Procvičování – aminokyseliny, mastné kyseliny
Co je hlavním mechanismem pro odstranění aminoskupiny před odbouráváním většiny aminokyselin: a. oxidativní deaminace b. transaminace c. dehydratace d. působení glutaminsyntasy
Co je primární dusíkatou látkou, která se vylučuje močí? a. b. c. d.
amonný iont kyselina močová kreatinin močovina
Který produkt je společný pro močovinový a citrátový cyklus a. b. c. d.
laktát fumarát pyruvát alfa-ketoglutarát
Která z následujících aminokyselin má významnou úlohu při transportu aminoskupiny z periferních tkání do jater? a. serin b. methionin c. glutamin d. arginin
Která z následujících aminokyselin není klasifikována jako glukogenní? a. b. c. d.
leucin tryptofan serin aspartát
Která z následujících aminokyselin musí být přítomna v potravě? a. b. c. d.
aspartát serin tryptofan glutamin
Role glutaminu v metabolismu dusíku a. amidový dusík reprezentuje netoxickou transportní formu amoniaku b. je hlavním zdrojem amoniaku vylučovaného do moči c. syntetizuje se z něho asparagin d. je intermediátem pro syntézu purinů a pyrimidinů
Které z následujících sloučenin vznikají dekarboxylací aminokyselin: a. b. c. d.
guanidinoctová kyselina putrescin spermidin GABA
Toxicita amoniaku vyplývající z diety bez argininu (experimentální studie) Kočkám, které byly přes noc o hladu, byla podána jedna porce jídla obsahující všechny aminokyseliny, kromě argininu. Během dvou hodin stoupla kočkám hladina amoniaku v krvi z normální hodnoty 18 mg/l na 140 mg/l a u koček se projevovaly symptomy toxicity amoniaku.
Kontrolní skupina koček dostala kompletní aminokyselinovou dietu nebo dietu, kde byl arginin nahrazen ornithinem. Tyto dvě kontrolní skupiny neměly žádné příznaky toxicity amoniakem. a) Co způsobilo zvýšení množství amoniaku v krvi experimentálních zvířat? Proč vede absence argininu k projevů toxicity amoniakem? Je arginin pro kočky esenciální aminokyselinou? b) Proč může onithin nahradit arginin?
a) Co způsobilo zvýšení množství amoniaku v krvi experimentálních zvířat? Proč vede absence argininu k projevů toxicity amoniakem? Je arginin pro kočky esenciální aminokyselinou? Odpověď: Oxidativní deaminace aminokyselin zvýší hladinu amoniaku. Navíc, nedostatek argininu (močovinový cyklus) zpomalí přeměnu amoniaku na močovinu. Syntéza argininu (nebo ornithinu) u koček nepokryje požadavky metabolismu vyvolané stresem z experimentu arginin je pro kočky esenciální aminokyselina. b) Proč může ornithin nahradit arginin? Odpověď: Ornithin (nebo citrulin) mohou v experimentu arginin nahradit, jsou intermediáty močovinového cyklu.
Nebezpečná tekutá proteinová redukční dieta Redukční dieta, velmi oblíbená před několika lety, sestávala z „tekutých proteinů“ (tekutý hydrolyzát želatiny), vody a komplexu určitých vitaminů a elektrolytů. Všechny ostatních potraviny a nápoje byly zakázány. Lidé měli při této dietě v prvním týdnu úbytek na váze 4,5 – 6,5 kg.
a)
Argumentace oponentů: úbytek na váze je pouze ztráta vody, váha se velmi rychle po normální dietě vrátí zpět. Jaký je biochemický základ pro tuto argumentaci?
b)
Po této dietě mnoho lidí zemřelo. Jaké nebezpečí tato dieta skrývá?
Nebezpečná tekutá proteinová redukční dieta a)
Argumentace oponentů - úbytek na váze je pouze ztráta vody, váha se velmi rychle po normální dietě vrátí zpět. Jaký je biochemický základ pro tuto argumentaci?
Odpověď: Dieta pouze z proteinů vede k tomu, že jsou jako zdroj energie použitelné pouze aminokyseliny. Odbourání aminokyselin odstraněný dusík se jako močovina vyloučí močí.
Tento proces vyžaduje velké množství vody. Navíc, elektrolyty v hydrolyzátu želatiny musí být naředěny vodou, aby se mohly vyloučit. Je tedy vysoký požadavek na příjem vody a když není její ztráta ledvinami vyvážená jejím dostatečným příjmem, úbytek vody je značný.
Nebezpečná tekutá proteinová redukční dieta b) Po této dietě mnoho lidí zemřelo. Jaké nebezpečí tato dieta skrývá? Odpověď: Uvědomte si - dieta by měla obsahovat takové vyvážené množství aminokyselin, které pokryje potřeby syntézy proteinů a jejich distribuci. Želatina nemá nutričně vyvážený obsah aminokyselin. Velké množství želatiny s nevyváženým složením aminokyselin odbourávání jejich nadměrného nepotřebného množství překračuje se kapacita močovinového cyklu toxicita amoniaku. Komplikací je dehydratace – vylučuje se velké množství močoviny, která sebou strhává vodu. Kombinace těchto dvou faktorů vede ke komatu a smrti.
Transaminace a močovinový cyklus: Aspartát transaminasa (AST) má v játrech ze všech transaminas nejvyšší aktivitu. Proč? Odpověď: •Druhá aminoskupina močoviny je z aspartátu. Ten se ve velkém množství tvoří transaminací mezi oxalacetátem a glutamátem, reakci katalyzuje AST. •Přibližně jedna polovina všech aminskupin vyloučených jako močovina musí projít přes AST reakci. •Proto je její aktivita v játrech mnohem vyšší než v jiných orgánech.
Jaký je osud C a N glutamátu při jeho oxidativním odbourání: V glutamátu je radioaktivně značený a-uhlík 14C a a-dusík 15N. Ve kterých následujících metabolitech se tento uhlík a dusík objeví po oxidativním odbourání glutamátu v játrech experimentálního potkana (a) v močovině, (b) v sukcinátu, (c) v argininu, (d) v citrulinu, (e) v ornithinu, (f) v asparátu?
Odpověď : a) močovina 15NH2─CO─15NH2
jeden 15N močoviny pochází z glutamátdehydrogenázové reakce a druhý po transaminaci oxalacetátu na aspatrát b) sukcinát –OOC─CH2─ CH2─14COOglutamát po odštěpení aminoskupiny = a-ketoglutarát jde do Krebsova cyklu sukcinyl CoA sukcinát c) arginin vzniklý v močovinové cyklu má oba dusíky (15N) guanidinových skupin značené v postranním řetězi. d) citrulin má jen značený jeden dusík v karboxamidové skupině e) ornithin není značený f) aspartát má značený dusík aminoskupiny jako výsledek transaminaces glutamátem. Má také značený uhlík v karboxylové skupině
Alanin versus laktát jako metabolický zdroj energie: Tři uhlíky v molekule laktátu a alaninu mají stejný oxidační stav a živočichové je mohou využívat pro metabolismus jako palivo. Porovnejte celkový zisk ATP (mol ATP na mol substrátu) při kompletní oxidaci na CO2 a H2O, započítáme-li vyloučení dusíku jako močovina.
alanin
laktát
Odpověď: Laktát i alanin přeměna na pyruvát pomocí příslušných dehydrogenáz (laktátdehydrogenáza a alanindehydrogenáza) produkce NADH + H+, v případě alaninu ještě NH4+. pyruvát acetyl-CoA isocitrát a-ketoglutarát a-ketoglutarát sukcinyl-CoA sukcinyl-CoA sukcinát sukcinát fumarát malát oxalacetát Celkem
1 NADH 2.5 mol ATP 1 NADH 2.5 mol ATP 1 NADH 2.5 mol ATP 1 ATP (nebo 1 GTP) 1 mol ATP FADH2 1.5 mol ATP 1 NADH 2.5 mol ATP 12.5 mol ATP
Kompletní oxidace 1 mol pyruvátu na CO2 a H2O dává 12.5 mol ATP (v Krebsově cyklu a oxidativní fosforylací). Z dehydrogenázové reakce obou enzymů je zisk 1 NADH + H+ - to je 2.5 mol ATP. Zisk oxidace laktátu je 15 mol ATP. Na tvorbu 1 mol močoviny – spotřeba 4 mol ATP, čili 2 mol ATP na 1 mol NH4+. Odečtením je z 1 mol alaninu zisk 13 mol ATP.
alanin
pyruvát
laktát
Distribuce aminodusíku: Vaše strava je bohatá na alanin ale chudá na aspartát. Budete mít nedostatek aspartátu? Odpověď: Ne; aspartát se snadno tvoří přenosem aminoskupiny z alaninu na oxalacetát. Buňka má dostatečné množství transamináz, aby se mohly tvořit transaminací všechny aminokyseliny, pokud jsou dostupné jejich příslušné a-ketokyseliny.
Klinický případ: Dítě staré dva roky, často zvrací, zvláště po jídle. Váha nízká a fyzická kondice oproti normálu opožděná. Tmavé vlasy mají bílé skvrny. Vzorek moči vyšetřený FeCl3 dává zelené zabarvení typické pro přítomnost fenylpyruvátu. Kvantitativní analýza vzorku moči měla tyto hodnoty:
Látka
Koncentrace (mM) Pacientiva moč
Normální hodnoty
Fenylalanin
7.0
0.01
Fenylpyruvát
4.8
0
10.3
0
Fenyllaktát
Vysvětlete: a) Který enzym může být u tohoto dítěte deficientní. Navrhněte léčbu. b) Proč se v moči objevilo tak velké množství fenylalaninu? c) Jaký je zdroj fenylpyruvátu a fenyllaktátu? d) Proč je dráha jejich vzniku (normálně nefunkční) aktivována? e) Proč mají vlasy dítěte bílé skvrny?
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).
X
Fenylketonurie Vrozená porucha metabolismu Phe, geneticky podmíněná defektem enzymu fenylalaninhydroxyláza (chromosom 12)
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.
Tři enzymy jsou pro syntézu melaninu nezbytné tyrosinasa (TYR) – kritický krok – hydroxylace tyrosinu tyrosinase-related protein 1 (TYR1) a DOPAchrome tautomerasa
(DHI = 5,6-dihydroxyindole; DHICA = 5,6-dihydroxyindole-2carboxylic acid)
Otázka • Tělo normálně vytvoří asi 1 mmol protonů/kg za den. Přesto zůstává pH krve a extracelulární tekutiny mezi 7.36 a 7.44. Toto úzké rozmezí hodnot pH je udržováno hlavně pufračními systémy: bikarbonátovým (HCO3-), fosfátovým (HPO4-) a hemoglobinovým a vylučováním protonů ledvinami za regenerace bikarbonátu. • V těle se kyseliny tvoří během metabolismu energetických substrátů a hlavními kyselinami jsou: – kyselina uhličitá → CO2 + H2O z citrát. cyklu a dalších oxidativních drah – síra z aminokyselin Met a Cys vytvoří H2SO4, která disociuje na 2H+ + SO42- a protony a síra se vyloučí – hydrolýzou esterů fosfátů vznikají ekvivalenty kyseliny fosforečné
• Které další kyseliny vznikající během metabolismu se objeví v krvi?
Odpověď • Kyselina mléčná (glukóza a metabolismus AK) • Ketolátky (acetoacetát a b-hydroxybutyrát) – oxidace mastných kyselin, některých AK a-ketokyseliny tvořené během transaminace
Kompartmentace v β-oxidaci Aby mohl být palmitát oxidován v mitochondriích, musí být nejprve aktivován na palmitoyl-CoA. Pokud palmitát a radioaktivně značený 14C koenzym A přidáme k homogenátu z jater, je palmitoyl-CoA izolovaný z cytosolické frakce radioaktivní, zatímco palmitoyl-CoA izolovaný z mitochondriální frakce radioaktivní není. Vysvětlete.
Kompartmentace v β-oxidaci Odpověď: pro přenos MK do mitochondrie potřebujeme karnitinový systém Zásoby CoA v mitochondriích a v cytosolu jsou oddělené, tudíž žádný značený CoA z cytosolu nevstupuje do mitochondrií
Zmutovaná karnitinpalmitoyltransferáza I (karnitinacyltransferáza I, CAT I) K jakým metabolickým změnám dojde v případě mutace svalové karnitinpalmitoyltransferázy I, která vede ke ztrátě afinity k malonylCoA, ale neovlivní katalytickou aktivitu enzymu.
Zmutovaná karnitinpalmitoyltransferasa I (karnitinacyltransferasa I, CAT I) Odpověď: Malonyl-CoA neinhibuje vstup MK do mitochondrie ( b-oxidace), tudíž probíhá současně syntéza MK a jejich odbourávání
aktivní syntéza FA
acetyl-CoA
malonyl-CoA ACC
inhibice β-oxidace
CPT I
β-oxidace
Oxidace MK u neléčeného diabetu Dochází k tvorbě ketolátek, neboť tkáně nejsou schopné využívat Glc. Místo toho oxidují více MK acetyl-CoA Ačkoliv acetyl-CoA není toxický, musí být přeměňován na ketolátky . Co by se stalo kdyby se ketolátky netvořily?
Oxidace MK u neléčeného diabetu Odpověď: Jedinec s neléčeným diabetem oxiduje velké množství tuku (nemůže využívat efektivně glukózu) aktivita CC a hotovosti acetylCoA. Kdyby acetyl-CoA nebyl přeměňován na ketolátky (aceton, acetoacetát, b-hydroxybutyrát), vyčerpaly by se zásoby CoA. Jelikož jsou zásoby CoA malé, jaterní mitochondrie recyklují CoA kondenzací 2 acetyl-CoA , kdy vzniká actetoacetyl-CoA + CoA (využit pak při b-oxidaci)
Následky diety bohaté na tuky, s minimem sacharidů Jak se tato dieta projeví na využití tuků jakožto zdroje energie? Pokud z diety úplně vyloučíte sacharidy, bude lepší konzumovat MK s lichým počtem uhlíků nebo se sudým počtem uhlíků?
Následky diety bohaté na tuky s minimem sacharidů Odpověď: • Pyruvát je hlavním zdrojem oxalacetátu pro CC (pyruvátkarboxyláza) • Při nedostatku cukrů oxalacetátu zpomalení CC acetylCoA • b-oxidace syntéza ketolátek ketoacidóza • Při odbourávání MK s lichým počtem uhlíku vzniká propionyl-CoA, který může být přeměněn na sukcinyl-CoA, který je přeměněn na oxalacetát. Ten stimuluje CC a zmírňuje tvorbu ketolátek. • Bylo by lepší tedy konzumovat MK s lichým počtem uhlíku.
Účinek inhibitoru cAMP fosfodiesterázy na adipocyty Jak ovlivní přidání inhibitoru cAMP fosfodiesterázy odpoveď adipocytů na působení adrenalinu?
Účinek inhibitoru cAMP fosfodiesterázy na adipocyty Odpověď: Adrenalin zvyšuje hladinu cAMP – to není díky inhibitoru odbouráváno, což má za následek déle trvající stimulaci proteinkinasy A déle trvající mobilizace mastných kyselin v adipocytech.
