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*

AlaninAsparaginAspartátGlutamátSerin

Fenylalanin HistidinIsoleucinLeucinLysinMethioninThreoninTryptofanValin

ArgininCysteinGlutaminGlycinProlinTyrosin

*pouze v určitém období růstu a během nemoci.

METABOLISMUS AMINOKYSELIN

PROTEINYZ POTRAVY

NEBÍLKOVINNÉ DERIVÁTYPorfyrinyPurinyPyrimidinyNeurotransmiteryHormonySložené lipidyAminocukry

TĚLESNÉ PROTEINY

Proteosyntéza Odbourávání

AMINOKYSELINYTrávení

Transa

min

ace

GLUKÓZA CO2 KETOLÁTKY ACETYL CoA

MOČOVINA NH3Pře

měn

a

ulíkové k

ostr

y

250 – 300 g/den

GLYKOLÝZAKREBSŮV CYCLUS

Enzymy štěpící proteinyEndopeptidázy Žaludeční - pepsinPankreatické - trypsin, chymotrypsin, elastázaExopeptidázy (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 -aminoskupiny, většinou ve formě amoniaku, který je vylučován, buď přímo, nebo přes další sloučeniny z organismu.

ketokyselina+ aminokyselina

R CH COOH

NH2

ketokyselinaDeaminace

Transaminace

Oxidativnídekarboxylace

amin

Katabolismus aminokyselin

Základním předpokladem pro odbourávání aminokyselin je odstranění -aminoskupiny transaminací a deaminací.Dekarboxylací vznikají biologicky aktivní aminy.

Aminotransferázy (transaminázy) jsou specifické pro jeden pár aminokyseliny s její odpovídající -ketokyselinou.

Aminotransferázy mají v aktivním centru prosthetickou skupinu – pyridoxalfosfát (PLP)

TRANSAMINACE

Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu

R CH COO

NH3+

OOC CH2 CH2 C COO

O

- - -+Aminokyselina -Ketoglutarát

R C COO

O

OOC CH2 CH2 CH COO

NH3+

- - -+-Ketokyselina Glutamát

CH2 C COO

O

OOCOOC CH2 CH2 CH COO

NH3+

-- - +OxaloacetátGlutamát

CH2 CH COO

NH3+

OOCOOC CH2 CH2 C COO

O

-- - +Aspartáta-Ketoglutarát

-

-

Transaminace. Přenos aminoskupiny na ketokyselinu

Aspartátaminotransferáza(AST)

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, ).

Substráty většiny aminotransferáz jsou -ketoglutarát a oxaloacetát. Aminotransferázové reakce jsou reversibilní a podílí se tak i na syntéze aminokyselin.

Aminotransferázy

Glukózo-alaninový cyklus

Transport aminodusíku

při odbourávání svalových proteinů

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

Obrázek převzat z: http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html

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.

Glutamát uvolňuje svoji aminoskupinu v játrech jako amoniak

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

glutaminsyntetáza

Je nejvýznamnější transportní formou aminodusíku v krvi

Glutamin transportuje amoniak z krevního řečiště

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.

pyruvát acetyl CoA

oxalacetát

fumarát

sukcynyl CoA

acetoacetyl CoA

-ketoglutarát

citrát

PEP

aspartátasparagin

tyrosinfenylalaninaspartát

isoleucinmethioninthreoninvalin

alanin, glycincystein, serintryptofan

isoleucinleucin*tryptofan

leucin*,lysin*fenylalanintyrosin, tryptofan

glukóza

acetyl CoA

lipidy

glutaminglutamáthistidinprolinarginin

Dvacet aminokyselin se odbourává na sedm produktů, které jsou součástí citrátového cyklu

Glukogenní aminokyseliny

Metabolisují se na -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 aminokyselinyMetabolisují se na acetyl CoA nebo acetoacetát

Současně jsou i glukogemmíMetabolisují se na -ketoglutarát, pyruvát, oxaloacetát,

fumarát nebo sukcinyl CoA

IsoleucinThreoninTryptofan

Fenylalanin Tyrosin

Leucin a Lysin jsou pouze ketogenní

Metabolismus některých aminokyselin

Tvorba aktivovaného methioninu= S-adenosylmethionin (SAM)

Metabolismus methioninu

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

Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

1. SAM se přes SAH mění na homocystein.

2. Homocystein kondenzuje se serinem na cystathion.

3. Cystathionáza rozštěpí cystathion na cystein a -ketoglutarát.

Celá rerakce se nazývá transsulfurace*

*nefunkční enzym vede ke vzniku homocystinurii.

Regenerace Met za přítomnosti N5-methyl-tetrahydrofolátu (vitaminy: folát + B12)

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 NADH-dependentní dihydropteridinreduktázou.

Chybějící nebo defektní fenylalaninhydroxyláza způsobuje hyperfenylalaninemie (koncentrace Phe > 120 M).

Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

Fenylketonurie

Vrozená porucha metabolismu Phe, geneticky podmíněná defektem enzymu fenylalaninhydroxyláza.

Nahromaděný Phe (1000 M v plasmě) se stává hlavním donorem aminoskupiny a odčerpává v nervové tkáni -ketoglutarát.

V nervové tkáni chybí -ketoglutarát pro Krebsův cyklus, snižuje se aerobní metabolismus.

Neléčený stav vede k mentální retardaci.

valin isoleucin leucin

-ketoglutarát glutamát (transaminace)

-ketoisovalerát -keto--methylbutyrát -ketoisokaproát

oxidativní dekarboxylacedehydrogenáza -ketokyselin*

CO2

NAD+

NADH + H+

isobutyryl CoA -methylbutyryl CoA isovaleryl CoA

Dehydrogenázový komplex rozvětvených -ketokyselin

propionyl CoA acetyl CoA

acetoacetát

acetyl CoA

propionyl CoA+ +

Odbourávání rozvětvených aminokyselin

Choroba javorového sirupu (aminoacidémie rozvětvených aminokyselin)

Vrozená genetická porucha metabolismu rozvětvených aminokyselin, geneticky podmíněná defektem enzymů.

Rozvětvené aminokyseliny a jejich -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 BTHIAMIN B1 (thiamindifosfát) oxidativní dekarboxylace -ketokyselin

RIBOFLAVIN B2 (flavinmononukleotid FMN, flavinadenindinukleotid FAD)oxidáza -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 ASKORBOVÁodbourání tyrosinusyntéza kolagenu

Přeměna aminokyselin na specialisované produktyGlycin hem, purin, konjugace na žlučové kyseliny, kreatin HistidinhistaminOrnithin a argininkreatin, polyaminy (spermidin, spermin)Tryptofanserotonin (melatonin)Tyrosinandrenalin a noradrenalinKyselina glutamovág-aminomáselná kyselina (GABA)

Biologicky aktivní aminokyselinyNeurotransmitery – glycin a kyselina glutamová

PŘEMĚNA AMINOKYSELIN

NA ODVOZENÉ PRODUKTY

-dusík a uhlík glycinu jsou zabudovány do pyrrolového jádra, součásti porfyrinu (prostetická skupina hemu).

1. Kondenzace glycinu a sukcynyl-CoA, za přítomnosti -amino- levulátsyntázy (ALA syntasa) v mitochondrii.

GlycinGlycin se podílí na biosyntéze hemu, purinu a kreatinu

Syntéza hemu

2. Transport -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

Převzato z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principle of Biochemistry. Fourt Deition.

GlycinJako součást purinu

GlycinSyntéza kreatinu a kreatininu

V játr

ech

V led

vin

ách

Gly

Ornithin

NH3+

CH2

COO-

NH2

C= NH2

NH

(CH2)3

CH

COO-

NH3+

NH

CH2

COO-

NH2

C= NH2

N

CH2

COO-

CH3

NH

C= NH

N

CH2

COO-

CH3

O-O P

O-

=

Arg

guanidinoacetát

amidinotransferasa

metyltransfetrasa

ATP ADP

Met

kreatinkinasa

Kreatin

SAM

SAH

Kreatinfosfát

Kreatinin

Pi + H2Oneen

zym

atick

y

NH2

C NH2=

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.

GlycinSyntéza glutathionu

Glutathion (GSH) je tripeptid glutamátu, cysteinu a glycinu.

1. Hlavní endogenní reduktant a antioxidant, neutralizace volných radikálů a ROS, udržuje vit C a E v jejich redukované formě.

2. Velmi významný pro erytrocyty (oxidující prostředí uvnitř nich).

3. Konjuguje se s xenobiotiky, detoxifikace (glutathion-S-reduktasa)

4. Účast na transportu aminokyselin přes buněčnou membránu (cyklus -glutamylu).

5. Kofaktor některých enzymatických reakcí.

6. Pomáhá při novém uspořádání disulfidických vazeb proteinů.

7. 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

Oxidovaná forma

Biologicky aktivní aminy vznikají z aminokyselin dekarboxylací

KatecholaminyDopamin, adrenalin a noradrenalin

-Aminomáselná kyselina (GABA)

Serotonin

Polyaminy spermin a spermidin

Histamin

Syntéza katecholaminů z tyrosinuDopamin, adrenalin, noradrenalin,

• Tyrosin nevyužitý pro syntézu proteinů se přemňuje na katecholaminy.

• Katecholaminy* jako neurotransmitery působení na a -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

Noradrenalin

Adrenalin

tyrosinhydroxylasa

FenylethanolaminN-metyltransferasa

Dopamin -hydroxylasadekarboxylasa

1. Hydroxylace na DOPA (3, 4-dihydrofenylalanin)

2. Konverze DOPA na dopamin

3. Konverze dopaminu na noradrenalin

4. Methylace noradrenalinu na adrenalin.Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

Monoaminooxidázou (MAO)Katechol-O-metyltransferasou (COMT)

Všechny katecholaminy jsou degradovány dvěma enzymatickými

systémy

MAOOxidativně deaminuje primárná amin a uhlík, na kterém byla původně aminoskupina navázána, zoxiduje ho na karoxyl.COMTPřenáší metyl (SAMSAH) na OH skupinu katecholového jádra (vzniká methoxyskupina).Vzniká kyselina vanilmandlová.

Kyselina vanilmandlová jako produkt působení MAO a COMT na katecholaminy

-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.

Granula žírných buněk

Strukturální analog Cimetidin se používá k léčbě duodenálního vředu. Antagonista receptoru pro histamin.

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 -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 -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)

http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html

http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

Užitečné webové stránky

Plazmatické proteinyPlazmatické 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 1, 2, , :

-

+

2

1

albumin

Elfo frakce plazmatických proteinů

Frakce 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

Plazmatické proteiny se podílejí na:

1. srážení krve

2. udržování stálého vnitřního prostředí (pH, osmotický tlak)

3. obranných funkcích

4. transportu

metabolitů

hormonů zplodin látkové přeměny

absorbovaných živin

léků

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 glykoproteinyvýjimka: 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:

infekcechirurgický zákrokporaněnínádory

Rozdělení reaktantů akutní fáze

Negativní:albumin

transferin

Pozitivní:1-antitrypsin

C-reaktivní protein: konc. roste ~1000x !

fibrinogen

haptoglobin (HP)

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 tkání1 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 ceruloplasminuPříčiny 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 měďNásledek:

• hromadění mědi v játrech, mozku, ledvinách poruchy jater, neurologické poruchy

• ↓ vazba mědi na apoceruloplasmin nízká hladina ceruloplasminu v plasmě

Příčiny nárůstu ceruloplasminuPříčiny nárůstu ceruloplasminu

Reaktant akutní fáze zánětlivé procesykarcinom, leukémierevmatická artritida

HAPTOGLOBINHAPTOGLOBIN

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

Reaktant akutní fáze

zánět, infekce poranění maligní nádory

Příčiny nárůstu haptoglobinu

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)

transferinferitin ceruloplasminhaptoglobin 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-

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

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

Nerozpustný glykoprotein - protein + cukerná složka

• proteinová složkaobecná 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

Struktura kolagenu

mRNA

Signální protein

1. Syntéza řetězců pre-prokolagenu. Signální protein je navádí do RER.

Biosyntéza kolagenu

2. Odštěpením signálního proteinu vzniká prokolagenní peptid.

3. Hydroxylace některých prolinů a lysinů

prolyl-4-hydroxylasa, lysyl-5-hydroxylasaReakce vyžaduje - O2 (popř. superoxid) - -ketoglutarát - Fe2+

- kyselina askorbováProlin + 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 -řetězců do podoby prokolagenu. Tvorba disulfidických vazeb v oblastech registračních peptidů na obou koncích prokolagenních peptidů.Vznik trojité šroubovice prokolagenu.

6. Sekrece prokolagenu do extracelulárního prostoru.

Registrační peptidy

8. Oxidace lysylových a hydroxylysylových zbytků na příslušné aldehydy lysyloxidasou a hydroxylysyloxidasou (oxidativní deaminace). Odstranění NH2 skupiny umožňuje vznik kovalentních vazeb – Schifových bází.

7. Odštěpení registračních peptidů v extracelulárním prostoru pomocí prokolagenních peptidas, vznik tropokolagenu.

Prokolagen peptidáza Prokolagen peptidáza

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

Distribuce hlavních kolagenních typů ve tkáníchTyp Složení řetězců Výskyt

I [kůže 70 – 80%kost 100%šlacha 90%cévy, ligamenta, fascie, rohovkadentin játra, plíce, střevo

II [II)]3 chrupavka, sklivec

III [III)]3 kůže 20 – 30%šlacha 10%játra, plíce, střevo

IV [VVbazální membrány [VV(IV)

V [VV(V)bazální membrányplacenta, svaly

Kolageny – interakcekolagen tvořící fibrily a nefibrilární kolagen

šlacha chrupavka

Podle M. E. Nimni, 1993, in M. Zern and L. Reid, eds., Extracellular Matrix

Kolagen a choroby pojiva Nadbytek kolagenu – fibróza

- plicní fibróza - jaterní cirhóza - ateroskleróza

Nedostatek kolagenuOsteogenesis 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

Glykosaminoglykany (GAG) – dlouhé nerozvětvené molekuly střídající se disacharidové jednotky:

uronové kyseliny:D-glukuronová nebo L-iduronová

aminocukry:N-acetylglukosamin (GlcNAc) neboN-acetylgalaktosamin (GalNAc)

GAG jsou vysoce negativně nabité

Struktura proteoglykanů

Vazba GAG na proteinové jádro pomocí tří sacharidových jednotek

D-glukuronová k. + GlcNAc

Kyselina hyaluronová

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

-

Typy glykosaminoglykanů

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 sekolem plicních artérií, játra a kůže

Heparansulfát - bazální membrány, komponenty buněčných povrchů

Keratansulfát - rohovka, kost, chrupavka

Agrekan - hlavní proteoglykan v chrupavce

Versikan – v mnoha tkáních, hlavně v cévách a v kůži

Dekorin – malý proteoglykan mnoha tkání

Biglykan – malý proteoglykan chrupavky

Rozdělení proteoglykanů podle velikosti

• 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

Elastin

Syntéza elastinu

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

Strukturální glykoproteiny

• 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

Fibronektin

• 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.

Laminin