Aminokyseliny • V této přednášce byly použity materiály z prezentací – Mgr. Mirky Rovenské, PhD – Doc. RNDr. Jany Novotné, CSc. – oběma srdečně děkuji
METABOLISMUS AMINOKYSELIN
Dvacet standardních aminokyselin
Neesenciální a esenciální aminokyseliny u člověka Neesenciální
Esenciální
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.
METABOLISMUS AMINOKYSELIN TĚLESNÉ PROTEINY Proteosyntéza
250 – 300 g/den
Odbourávání
PROTEINY Z POTRAVY
GLYKOLÝZA KREBSŮV CYCLUS
MOČOVINA
GLUKÓZA
CO2
Přeměna ulíkové kostry
AMINOKYSELINY
NH3
KETOLÁTKY
NEBÍLKOVINNÉ DERIVÁTY Porfyriny Puriny Pyrimidiny Neurotransmitery Hormony Složené lipidy Aminocukry
ACETYL CoA
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.
Katabolismus aminokyselin
Deaminace
NH2 R
CH
Transaminace
a-ketokyselina a-ketokyselina + aminokyselina
COOH Oxidativní dekarboxylace
amin
Základním předpokladem pro odbourávání aminokyselin je odstranění a-aminoskupiny transaminací a deaminací. Dekarboxylací vznikají biologicky aktivní aminy.
TRANSAMINACE Aminotransferázy (transaminázy) jsou specifické pro jeden pár aminokyseliny s její odpovídající aketokyselinou. Aminotransferázy mají v aktivním centru prosthetickou skupinu – pyridoxalfosfát (PLP)
Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu + NH3
O -
R
CH
COO
+
-
-
OOC
CH2
CH2
+ NH3
O -
C
COO
a-Ketoglutarát
Aminokyselina
R
C
COO
a-Ketokyselina
+
-
-
OOC
CH2
CH2
Glutamát
CH
COO
Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu +
NH 3 -
OOC
CH 2
CH 2
CH
O COO
-
+
-
OOC
Glutamát
CH 2
C
COO
-
Oxaloacetát
Aspartátaminotransferáza (AST) +
O -
OOC
CH 2
CH 2
a-Ketoglutarát
C
NH 3 COO
-
+
-
OOC
CH 2
CH
Aspartát
COO
-
Aminotransferázy
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, ).
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
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+ akceptory redukujících ekvivalentů
•
kombinované působení aminotransferázy a glutamátdehydrogenázy se nazývá transdeaminace.
Obrázek převzat z: http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html
jako
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, 1997. ISBN 0-471-15451-2
Dvacet aminokyselin se odbourává na sedm produktů, které jsou součástí citrátového cyklu glukóza
PEP
aspartát asparagin isoleucin methionin threonin valin tyrosin fenylalanin aspartát
alanin, glycin cystein, serin tryptofan
isoleucin leucin* tryptofan
leucin*,lysin* fenylalanin tyrosin, tryptofan
pyruvát
acetyl CoA
acetoacetyl CoA
lipidy oxalacetát
fumarát
sukcynyl CoA
citrát
a-ketoglutarát
acetyl CoA glutamin glutamát histidin prolin arginin
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
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
Metabolismus některých aminokyselin
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 http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html
Biosyntéza cysteinu z methioninu Regenerace Met za přítomnosti N5-methyltetrahydrofolátu (vitaminy: folát + B12)
*
1.
SAM se přes SAH mění na homocystein.
2.
Homocystein kondenzuje se serinem na cystathion.
3.
Cystathionáza rozštěpí cystathion na cystein a aketoglutarát.
Celá rerakce se nazývá transsulfurace
*nefunkční enzym vede ke vzniku homocystinurii. Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html
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.
Bioyntéza tyrosinu z fenylalaninu
Tetrabiopterin redukuje fenylalaninhydroxylázu a sám je zpět redukován NADHdependentní dihydropteridinreduktázou. Chybějící nebo defektní fenylalaninhydroxyláza způsobuje hyperfenylalaninemie (koncentrace Phe > 120 mM). Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html
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.
Odbourávání rozvětvených aminokyselin valin a-ketoglutarát
a-ketoisovalerát
isoleucin
leucin
glutamát (transaminace)
a-keto-b-methylbutyrát
a-ketoisokaproát NAD+
CO2
oxidativní dekarboxylace dehydrogenáza a-ketokyselin* isobutyryl CoA
a-methylbutyryl CoA
NADH + H+
isovaleryl CoA
Dehydrogenázový komplex rozvětvených a-ketokyselin
propionyl CoA
acetyl CoA + propionyl CoA
acetyl CoA + acetoacetát
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.
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).
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
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
PŘEMĚNA AMINOKYSELIN NA ODVOZENÉ PRODUKTY
Glycin 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-aminolevulátsyntázy (ALA syntasa) v mitochondrii.
2. Transport d-aminolevulové kyseliny (ALA) do cytosolu. 3. ALA dehydratasa dimerizuje dvě molekuly ALA na porfobilinogen
Převzato z: http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/heme.htm
Převzato z: http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/heme.htm
Glycin Jako součást purinu Převzato z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principle of Biochemistry. Fourt Deition.
NH2
Gly
NH3+
C = NH2
CH2
NH
COO-
(CH2)3
Glycin Syntéza kreatinu a kreatininu Arg
CH NH3+
amidinotransferasa
COONH2
Kreatinin
Ornithin
C =NH2
guanidinoacetát
NH
Pi + H2 O
CH2 COO-
O-
SAM
O = P O-
Met
metyltransfetrasa
NH2
SAH
NH kreatinkinasa
Kreatin
C = NH2
C= NH
N CH3
N CH3
CH2 COO-
ATP
ADP
CH2 COO-
Kreatinfosfát
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.
Glycin Syntéza glutathionu Oxidovaná forma
Glutathion (GSH) je tripeptid
glutamátu, cysteinu a glycinu. 1.
2. 3.
4.
5. 6. 7.
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-Sreduktasa) Účast na transportu aminokyselin přes buněčnou membránu (cyklus gglutamylu). 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).
Převzato z http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/heme.htm
Biologicky aktivní aminy vznikají z aminokyselin dekarboxylací Katecholaminy Dopamin, adrenalin a noradrenalin g-Aminomáselná kyselina (GABA) Serotonin Histamin
Polyaminy spermin a spermidin
Syntéza katecholaminů z tyrosinu Dopamin, adrenalin, noradrenalin, •
Tyrosin nevyužitý pro syntézu proteinů se přemňuje na katecholaminy.
•
Katecholaminy* jako neurotransmitery působení na a a badrenergní 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
Noradrenalin Fenylethanolamin N-metyltransferasa
tyrosinhydroxylasa
Adrenalin dekarboxylasa
Dopamin b-hydroxylasa
Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html
1.
Hydroxylace na DOPA (3, 4dihydrofenylalanin)
2.
Konverze DOPA na dopamin
3.
Konverze dopaminu na noradrenalin
4.
Methylace noradrenalinu na adrenalin.
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
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).
Dráha syntézy serotoninu a melatoninu z tryprofanu Serotonin: • •
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: http://www.vesmir.cz/clanek.php3?CID=3581
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.
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. Strukturální analog Cimetidin se používá k léčbě duodenálního vředu. Antagonista receptoru pro histamin. Granula žírných buněk
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.
Biosyntéza polyaminů spermidinu a sperminu
Převzato z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principle of Biochemistry. Fourt Deition.
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.
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.
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)
Užitečné webové stránky http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html
Plazmatické proteiny
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 a1, a2, b, g: -
g b
a2 a1 +
albumin
Elfo frakce plazmatických proteinů Frakce
Zastoupení c (g/l) (%)
Albuminy: albumin prealbumin (transthyretin)
52 – 58
34 – 50
a1-globuliny: globulin vázající thyroxin, transkortin, a1kyselý glykoprotein, a1-antitrypsin, a1-lipoprotein (HDL), a1-fetoprotein
2,4 – 4,4
2-4
a2-globuliny: haptoglobin, makroglobulin, ceruloplasmin
6,1 – 10,1
5–9
b-globuliny: transferin, hemopexin, lipoprotein LDL, fibrinogen, C-reaktivní protein, C3 a C4 složka komplementu
8,5 – 14,5
6 – 11
10 – 21
8 – 15
g-globuliny: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE
Plazmatické proteiny se podílejí na: 1.
srážení krve
2.
udržování stálého vnitřního prostředí (pH, osmotický tlak)
3.
obranných funkcích
4.
transportu absorbovaných živin metabolitů zplodin látkové přeměny
hormonů léků
Obecné vlastnosti plazmatických proteinů Většina je syntetizována v játrech výjimka: g-globuliny jsou syntetizovány v plazmatických buňkách Syntetizovány ve formě preproteinů na membránově vázaných polyribosomech; 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…)
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
Rozdělení reaktantů akutní fáze Pozitivní: a1-antitrypsin C-reaktivní protein: konc. roste ~1000x !
Negativní:
fibrinogen
albumin
haptoglobin (HP)
transferin
C3, C4
ALBUMIN Koncentrace v plazmě 45 gl 60% celk. plazmatických proteinů
Funkce: udržování osmotického tlaku transport • steroidních hormonů • volných mastných kyselin • bilirubinu • léků (sulfonamidů, aspirinu) • Ca2+ • Cu2+
Příčiny snížené koncentrace albuminu Choroby jater (cirhóza) – pokles poměru albumin:globuliny
Proteinová podvýživa Zvýšené vylučování ledvinami (onemocnění ledvin) Mutace způsobující analbuminemii (ovlivňuje splicing)
TRANSFERIN
Koncentrace v plazmě 3 gl
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+
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.
Příčiny poklesu transferinu
Popáleniny Infekce Maligní procesy Onemocnění jater a ledvin
Příčiny relativního nadbytku transferinu
Anémie z nedostatku železa
FERITIN Intracelulární protein, v plazmě jen malé množství 24 podjednotek, které obklopují 3000 – 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.
CERULOPLASMIN Koncentrace v plazmě 300 mgl
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)
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
HAPTOGLOBIN a2- 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 X volný Hb prochází glomeruly a precipituje v tubulech poškození ledvin
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)
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-
a1- ANTITRYPSIN (a1-antiproteinasa)
Syntetizován v hepatocytech a makrofázích Tvoří 90 % a1 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
HLAVNÍ SLOŽKY (PROTEINY)EXTRACELULÁRNÍ MATRIX
Složení extracelulární matrix • Buňky (fibroblasty, hladké svalové buňky, chondroblasty, osteoblasty, epiteliální buňky)
• Fibrilární složka • Nefibrilární složka • Tekutina
• 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
Hlavní složky extracelulární matrix • Kolagen a elastin • Proteoglykany • Glykoproteiny
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
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
Struktura kolagenu glycin 30% hydroxyprolin a hydroxylysin (25%) hydroxyprolin a hydroxylysin se v jiných proteinech vyskytují zřídka cukerná složka = glukosa a galaktosa
Biosyntéza kolagenu 1. Syntéza řetězců pre-prokolagenu. Signální
protein je navádí do RER. mRNA
Signální protein
2. Odštěpením signálního proteinu vzniká prokolagenní peptid.
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.
4. Glykosylace – vazba glukosy a galaktosy na některé hydroxylysylové zbytky. (gukosyltransferasa a galaktosyltransferasa)
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.
7. Odštěpení registračních peptidů v extracelulárním prostoru pomocí prokolagenních peptidas, vznik tropokolagenu.
Prokolagen peptidáza
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.
9. Samovolné uspořádávání molekul tropokolagenu do fibril, tvorba příčných vazeb – Schifovy báze mezi sousedními molekulami tropokolagenu.
Distribuce hlavních kolagenních typů ve tkáních Typ
Složení řetězců
I
[a1(I)2a2(I)]
II
[a1(II)]3
III
[a1(III)]3
IV
[a1(IV)2a2(IV)] [a1(IV)a2(IV)a3(IV)] [a1(V)a2(V)a3(V)]
V
Výskyt
kůže 70 – 80% kost 100% šlacha 90% cévy, ligamenta, fascie, rohovka dentin játra, plíce, střevo chrupavka, sklivec kůže 20 – 30% šlacha 10% játra, plíce, střevo bazální membrány bazální membrány placenta, svaly
Kolageny – interakce kolagen tvořící fibrily a nefibrilární kolagen šlacha
Podle M. E. Nimni, 1993, in M. Zern and L. Reid, eds., Extracellular Matrix
chrupavka
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
Proteoglykany Obří molekuly obsahující z 95% cukernou složku
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
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
Vazba GAG na proteinové jádro pomocí tří sacharidových jednotek
Kyselina hyaluronová
D-glukuronová k. + GlcNAc
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
Typy glykosaminoglykanů
R = H nebo SO3-, R´= H, COCH3 nebo SO3-
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
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
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
Syntéza elastinu
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
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
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.
