptofan Fenylalanin Tyrosin Leucin a Lysin jsou pouze ketogenní

26 Metabolismus některých aminokyselin

27 Metabolismus methioninu
Tvorba aktivovaného methioninu = S-adenosylmethionin (SAM) SAM slouží jako prekurzor pro řadu methylačních reakcí, např. konverze noradrenlinu na adrenalin. Po ztrátě CH3 vzniká S-adenosylhomocystein (SAH). Převzato z

28 Biosyntéza cysteinu z methioninu
Regenerace Met za přítomnosti N5-methyl- tetrahydrofolátu (vitaminy: folát + B12) SAM se přes SAH mění na homocystein. Homocystein kondenzuje se serinem na cystathion. Cystathionáza rozštěpí cystathion na cystein a a-ketoglutarát. * Celá rerakce se nazývá transsulfurace *nefunkční enzym vede ke vzniku homocystinurii. Převzato z

29 Homocystinurie Vrozená porucha metabolismu Met, geneticky podmíněná defektem enzymu cystathionin-β-syntázy. V moči je vysoká koncentrace homocysteinu a methioninu. Deformity kostí a poruchy zraku způsobené atypickým uložením čočky, předčasná ateroskleróza neléčený stav vede k opožděnému mentálnímu vývoji. . Vysoká chemická reaktivita homocysteinu a působení vzniku volných radikálů narušují jiné enzymy a mitochondrie buněk.

30 Bioyntéza tyrosinu z fenylalaninu
Tetrabiopterin redukuje fenylalaninhydroxylázu a sám je zpět redukován NADH-dependentní dihydropteridinreduktázou. Chybějící nebo defektní fenylalaninhydroxyláza způsobuje hyperfenylalaninemie (koncentrace Phe > 120 mM). Převzato z

31 Fenylketonurie Vrozená porucha metabolismu Phe, geneticky podmíněná defektem enzymu fenylalaninhydroxyláza. Nahromaděný Phe (1000 mM v plasmě) se stává hlavním donorem aminoskupiny a odčerpává v nervové tkáni a-ketoglutarát. V nervové tkáni chybí a-ketoglutarát pro Krebsův cyklus, snižuje se aerobní metabolismus. Neléčený stav vede k mentální retardaci.

32 Odbourávání rozvětvených aminokyselin
valin isoleucin leucin a-ketoglutarát glutamát (transaminace) a-ketoisovalerát a-keto-b-methylbutyrát a-ketoisokaproát oxidativní dekarboxylace dehydrogenáza a-ketokyselin* CO2 NAD+ NADH + H+ isobutyryl CoA a-methylbutyryl CoA isovaleryl CoA Dehydrogenázový komplex rozvětvených a-ketokyselin propionyl CoA acetyl CoA acetoacetát +

33 Choroba javorového sirupu (aminoacidémie rozvětvených aminokyselin)
Vrozená genetická porucha metabolismu rozvětvených aminokyselin, geneticky podmíněná defektem enzymů. Rozvětvené aminokyseliny a jejich a-ketokyseliny se dostávají ve vysokých koncentracích do moči. Mechanismus toxicity není znám. Neléčený stav vede k abnormálnímu vývoji mozku a mentální retardaci.

34 Nadávno zařazen mezi proteinogenní aminokyseliny jako 21 AK.
Selenocystein Nadávno zařazen mezi proteinogenní aminokyseliny jako 21 AK. Nachází se v aktivním místě různých enzymů, včetně antioxidačního enzymu glutathionperoxidázy a 5-deiodináz. Do proteinu se inkorporuje tRNA s UCA antikodonem. Záměna selenocysteinu za Cys vede ke značnému snížení enzymové aktivity (nedostatek Se v potravě).

35 Enzymy katalyzující reakce metabolismu bílkovin obsahují kofaktory
komplex vitaminů B THIAMIN B1 (thiamindifosfát) oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin RIBOFLAVIN B2 (flavinmononukleotid FMN, flavinadenindinukleotid FAD) oxidáza a-aminokyselin NIACIN B3 – kyselina nikotinová, (nikotinamidadenindinukleotid NAD+ Nikotinamidadenindinukleotidfosfát NADP+) dehydrogenázy, reduktázy PYRIDOXIN B6 (pyridoxalfosfát) transaminační reakce a dekarboxylace KYSELINA LISTOVÁ (tetrahydrofolát) enzymy metabolismu aminokyselin KYSELINA ASKORBOVÁ odbourání tyrosinu syntéza kolagenu

36 Přeměna aminokyselin na specialisované produkty
Glycin hem, purin, konjugace na žlučové kyseliny, kreatin Histidin histamin Ornithin a arginin kreatin, polyaminy (spermidin, spermin) Tryptofan serotonin (melatonin) Tyrosin andrenalin a noradrenalin Kyselina glutamová g-aminomáselná kyselina (GABA) Biologicky aktivní aminokyseliny Neurotransmitery – glycin a kyselina glutamová

37 PŘEMĚNA AMINOKYSELIN NA ODVOZENÉ PRODUKTY

38 Glycin se podílí na biosyntéze hemu, purinu a kreatinu
Syntéza hemu a-dusík a uhlík glycinu jsou zabudovány do pyrrolového jádra, součásti porfyrinu (prostetická skupina hemu). 1. Kondenzace glycinu a sukcynyl-CoA, za přítomnosti d-amino- levulátsyntázy (ALA syntasa) v mitochondrii.

39 2. Transport d-aminolevulové kyseliny (ALA) do cytosolu.
3. ALA dehydratasa dimerizuje dvě molekuly ALA na porfobilinogen Převzato z:

40 Glycin Jako součást purinu
Převzato z: Glycin Jako součást purinu Převzato z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principle of Biochemistry. Fourt Deition.

41 Syntéza kreatinu a kreatininu
Glycin Syntéza kreatinu a kreatininu V játrech V ledvinách Gly Ornithin NH3+ CH2 COO- NH2 C = NH (CH2)3 CH N CH3 O- O P Arg guanidinoacetát amidinotransferasa metyltransfetrasa ATP ADP Met kreatinkinasa Kreatin SAM SAH Kreatinfosfát Kreatinin Pi + H2O neenzymaticky

42 Kreatin a kreatinfosfát se nacházejí ve svalech, mozku a v krvi.
Kreatinfosfát je zásobní forma vysokoenergetického fosfátu. Přechází na kreatin při vysoké potřebě energie (cvičení), předání fosfátu na ADP, vznik ATP Kreatin a kreatinfosfát se nacházejí ve svalech, mozku a v krvi. Produkce kreatininu je úměrná svalové hmotě. Kreatinin je vylučován ledvinami, hladina exkrece (clearence) se používá pro měření renální funkce.

43 Glycin Syntéza glutathionu
Glutathion (GSH) je tripeptid glutamátu, cysteinu a glycinu. Hlavní endogenní reduktant a antioxidant, neutralizace volných radikálů a ROS, udržuje vit C a E v jejich redukované formě. Velmi významný pro erytrocyty (oxidující prostředí uvnitř nich). Konjuguje se s xenobiotiky, detoxifikace (glutathion-S-reduktasa) Účast na transportu aminokyselin přes buněčnou membránu (cyklus g-glutamylu). Kofaktor některých enzymatických reakcí. Pomáhá při novém uspořádání disulfidických vazeb proteinů. Součást glutathionperoxidasy,, různých oxidoreduktas. Sulfhydrylová skupina GSH redukuje peroxidy (vznik během transportu kyslíku). Oxidovaná forma – glutathiondisulfid (GSSG). (glutathionreduktasa + NADPH – redukce GSSG na dva GSH). Oxidovaná forma Převzato z

44 Biologicky aktivní aminy vznikají z aminokyselin dekarboxylací
Katecholaminy Dopamin, adrenalin a noradrenalin g-Aminomáselná kyselina (GABA) Serotonin Histamin Polyaminy spermin a spermidin

45 Syntéza katecholaminů z tyrosinu Dopamin, adrenalin, noradrenalin,
Tyrosin nevyužitý pro syntézu proteinů se přemňuje na katecholaminy. Katecholaminy* jako neurotransmitery působení na a a b-adrenergní receptory (účinky na hladký sval, myokard, lipolýzu, glukoneogenezi). Syntéza katecholaminů: Tyrosin je transportován do místa jeho syntézy (buňky dřeně nadledvin, neurony sekretující katecholaminy). Katecholaminy jsou skladovány ve vesikulech a jsou vázány na ATP a protein chromatin A. *Katechol = dihydroxybenzen

46 Noradrenalin Adrenalin Hydroxylace na DOPA (3, 4-dihydrofenylalanin)
tyrosinhydroxylasa Fenylethanolamin N-metyltransferasa Dopamin b-hydroxylasa dekarboxylasa Hydroxylace na DOPA (3, 4-dihydrofenylalanin) Konverze DOPA na dopamin Konverze dopaminu na noradrenalin Methylace noradrenalinu na adrenalin. Převzato z

47 Katechol-O-metyltransferasou (COMT)
Všechny katecholaminy jsou degradovány dvěma enzymatickými systémy Monoaminooxidázou (MAO) Katechol-O-metyltransferasou (COMT) MAO Oxidativně deaminuje primárná amin a uhlík, na kterém byla původně aminoskupina navázána, zoxiduje ho na karoxyl. COMT Přenáší metyl (SAMaSAH) na OH skupinu katecholového jádra (vzniká methoxyskupina). Vzniká kyselina vanilmandlová. Kyselina vanilmandlová jako produkt působení MAO a COMT na katecholaminy

48 g-aminomáselná kyselina (GABA)
Inhibiční neurotransmiter. Spolu s glycinem působí v CNS (mícha a mozkový kmen). Snížená produkce GABA vede k epileptickým záchvatům. Analoga GABA se používají jako antiepileptika. (hladinu GABA lze zvýšit podáním inhibitorů enzymu GABA aminotransferasy).

49 Dráha syntézy serotoninu a melatoninu z tryprofanu
Je ve vysoké koncentraci obsažen v destičkách, gastrointestinálním traktu, neuronech v mozku. Je jedním ze základních neurotransmiterů. (Umožňuje komunikaci mezi jednotlivými synapsemi v mozku a ovlivňuje nálady, emoce, paměť, bolest, spánek, chuť k jídlu). Nedostatek způsobuje snížení přenosu nervových vzruchů. (antidepresiva inhibují zpětné vychytávání serotoninu, prodlužují účinek serotoninu). Serotonin působí přes specifické receptory (identifikovány a klonovány byly receptory 5HT1 -5HT7. Většina receptů je spojena s G-proteinem, ovlivňují adenylátcyklázu nebo fosfolypázu Cg. 5HT3 je třída receptorů jsou iontové kanály). K některým receptorům mají vysokou afinitu antidepresiva - Prozac. Převzato z článku:

50 Produkován epifýzou hlavně během spánku. Produkce probíhá cyklicky.
Derivát serotoninu. Hraje důležitou roli v udržování normálního biorytmu organizmu, zejména cyklu spaní a bdění. Produkován epifýzou hlavně během spánku. Produkce probíhá cyklicky. Působí přes vysokoafinitní receptory spojeny s G-proteiny. (U člověka byly nalezeny jak v mozku v suprachiazmatických jádrech, tak i v podvěsku mozkovém, ledvinách a ve střevě, u zvířat také v sítnici a v cévách). Je účinný ve vychytávání volných radikálů a protože je dobře rozpustný v tucích, prochází tedy lipidovou membránou – na zvířecích modelech omezil riziko vzniku rakoviny.

51 Histamin Vzniká dekarboxylací histidinu.
Působí přes receptory (H1 – H4).produkují ho antigenem aktivované žírné buňky. Má účinky na vasodilataci, bronchokonstrikci, aktivuje hladké svalové buňky. Je chemotaktický pro basofily, V nervovém systému (CNS i periferním) tlumí uvolňování neurotransmiterů (acetylcholinu, noradrenalinu, serotoninu), reguluje spánek (antihistaminika navozují spánek, poškození neuronů produkujících histamin znemožní bdělost. Stimuluje produkci HCl v žaludku. Granula žírných buněk Strukturální analog Cimetidin se používá k léčbě duodenálního vředu. Antagonista receptoru pro histamin.

52 Syntéza polyaminů Přeměna argininu přes ornitin a putrescin na polyaminy. Polyaminy Podílejí se na mnoha fyziologických procesech (rychlá buněčná proliferace a rychlý buněčný růst). Mají pozitivní náboj (asociace s polyanionty – DNA a RNA, (stimulují jejich biosyntézu a napomáhají při jejich sbalování). Stimulují syntézu proteinů.

53 Biosyntéza polyaminů spermidinu a sperminu
Převzato z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principle of Biochemistry. Fourt Deition.

54 Léčba africké spavé nemoci biochemickým „trojským koněm“
Trypanosoma brucei rhodesiense převléká svůj proteinový kabát a uniká tak imunitnímu systému. Ornithindekarboxylasa má u savců rychlý metabolický obrat. U trypanosomy je tento enzym stálý. Difluoromethylornitin (DFMO) je blokátorem ornithindekarboxylasy a používá se k léčbě spavé nemoci.

55 Karnosin Je dipeptid b-alaninu a histidinu.
Je přítomen v kosterním svalu a v mozku (vysoká hladina u sprinterů). Aktivuje myosinovou ATPasu. Vychytává kyslíkové radikály (ROS), chrání proteiny před oxidací. Inhibuje neenzymové glykace proteinů (stárnutí). Inhibuje vznik a růst agregátů b-amyloidních peptidů (Alzheimerova choroba). Anserin – n-methylkarnosin. Přítomen ve svalech jiných savců než u člověka.

56 Oxid dusnatý NO Produkce:
buňkami cévního endotelu, hladkými svalovými buňkami, buňkami srdečního svalu. Funkce: působí vasodilataci inhibuje vasokonstrikci inhibuje adhesi destiček k cévnímu endotelu inhibuje adhesi lekocytů na cévní endotel má antiproliferativní účinek (inhibice hyperplasie hladkých svalových buněk a následné poškození cévní stěny vychytává superoxidové anionty (protizánětlivý účinek)

57 Užitečné webové stránky

58 Plazmatické proteiny

59 Plazmatické proteiny Koncentrace 65 –80 g  l Podle složení:
jednoduché složené (glykoproteiny, lipoproteiny) Dělení pomocí: a) vysolovacích metod  fibrinogen, albumin, globuliny b) elektroforézy  frakce: albumin, globuliny 1, 2, , :   2 1 albumin - +

60 Elfo frakce plazmatických proteinů
Zastoupení (%) c (g/l) Albuminy: albumin prealbumin (transthyretin) 52 – 58 34 – 50 1-globuliny: globulin vázající thyroxin, transkortin, 1-kyselý glykoprotein, 1-antitrypsin, 1-lipoprotein (HDL), 1-fetoprotein 2,4 – 4,4 2-4 2-globuliny: haptoglobin, makroglobulin, ceruloplasmin 6,1 – 10,1 5 – 9 -globuliny: transferin, hemopexin, lipoprotein LDL, fibrinogen, C-reaktivní protein, C3 a C4 složka komplementu 8,5 – 14,5 6 – 11 -globuliny: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE 10 – 21 8 – 15

61 Plazmatické proteiny se podílejí na:
srážení krve udržování stálého vnitřního prostředí (pH, osmotický tlak) obranných funkcích transportu metabolitů hormonů zplodin látkové přeměny absorbovaných živin léků

62 Obecné vlastnosti plazmatických proteinů
Většina je syntetizována v játrech výjimka: -globuliny jsou syntetizovány v plazmatických buňkách Syntetizovány ve formě preproteinů na membránově vázaných polyriboso-mech; pak jsou posttranslačně modifikovány v ER a Golgiho komplexu Převážně se jedná o glykoproteiny výjimka: albumin Mají charakteristický poločas trvání v oběhu (albumin: 20 dnů) Vykazují polymorfismus (imunoglobuliny, transferin, ceruloplasmin…)

63 Reaktanty akutní fáze (APRs)
Jejich hladina se mění během akutního zánětu nebo nekrózy tkáně Stimuly vedoucí ke změnám konc. APRs: infekce chirurgický zákrok poranění nádory

64

65 Rozdělení reaktantů akutní fáze
Pozitivní: 1-antitrypsin C-reaktivní protein: konc. roste ~1000x ! fibrinogen haptoglobin (HP) C3, C4 Negativní: albumin transferin

66 ALBUMIN Koncentrace v plazmě 45 gl  60% celk. plazmatických proteinů
Funkce: udržování osmotického tlaku transport steroidních hormonů volných mastných kyselin bilirubinu léků (sulfonamidů, aspirinu) Ca2+ Cu2+

67 Příčiny snížené koncentrace albuminu
Choroby jater (cirhóza) – pokles poměru albumin:globuliny Proteinová podvýživa Zvýšené vylučování ledvinami (onemocnění ledvin) Mutace způsobující analbuminemii (ovlivňuje splicing)

68 TRANSFERIN Koncentrace v plazmě 3 gl Funkce transferinu:
transport železa – z odbouraného hemu a z potravy (střeva) do místa potřeby, tj. do kostní dřeně a dalších tkání 1 mol transferinu přenáší 2 moly Fe3+

69 Endocytóza transferinu zprostředkovaná receptory
Ferotransferin se váže na receptory na povrchu buňky; tento komplex je internalizován do endosomu V endosomech se železo uvolňuje z Tr (účinek nízkého pH & redukce Fe3+  Fe2+) a dostává se do cytoplasmy Železo je dopraveno do místa potřeby v buňce resp. navázáno na feritin (Fe2+  Fe3+ a uskladnění železa) Apotransferin se vrací k membráně, uvolňuje se z receptoru a do plasmy.

70 Příčiny poklesu transferinu
Popáleniny Infekce Maligní procesy Onemocnění jater a ledvin Příčiny relativního nadbytku transferinu Anémie z nedostatku železa

71 FERITIN Intracelulární protein, v plazmě jen malé množství
24 podjednotek, které obklopují – 4500 iontů Fe3+ Funkce: uchovává a v případě potřeby uvolňuje železo Primární hemochromatosa – genetické onemocnění, při kterém se zvyšuje absorpce železa ve střevě a to se pak hromadí ve tkáních  poškození jater, kůže, pankreatu, srdce. Stoupá i konc. feritinu.

72 CERULOPLASMIN Koncentrace v plazmě 300 mgl Funkce ceruloplasminu:
přenáší 90% plazmatické mědi (měď – kofaktor různých enzymů); 1 molekula váže 6 atomů mědi; váže měď pevněji než albumin, který přenáší 10% mědi  albumin je asi pro přenos mědi významnější (snadněji ji uvolňuje)

73 Příčiny poklesu ceruloplasminu
Jaterní onemocnění, např. Wilsonova choroba: gen. onemocnění, měď není vylučována do žluče a akumuluje se v játrech, mozku, ledvinách a červených krvinkách Příčina: mutace v genu pro ATPasu vázající měď Následek: hromadění mědi v játrech, mozku, ledvinách  poruchy jater, neurologické poruchy ↓ vazba mědi na apoceruloplasmin  nízká hladina ceruloplasminu v plasmě Příčiny nárůstu ceruloplasminu Reaktant akutní fáze  zánětlivé procesy karcinom, leukémie revmatická artritida

74 HAPTOGLOBIN 2- globulin, tetramer
Vyskytuje se ve 3 polymorfních formách Funkce haptoglobinu: váže volný hemoglobin a transportuje jej do retikuloendoteliálních buněk komplex Hb-Hp neprochází glomeruly  zamezení ztráty volného Hb, a tudíž i Fe volný Hb prochází glomeruly a precipituje v tubulech  poškození ledvin X

75 Příčiny nárůstu haptoglobinu
Reaktant akutní fáze  zánět, infekce poranění maligní nádory Příčiny poklesu haptoglobinu Hemolytická anemie: poločas života Hp = 5 dní x komplexu Hp-Hb = 90 min (komplex je z plasmy rychle vychytáván)  hladina Hp klesá za situací, kdy je Hb soustavně uvolňován z červených krvinek (hemolytická anemie)

76 H2O2 + Fe 2+  Fe 3+ + OH· + OH- transferin feritin ceruloplasmin
haptoglobin hemopexin (váže hem a transportuje ho do jater) mají antioxidační účinky: odstraňují Fe 2+, a tím zabraňují Fentonově reakci: H2O2 + Fe 2+  Fe 3+ + OH· + OH-

77 1- ANTITRYPSIN (1-antiproteinasa)
Syntetizován v hepatocytech a makrofázích Tvoří 90 % 1 frakce Glykoprotein, vysoce polymorfní Funkce: hlavní plazmatický inhibitor serinových proteas (trypsinu, elastasy...) deficience  proteolytické poškození plic (emfyzém) vazby s proteasami se účastní methionin; kouření  oxidace tohoto Met  AT přestává inhibovat  ↑ proteolytické poškození plic, zvláště u pacientů s deficiencí AT

78 HLAVNÍ SLOŽKY (PROTEINY)EXTRACELULÁRNÍ
MATRIX

79 Složení extracelulární matrix
Buňky (fibroblasty, hladké svalové buňky, chondroblasty, osteoblasty, epiteliální buňky) Fibrilární složka Nefibrilární složka Tekutina

80 Funkce extracelulární matrix
Podpůrná funkce pro buňky Regulace: - polarity buněk - dělení buněk - adheze - pohybu Růst a obnova tkání Určení a udržení tvaru tkáně Architektura tkání a orgánů Membránová filtrační bariéra (glomeruly) Výměna různých metabolitů, iontů a vody

81 Hlavní složky extracelulární matrix
Kolagen a elastin Proteoglykany Glykoproteiny

82 Kolagen Jedna třetina všech tělních bílkovin Vysoká stabilita
Mechanická pevnost ale poddajnost (kůže, šlachy a vazy, chrupavky, bazální membrány, kosti) Difůze a výměna metabolitů, iontů a vody

83 Struktura kolagenu Nerozpustný glykoprotein - protein + cukerná složka
proteinová složka obecná chemická struktura kolagenu G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X – A – G – A – – A – G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X – A – G – A – A – G – X – A – G – A – A – G – Y – A – G – A – A – G – X –A  G - glycin, X - prolin nebo hydroxyprolin, Y – lysin nebo hydroxylysin, A - aminokyselina

84 Struktura kolagenu glycin 30% hydroxyprolin a hydroxylysin (25%)
hydroxyprolin a hydroxylysin se v jiných proteinech vyskytují zřídka cukerná složka = glukosa a galaktosa

85 Biosyntéza kolagenu 1. Syntéza řetězců pre-prokolagenu. Signální protein je navádí do RER. mRNA Signální protein 2. Odštěpením signálního proteinu vzniká prokolagenní peptid.

86 3. Hydroxylace některých prolinů a lysinů
prolyl-4-hydroxylasa, lysyl-5-hydroxylasa Reakce vyžaduje - O2 (popř. superoxid) - a-ketoglutarát - Fe2+ - kyselina askorbová Prolin + a-ketoglutarát+ O2 + Fe2+ → 4-hydroxyprolin + Fe3+ + CO2 + sukcinát Hydroxyprolin stabilisuje molekulu kolagenu.

87 4. Glykosylace – vazba glukosy a galaktosy na některé hydroxylysylové zbytky.
(gukosyltransferasa a galaktosyltransferasa)

88 Vznik trojité šroubovice prokolagenu.
5. Uspořádání jednotlivých a-řetězců do podoby prokolagenu. Tvorba disulfidických vazeb v oblastech registračních peptidů na obou koncích prokolagenních peptidů. Vznik trojité šroubovice prokolagenu. Registrační peptidy 6. Sekrece prokolagenu do extracelulárního prostoru.

89 7. Odštěpení registračních peptidů v extracelulárním prostoru pomocí prokolagenních peptidas, vznik tropokolagenu. Prokolagen peptidáza 8. Oxidace lysylových a hydroxylysylových zbytků na příslušné aldehydy lysyloxidasou a hydroxylysyloxidasou (oxidativní deaminace). Odstranění NH2 skupiny umožňuje vznik kovalentních vazeb – Schifových bází.

90

91 9. Samovolné uspořádávání molekul tropokolagenu do fibril, tvorba příčných vazeb – Schifovy báze mezi sousedními molekulami tropokolagenu.

92 Distribuce hlavních kolagenních typů ve tkáních
Typ Složení řetězců Výskyt I [a1(I)2a2(I)] kůže 70 – 80% kost 100% šlacha 90% cévy, ligamenta, fascie, rohovka dentin játra, plíce, střevo II [a1(II)]3 chrupavka, sklivec III [a1(III)]3 kůže 20 – 30% šlacha % IV [a1(IV)2a2(IV)] bazální membrány [a1(IV)a2(IV)a3(IV)] V [a1(V)a2(V)a3(V)] bazální membrány placenta, svaly

93 Kolageny – interakce kolagen tvořící fibrily a nefibrilární kolagen
šlacha chrupavka Podle M. E. Nimni, 1993, in M. Zern and L. Reid, eds., Extracellular Matrix

94 Kolagen a choroby pojiva
Nadbytek kolagenu – fibróza - plicní fibróza - jaterní cirhóza - ateroskleróza Nedostatek kolagenu Osteogenesis imperfecta (křehké kosti) mutace kolagenu typu I porucha tvorby trojité šroubovice molekuly kolagenu snadné odbourávání kolagenu lámavost kostí - Ehlers-Danlosův syndrom - porucha syntézy kolagenu šlachy a kůže snadno natažitelné hypermobilita v kloubech roztržení velkých cév

95 Proteoglykany Obří molekuly obsahující z 95% cukernou složku

96 Proteoglykany a GAG - funkce
vyplňují extracelulární prostor - odolnost proti tlaku - návrat původního tvaru tkáně - lubrikační agens v kloubech - hydratace chrupavek v kloubech zachycují vodu odpuzují negativně nabité molekuly vazba na kolagenní fibrily - tvorba sítí - v kosti se na ně váží vápenaté soli (hydroxyapatit a uhličitanvápenatý) adheze buněk a jejich migrace podíl na vývoji buněk a tkání

97 Struktura proteoglykanů
Glykosaminoglykany (GAG) – dlouhé nerozvětvené molekuly střídající se disacharidové jednotky: uronové kyseliny: D-glukuronová nebo L-iduronová aminocukry: N-acetylglukosamin (GlcNAc) nebo N-acetylgalaktosamin (GalNAc) GAG jsou vysoce negativně nabité

98

99 Vazba GAG na proteinové jádro pomocí tří sacharidových jednotek

100 Kyselina hyaluronová D-glukuronová k. + GlcNAc

101 Typy glykosaminoglykanů
Dermatansulfát - L-iduronová k. + GlcNAc sulfát Chondroitinsulfát - D-glukuronová k. +GlcNAc sulfát Heparinsulfát a heparansulfát - D-glukuronová k. + N-sulfo-D-glukosamin Keratansulfát - Gal + GlcNAc sulfát

102 Typy glykosaminoglykanů
R = H nebo SO3-, R´= H, COCH3 nebo SO3-

103 Výskyt GAG Hyaluronová kyselina
- mezi GAG unikátní, neobsahuje sulfát - nekovalentně se váže s komplexem proteoglykanů - obrovské polymery, které váží velké množství vody Dermatansulfát - kůže, cévy, srdeční chlopně Chondroitinsulfát - chrupavka, kost, srdeční chlopně Heparinsulfát - granula žírných buněk vyskytujících se kolem plicních artérií, játra a kůže Heparansulfát - bazální membrány, komponenty buněčných povrchů Keratansulfát - rohovka, kost, chrupavka

104 Rozdělení proteoglykanů podle velikosti
Agrekan - hlavní proteoglykan v chrupavce Versikan – v mnoha tkáních, hlavně v cévách a v kůži Dekorin – malý proteoglykan mnoha tkání Biglykan – malý proteoglykan chrupavky

105 Elastin Pevnost v tahu díky konformaci náhodného klubka.
Vysoký obsah prolinu a hydroxyprolinu. Monomer – tropoelastin. Desmosin a isodesmosin (lysylové a hydroxylysylové zbytky) zajišťují tvorbu příčných vazeb. Vznik působením lysyloxidázy. Výskyt – plíce, velké arterie, ligamenta

106 Syntéza elastinu

107 Strukturální glykoproteiny
Fibronektin a laminin přímá vazba na kolagen nebo proteoglykany fibronektin na kolagen typu I, II a III laminin na kolagen typu IV v bazálních membránách ukotvení buněk k ECM, fibronektin má sekvenci aminokyselin RGDS (arg, gly, asp, ser) - vazba s povrchovými buněčnými receptory

108 Fibronektin Glykoprotein vázaný na povrch buněk
Cirkuluje také v plasmě Dva identické polypeptidové podjednotky spojené Disulfidickými můstky C-konci Segment, který váže buňky (RGDS) Vazebné domény - kolagen, heparinsulfát, hyaluronová kyselina, fibrin

109 Laminin Molekula má tvar kříže 3 polypeptidové řetězce
Vazebné domény pro: kolagen IV, heparin, heparinsulfát, doména pro vazbu na buňky. Důležitý a biologicky aktivní glykoprotein bazální membrány. Ovlivňuje buněčnou diferenciaci, migraci, adhesi, fenotyp. Na buněčnou membránu se váže přes receptory pro integriny.