01-b1.1 priciple of biochem
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
1/25
Biochemistry & Molecular biology ● 1
B1 General Principle
B1.1 Biochemistry and
Molecular biology
Biochemistry & Genetics (B 1.1.1-1.1.2, B 1.1.7-1.1.9)
Carbohydrate metabolism
ภาพแสดงปฏกรยา Metabolism of carbohydrate
Glycolysis
เกดใน cytosol แบงออกเปน 2 ขันตอนใหญ 1.ขันลงทน - เปนการเปล ยนแปลง Glucose -----> Glyceraldehyde-3-P DHAP
- มการลงทนใช ATP 2 โมเลกลในปฏกรยาการเตมหม ฟอสเฟตใหกับน าตาลเอนไซมท สาคัญ Hexokinase(ถาในตับจะเปน Glucokinase) และ Phosphofructrokinase
2.ขันไดกาไร - เปนการเปล ยนแปลง Glyceraldehyde-3-P -----> pyruvate- ได ATP 2 โมเลกล และNADH 1 โมเลกลตอ Glyceraldehyde-3-P 1 โมเลกล
เอนไซมท สาคัญ Pyruvate kinase (PEP -----> Pyruvate)
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
2/25
2 ● Biochemistry & Molecular biology
สมการรวม glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi ------> 2pyruvate + 2ATP + 2NADH + H+ เอนไซมท สาคัญทัง 3 ตัวจะควบคมอัตราของปฏกรยา(rate-limiting steps) และอย ในขันตอนท ไมสามารถ
ผันกลับได โดยท insulin จะกระตนการทางานของเอนไซม สวน glucagonจะยับยัง
Aerobic glycolysis
- เกดข นในภาวะท เซลลมออกซเจน และไมโตคอนเดรยมากพอ- pyruvate จะเปล ยนเปน Acetyl CoA โดย Pyruvate dehydrogenase และ Acetyl CoA กจะเขาส Krebs cycle,electron transport chain, oxidative phosphorylation ตอไป - ได 36/38 ATP
Anaerobic glycolysis
- เกดข นในภาวะท เซลลขาดออกซเจน หรอไมโตครอนเดรย- จงมการใช NADH และเอนไซมเปล ยน pyruvateเปนสารอ นๆ เชนlactate ในเซลลเมดเลอดแดง หรอ ethanol ในเช อแบคทเรยบางชนด
(fermentation) - กรณ anaerobic glycolysis ในกลามเน อจะเกดจากการใช glucoseจากการสลาย glycogen อยางรวดเรวทาให pyruvate ท มมากเปล ยนไปเปน lactate และ 2NAD+ - ไดแค 2ATP
แผนภาพแสดงปฏกรยา anaerobic glycolysis
Gluconeogenesis
- เกดข นในสภาวะท ระดับน าตาลในเลอดต ากวา 5 mM หลังจากการใช glycogen ท ตับ - amino acid เปนแหลงของสารตังตนในขบวนการ gluconeogenesis- เปน pathway ท ใช ในการปรับระดับน าตาลในเลอดใหคงท ถาขาด pathway น จะ hypoglycemia- เปนกระบวนการสรางกล โคสข นใหมจาก สาร non-carbohydrate (สารตางๆท เปน intermediate ของ glycolysis Krebscycle รวมทัง ,lactate และ alpha-keto acid ,glycerol แต glucose จะสรางไม ไดจาก fatty acid) - เปน pathway ท ควบค ไปกับ glycolysis (สารเหมอนกันทัง 10 ขันตอน ) โดยมทศสวนทางกัน แตจะมบางขันตอนท ม intermediate
ท ไดกลาวมาแทรกเพ มเขามา(
เชนในตาราง)
หรอลัดขันตอนไปเลย
Hexokinase Glucokinase
-พบใน non-hepatic tissue เช น สมอง หัวใจ RBC-ตอบสนองต อ low blood glucose(เพราะสมองตองการ glucose ตลอดเวลา)
-พบในตับ -ตอบสนองต อ High blood glucose (insulin หลัง) เพ อใชในการเกบ glucose เปนพลังงานสารองเม อมปร มาณ glucose ในเลอดสง
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
3/25
Biochemistry & Molecular biology ● 3
- เอนไซมท ใชจะแตกตางใน 3 ขันตอนท เปน Rate-limiting steps: ปฏกรยาผันกลับไม ไดของ glycolysis ดังน
Glycolysis Gluconeogenesis
Pyruvate kinase
( ATPยับยังenz. น เพราะม ATP เยอะอย แลว
ไมตองสสาย glucose แลว)
Pyruvate carboxylase เปล ยน pyruvate--->oxaloacetate ใน mito.PEP carboxykinase เปล ยน OAA---> PEP
เน องจาก Pyruvate ไมสามารถผันกลับไปเปน PEP ได โดยตรงPhosphofructrokinase 1
(ตัวกระตนคอ frustose-2,6-BP =ตัวกระตนท แรงสด,ATP ตัวยับยังคอ AMP ,citrate)
Fructose-1,6-bisphosphatase
ยับยังโดย frustose-2,6-BP, AMP
Hexokinase
(Glucose-6-P เปนตัวยับยัง)Glucose-6-phosphatase
-พบท ER ของตับ(เยอะ) และไต ตับจงเปนอวัยวะท ตอบสนองและควบคมระดับน าตาลในเลอด-
กลามเน อและสมองไมมเอนไซมน จงไมสามารถสรางกล โคสแลวปลอยออกมาในกระแสเลอดได ( ไมสามารถเกด gluconeogenesis) * ถาขาด enz. เหลาน จะเกด severe fasting hypoglycemia, มการสะสมglycogen ในตับมากข น ตับโต เรยกวาเปนโรค Von Gierke’s disease(เปน glycogen storage disease type I ) แตกระบวนการน เก ยวกับglycogenolysis มากกวา
ในกระบวรการ anaerobic glycolysis (มออกซเจนต า )ทาใหมการสะสม lactate มาก จงกาจัด lactate โดยการสงออกส กระแสเลอดไปยังตับและ เปล ยน Lactate ---> Pyruvate ท ตับโดยใช LDH ;Lactate dehydrogenase แลวเปล ยนpyruvate ใหเปน glucose โดย gluconeogenesis สงออกส กระแสเลอด เร ยก วัฎจักรน วา Cori Cycleเม อระดับกล โคสใน
เลอดลดลง การทางาน Insulin
ลดลง และGlucagon
เพ มข น กระตนใหเกด Gluconeogenesis
ซ งมความสาคัญในการเพ มระดับน าตาลในเลอดใหเพยงพอท จะไปเล ยงสมอง
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
4/25
4 ● Biochemistry & Molecular biology
Glycogen Metabolism
Glycogenesis: Glycogensynthesis
(ดภาพแรกประกอบ สารตังตนคอ UDP-glucose) Enz. ท ใช คอ Glycogen synthaseถกกระตนโดย insulin และ ถกยับยังโดย glycogen
Glycogenolysis
ท ตับ : ถกกระตนโดย glucagon จะสลาย glycogen โดย enz. Glycogen phosphorylase จะทาให G-1-Pเปล ยนเปน G-6-P และยังตองใช Debranching enz.ดวย นอกจากน เวลาglucose ในเลอดต า ตับสามารถเปล ยน glycogen
ใหกลายเปน glucose เพ อรักษาระดับน าตาลในเลอด โดยใช enz.glucose-6-phosphatase
ซ งกลามเน อไมม ถาenz.
น มปัญ
หาจะเกดGlycogen storage disease
ท กลามเนอ : จะไมตอบสนองตอ glucagon จะตอบสนองตอ epinephrine โดยจะเปล ยนglycogen ใหเปนพลังงานในเวลาท กลามเน อตองการพลังงานโดยเฉพาะเวลาออกกาลังกายอยางหนัก
Glycogen storage disease
Disease finding Enz. ท ขาดVon Gierke’s disease
เปล ยน glycogen ใหเปน glucose ไม ได lactate จงมากในเลอด,Hypoglycemia,glycogen มากในตับ ตับโต
Glucose-6-phosphatase
Pompe’s disease Lysosomal -1,4-glucosidase
Cori’s disease Debranching enz.
McArdle’s disease Glycogen มากในกลามเน อ ปวดกลามเน อ
Skeleton muscle glycogen
phosphorylase
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
5/25
Biochemistry & Molecular biology ● 5
Pentose phosphate pathway : HMP shunt, Hexose monophosphase shunt
ม 2 phase คอ 1. Oxidative phase และ 2. Non oxidative phase Oxidative
phase
Non oxidative phase
Key enz.
products
G6PD
- NADPH
ใชสังเคราะห กรดไขมัน,stearoid,glutathione reduction
ป องกัน oxidative damage ในRBC,
cytochrome P-450
Transketolases
- Ribulose-5-phosphate
ใชสังเคราะห nucleotide-G3P, F6P
ใชสังเคราะห glycolytic intermediates
ถาขาด enz. G6PD (G6PD deficiency) กจะทาให เมดเลอดแดงแตกงาย เน องจากเมดเลอดแดงกาจัดอนมลอสระ ไดนอย (ขาด coenz. ในการ reduce glutathione) เกด hemolytic anemia ป ัสสาวะสดา ออนเพลย ตาเหลอง จะเกดอาการเม อม oxidative stress เชน infection , กนถัวปากอา , กนยา sulfanamides, primaquine
Polyol pathway
- เปนการเปล ยน glucose ใหเปน fructose - พบใน cerebral spinal,seminal fluid, epithelium ของ lens, Schwann cell ,peripheral nerve, Islet of Langerhans *** คนเปนเบาหวาน glucose ในเลอดสง จะสราง sorbitol, fructose สงตาม ทาใหแรงดัน osmotic ในเซลลสงข น น าosmosis เขามา เซลลจะบวม ถาเกดท lens ตา จะเปนตอกระจก (cataract)
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
6/25
6 ● Biochemistry & Molecular biology
TCA cycle/Kreb’s cycle เกดท mitochondria ได 3NADH,1FADH2,2CO2,
NADH จะสงอเลกตรอนท complex I ได3ATP /1NADHFADH2 สงอเลกตรอนท complex II 2 ได 2ATP/ 1FADH2
Oxidative phosphorylation poisons
Electron transport inhibitors ยับยังการสังเคราะห ATP ไมสามารถขนสงอเลกตรอน ตัวจะแดง ปากแดง ซม หายใจไม
ออก
Rotenone,antimycinA
CO, CN-
CN เจอในมันสาปะหลังไมสก
ATPase inhibitors ไมสราง ATP OligomycinUncoupling agents -ขนสงโปรตอนกลับ matrix
พลังงานเปล ยนเปนความรอนแทนการสราง ATP
2,4-DNP,aspirin,thermogenin in
brown fat
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
7/25
Biochemistry & Molecular biology ● 7
ภาพแสดงปฏกรยา Oxidative phosphorylation
แผนภาพแสดงการเปล ยนแปลง Metabolism ของรางกายในภาวะ fasting stage
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
8/25
8 ● Biochemistry & Molecular biology
แผนภาพแสดงภาวะ Fasting state
แผนภาพแสดงภาวะ feding state
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
9/25
Biochemistry & Molecular biology ● 9
Protein & Enzyme
Structure of Amino Acid and Protein
Amino Acid ตามช อของมันกคอ กรดท มหม Amino (-NH2)อย ดวย โครงสรางทัวไป ดังรป
Amino Acid แบงออกตามชนดของหม R เปน Nonpolar หม R มคณสมบัตเปน HydrophobicPolar หม R มคณสมบัตเปน Hydrophilic (มขัวแตไมแตกตัวนะ)
Acid หม R แตกตัวให H+ และทาใหประจรวมเปน ลบBase หม R สามารถรับ H+ และทาใหประจรวมเปน บวก
Protein ท พบในมนษยประกอบข นจาก L-α-Amino Acid เทานัน ขณะท Microorganism พบทัง L-, D- formEssential Amino Acid ม 10 ชนดPhenylalanine Valine Threonine Tryptophan Isoleucine Methionine Histidine Arginine Leucine Lysine วธจา
ก PriVaTe TIMM HALL (เอามาจาก First Aid)หม Carboxyl, Amino และ R ท ประกอบอย ใน Amino Acid แตกตัวในสภาพแวดลอม pH ตางๆกัน คา pH ท ทาให
Amino Acid แตกตัวจนม ประจรวมเทากับ 0 เรยก วา pI (Isoelectric pH) เชน Alanine การทมันจะแตกตัวไดประจรวมเทากับ 0 ตองอย ในสารละลายท ม pH 6.15 ถาสารละลายม pH >6.15 Alanine จะมประจรวมเปนลบ ในทางกลับกันท pH 2 ตัวข นไปเราจะเรยกวา สารประกอบ Peptide 10-100 เรยกวา Polypeptide>100 เรยกวา Protein
โครงสรางของ ProteinPrimary Structure เปนโครงสรางท Amino Acid ตอกันดวย Peptide Bond เปนสาย Peptide อธบายการ
เรยงลาดับของ Amino Acid ท เปนสวนประกอบ เชน Glu-Cys-Gly ซ งเปนโครงสรางของ Glutathione เราจะทราบวาGlutamine อย ปลาย N และ Glycine อย ปลาย C
Secondary Stucture เปนโครงสรางท เกดจาก H-Bond ใน Polypeptide สายเดยวกัน เกดโครงสรางท ตางกัน 2แบบคอ
α-helix เปนแบบเกลยวเวยนขวา β-pleated sheet
Tertiary Structure แสดงถงลักษณะ 3-Dimention ของ Polypeptide สามารถทางานไดขางในมการ Folding จากแรงตางๆ เชน H-Bond, Disulfide-Bond, Non-Covalent Interaction, Electrostatic Interaction (แรงระหวางประจ +,-)
Folding คอการมวนพับของสาย Polypeptide เกดจากแรงยดของหม R ในรางกายมนษยจะม Protein ท ชวยนาการมวนพับ(เชน Chaperone) ใหกลายเปนโครงสรางท ทางานได Quaternary Structure ประกอบดวย Polypeptide ตังแต 2 สายข นไป แตละสายเรยกวา Subunit เช อมกันดวย
van der Waals force ( โปรตนบางชนดเทานันท อย ในรปน )
COOH
|
H2N-C-H
|R
COO-
|
H3N+-C-H
|CH3
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
10/25
10 ● Biochemistry & Molecular biology
ภาพแสดงโครงสรางระดับตางๆ ของโปรตน (J. Koolman, K. H. Roehm. Color Atlas of Biochemistry. Thieme, 2005)
Denature
คอการท โปรตนเสยโครงสรางระดับ Secondary Tertiary Quaternary กลายเปน Primary จากสาเหตตางๆเชน Heat, Organic Solvent, Mechanical Mixing, Strong Acid/Base, Detergent, Ion of Heavy Metal เหลาน ทาใหคณสมบัตดังเดมของโปรตนเสยไปจนทางานไม ได แรงยดแ บบ Non-covalent จะเสยไป แต Covalent-Bond เชน Peptide-Bond ยังอย นันเปนเหตผลวาทาไม Primary Structure ยังดอย
Renature สามารถทาได โดยการชักนาของสารบางชนดเชน Chaperone เกด Folding ใหมแตมเพยงโปรตนบางชนดเทานันท สามารถกลับไปทางานใหม ได
Nitrogen Metabolism
ถาจะพดถงกระบวนการกาจัด N-waste กตองเร มตนจาก 1.นาหม Amino(-NH2) ออกจากโปรตน 2.ขนสงสารประกอบหม Amino(-NH2) จาก tissue รอบๆเขาไปในตับ 3.การขับออกใน Urea cycle
1. นาหม Amino(-NH2) ออกจากโปรตน
1.1. Transamination เกดข นใน cell ทั วรางกายคอการยายหม Amino(-NH2) ซ งทาใหเกดการเปล ยนรปกันระหวาง amino acid (protein substrate ตัวให) และ
keto acid (ตัวรับ) โดยกระบวนการน ใช enzyme aminotransferase และ coenzyme pyridoxal phosphate (PLP) ซ งม Vit.B6เปนสวนประกอบ โดย enzyme จะตางกันออกไปตามโปรตน substrate เชน enzyme Aspartate Aminotransferase(AST) พบในกลามเน อหัวใจ และ Alanine Aminotransferase (ALT) พบในตับ
Amino acid GlutamateNH3
Aspartate
Urea cycle
Transamination Oxidative deamination
Transamination
Blood
Blood ในร ปGlutamine,
Alanine
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
11/25
Biochemistry & Molecular biology ● 11
1.2.Oxidative deamination สวนใหญเกดใน ตับและไต
โปรตน substrate คอ glutamate ใช enzyme glutamate dehydrogenase ได ammonia (NH3) ออกมา Glutamate + NAD(P)
+ α-ketoglutarate + NAD(P)H + NH4
+
2.ขนส งสารประกอบหม Amino(-NH2) จาก Tissue รอบๆเขาไปในตับ
ปัญหากคอปรมาณ NH3 ในเลอดมากๆจะสงผลตอสมอง ดังนัน 2.1 Local Tissue จงเปล ยน NH3 ใหเปน Glutamine และ Alanine กอนจงจะเขาส กระแสเลอดได ปฏกรยาคอ
2.2.พอถงตับแลวกมปฏกรยาใหเกด NH3 เพ อเขา Urea cycle ตอไป(ยอนกลับของอันบนนันแหละ)
NH3 GlutamateGlutaminase
Glutamine
+
α-ketoglutarate NH3
GlutamateAlanine
+
Oxidative deamination Transamination (ALT)
NH3 Glutamate
Glutamine Synthetase
Glutamine+
ในเนอเย อท ัวไป
α-ketoglutarateNH3 Glutamate Alanine+Oxidative deamination (ยอน) Transamination (ALT)
ในกลามเนอ
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
12/25
12 ● Biochemistry & Molecular biology
3. Urea cycle
เปนการกาจัดสารประกอบ Nitrogen รวมทัง NH4+สวนเกนซ งเปนพษออกจากรางกายโดยสรางเปน Urea (NH2-
CO-NH2) จะเหนวาม Nitrogen 2 molecules ซ งมาจาก NH3 และ Aspartate อยางละ 1 molecule โดยท cycle น ได Fumarate ซ งจะเขาไปใน TCA cycle ไดดวย
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
13/25
Biochemistry & Molecular biology ● 13
Hyperammonemia
เกดไดทัง จากภาวะความผดปกตของตับ (hepatitis, cirrhosis) และความผดปกตทางพันธกรรมท ทาให enzyme ใน Urea cycle ทางานอยางผดปกต
รางกายจะมกลไกกาจัดท สาคัญคอ Glutamine Synthetase ได Glutamine ซ งนา NH3 ไปกาจัดท ไต ดังนันผ ป วยเหลาน จะมปรมาณ Glutamine ใน เลอด, CSF และป ัสสาวะสง
สวน Oxidative deamination จะเกดข นดวย ถาเกดข นมากจะทาใหสมองขาด α-ketoglutarate ซ งเปนสารใน TCAcycle สมองจงขาดพลังงาน เกดภาวะ encephalopathyTransamination สาหรับ Valine, Isoleucine และ Leucine
amino acid ท มหม R เปนก ง (Branched chain amino acid) จะได product เปน α-ketoacid และถกลายตอไป โดย Brach-chain keto acid dehydrogenase ดังนันถาขาด enzyme ดังกลาว (จาก genetic defect) จะทาให α-ketoacid คั งในกระแสโลหต บางสวนกถกขับออกมาทางป ัสสาวะทาใหมกล น maple syrup เปนท มาของช อโรค MapleSyrup Urine Disease โรคน ทาใหเกดอาการทางสมอง , metabolic acidosis ถาไมรักษาจะป ัญญาออน ขยับรางกายไม ได และเสยชวต
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
14/25
14 ● Biochemistry & Molecular biology
อนพนัธของกรดอะม โน
การสลาย Phenylalanine และ Tyrosine
ถาขาด Phenylalanine hydroxylase จะทาให Phenylalanine คั งและเกด transamination เพ มข นได Phenylpyruvate ในกระแสเลอดและป ัสสาวะมากข น เปนท มาของช อโรค Phenylketonuria (PKU) เน องจากสารน เปนketo acid จงทาใหสมองผดปกต, ป ัสสาวะมกล นอับ (musty odor) และเน องจาก Tyrosine ถกเปล ยนเปน melanin โรคน กจะทาใหเกดภาวะ hypopigmentation ดวย
สวนการขาด Homogentisate oxidase ทาให Homogentisate คั งในกระแสเลอด เกดโรค Alkaptonuria ซ งปกตแลวจะไมมอาการจนกระทังอาย 40 ป โดยท อาการแสดงมดังน
Phenylalanine
Tyrosine
Homogentisate
Phenylalanine
hydroxylase
Homogentisate
oxidase
Fumarate + Acetoacetate
Phenylpyruvatetransamination
tyrosinase Melanin
Glycine Porphyrin Heme
Phenylalanine Tyrosine Dopa Dopamine Epi
Thyroxine Melanin
NE
TryptophanNiacin NAD+/NADP+
Melatonin
Histidine Histamine
Arginine
Urea
Nitric oxide (Vasodilator)
Creatine
Glutamate GABA (inhibitory neurotransmitter)
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
15/25
Biochemistry & Molecular biology ● 15
1.Homogentisic aciduria เม อออกมาเจอกับอากาศ แลวเกด oxidation ทาใหป ัสสาวะมสดา 2.Large joint arthritis
3.Pigmentation of cartilage
การขาด tyrosinase หมายถงการขาด melanin ทาใหเกดโรค Albinism
การสราง Methionine และ Cysteine
- การขาด Vit B12
, Homocysteine methyltransferase หรอ Cystathionineβ-Synthetase ทาใหเกดโรค Homocysteinuria คนไขสวนใหญมอาย 3-5 ขวบ จะมอาการเลนสตาหลดและ ป ัญญาออน
- การขาด Cystathionase ทาใหเกดโรค Cystathioninuria มักไมแสดงอาการ
Enzyme
เปนสารประกอบโปรตนทาหนาท เรงปฏกรยา โดยทาใหภาวะ transition state เกด ไดดข นโดยทาใหพลังงานกระตนลดลง Apoenzyme + cofactor Haloenzyme
ภาพแสดงคณสมบัตของ Enzyme
Homocysteine Cystathionine
Methionine
Homocysteine
methyltransferase
Cysteine
Cystathionase
Cystathionine β-Synthetase
Vit B12
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
16/25
16 ● Biochemistry & Molecular biology
Vitamin ท เปน coenzymeNAD มวตามนท เปน precursor คอ NiacinFAD มวตามนท เปน precursor คอ RiboflavinThiamine pyrophosphate มวตามนท เปน precursor คอ ThiamineVitamin C
เปนcoenzyme
ชวยสังเคราะห collagen
Vitamin K เปน coenzyme ชวยในการแขงตัวของเลอด Vitamin A, D, E ไมมสมบัตเปน coenzyme
กนเหลามากๆ ทาใหขาดวตามน B1 ได เพราะ ethanol ยับยังการดดซม vitamin B1การขาดวตามน B3 ทาใหเกด Pellagra
ADH=alcohol dehydrogenase
ALDH=aldehyde dehydrogenase (คนตดเหลา enz. น มักทางานด) Acetaldehyde ถามคั งในรางกาย จะทาใหมผ นแดง มนหัว หัวใจเตนเรว
*** ยา Disulfirum เปน Irreversible inhibitor ของ ALDH ทาใหม Acetaldehyde คั งในเลอดจะทา ใหร สกวากนเหลาไมด จงใชเปนยารักษาคนไขท ตดเหลา ใหเลกเหลา
จากภาพ Formaldehyde เปนพษมาก เม อไปกนเหลาเถ อน จะไดรับ methanol ตองไดรับการรักษา โดยให ethanol ซ งเปน competitive inhibitor ของ methanol ซ งไปจับกับ ADH ไดดกวา ethanol 10-20 เทา
ปจจัยท สงผลตอการทางานของ enzyme มอณหภม, pH, ความเขมขนของ substrate, ความเขมขนของ enz.
จากสมการแสดงจลศาสตรของ enzyme จะเหนวาความชันกราฟคอ Km/Vmax และกาหนดให
1/V
1/[S]
Non-competitive inhibitor
Competitive inhibitor
Uninhibit
1 = Km + 1 1
V Vmax [S] Vmax
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
17/25
Biochemistry & Molecular biology ● 17
V = อัตราเรวปฏกรยา Vmax = ความเรวปฏกรยาสงสด [S] = ความเขมขนของ substrateKm =ความเขมขนของ substrate เม อ V = 1/2 Vmax : ซ งบงบอกถงความชอบ (affinity)ระหวาง enz.& substrate
ถา Km ต า แสดงวาใชปรมาณ substrate นอยกจับ enz. ได(ชอบกันมาก)ดังนัน ถา enzyme ม Vmax สง Km ต า แสดงวามประสทธภาพมาก (กราฟชันนอย)
: 1/[S] มาก = ใช substrate นอย, 1/V นอย = ทาปฏกรยาไดเรวมาก
Competitive inhibition
เปน inhibitor ท ม โครงสรางคลาย substrateมาก Vmax ไมเปล ยน Kmเพ มข น (ทาใหเขารักกันนอยลง)
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
18/25
18 ● Biochemistry & Molecular biology
Non competitive inhibitor
Enz. จะจับปลาสองมอ คอจับทัง substrate&inhibitor Km ไมเปล ยน (เขายังจับกันได รักกันเหมอนเดม) Vmax ลดลง (เหมอนมตัวยับยังเกาะอย ถวง)
Uncompetitive Inhibitor
เปน inhibitor ท รักคนมเจาของ ตองให enz. จับกับ substrate กอน พอ inhibitor เหนกอจฉาตารอน ไปจับบางKm ลด Vmax ลด
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
19/25
Biochemistry & Molecular biology ● 19
Irreversible Inhibitor
ทาลายenz. เลยท active site เชน ยาฆาแมลง
Allosteric enzyme
คอ enz. ท ม subunit ตังแต 2 หนวยข นไป จะม active site มากกวา 1 แหง เม อ substrate ตัวแรกเขาจับท active site ตาแหนงแรก จะทาใหมการเปล ยนแปลงรปราง enz. เพ อให substate ตัวตอไปเขาจับงายข น เรวข น Isoenzyme or Isozyme
เปนกล ม enz.ท เรงปฏกรยาและใช substrate ชนดเดยวกัน แต enz. ในกล มมคณสมบัตทางกายภาพแตกตางกันเชน LDH ม 5 ชนด LDH1 -LDH5 โดยแตละชนดมองคประกอบของโปรตน(subunitM%H)แตกตางกัน LDH1 (H4) มักพบท กลามเน อหัวใจ LDH5 (M4)มักพบท ตับและกลามเน อ Myocardial infarction
มักใชการตรวจวัดระดับ enz. ในเลอดเพ อชวยวนจฉับ นยมตรวจ CK2 & LDH1 CK2 มักข นสงสดหลังอาการเจบหนาอก 18 hr. LDH1 peak ท 36-40 hr. ใชวนจฉัย ผ ป วยท มาพบแพทยหลังเกดพยาธสภาพไปแลวมากกวา 48 hr.
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
20/25
20 ● Biochemistry & Molecular biology
Lipid
หนาท 1.Cell membrane (Cholesterol ทาให lipid bilayer ไมเหลวเกนไป)2.เกบพลังงานในรป Triglyceride ใน Adipose Tissue3.อนพันธของ Lipid เปนพวก Vitamin, Hormone4.Cholesterol สราง Bile Acid
Fatty Acid
Saturated fatty acid ไมม Double Bond ระหวาง Carbon เลยUnsaturated fatty acid ม Double Bond ระหวาง Carbon
Essential Fatty Acid
เปน Highly Unsaturated fatty acid ม Linoleic Acid , Linolenic Acid,Arachidonic acidRespiratory Distress Syndrome
เปนสาเหตท ทาใหเดกท คลอดกอนกาหนดเสยชวต จากการขาด Lung Surfactant ซ งประกอบดวย Dipalmitoylphosphatidylcholine (lecitin) เปนหลักและมสารประกอบพวก Lipid เชน Phosphatidylglycerol และ Phosphatidylinositolและ Protein อก 2 กล ม
Carnitine shuttle
เปนกระบวนการนา fatty acid เขาส mitochondria เพ อสรางพลังงาน
Fatty acyl CoA ผานmembrane เขาไปใน mitochondria ไม ได ตองใช carnitine ชวย รวมถง enz. CPT1(carnitine palmitoyl transferase I), CPT2 ชวย จนกลายเปน fatty acyl-CoA. ใน matrixของ mitochondria แลวจะเกด -oxidation เพ อสลายให ได acetyl CoA ตอไป
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
21/25
Biochemistry & Molecular biology ● 21
แผนภาพแสดงกระบวนการ metabolism ของ lipid
Dietary Lipid
1. Lipid ใน Lumen ของ Intestinal tract จะถกสรางเปน Mixed Micelles โดย Bile Salt แลวคอยนา Lipid เขา Intestinal Mucosal Cell
2. Intestinal Mucosal Cell นา Triglyceride, Cholesterol, Fat-Soluble Vitamin, Cholesteryl ester และ apo B-48 ไปสรางเปน Chylomicrons จากนันจงสงเขา Lymphatic System แลวเขากระแสเลอดตอไป
3. เม ออย ในกระแสเลอด Chylomicrons จะรับ apo E และ apo C-II จาก HDL ในกระแสเลอด เพ อใหทางานได 4. apo C-II บน Chylomicrons จะกระตนการทางานของ Lipoprotein Lipase(LPL) สลาย Triglyceride ในตัวมัน
ไดเปน Fatty Acid และ Glycerolดังนันผ ป ว ย ท ขาด apo C-II จะม Chylomicrons คังในกระแสเลอด
4.1.Fatty Acidท ได 4.2.Glycerol จะถกใชเปนพลังงานของ Muscle cellและเน อเย อท ตองการพลังงาน(เกด -oxidation) แตถาพลังงานเหลอเฟอ จะถกนาไปเกบในรป triglyceride ใน
adipose tissue
จะถกตับใช ใน lipid synthesis, glycolysis,gluconeogenesis
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
22/25
22 ● Biochemistry & Molecular biology
5. เม อ Lipoprotein Lipase ยอย Triglyceride ใน Chylomicrons จนเหลอนอยแลว จะกลายเปน Chylomicrons ramnent เขา cell ตับไป
6. cell ตับจะสราง Triglyceride และสงออกในรป VLDL โดยรวมกับ apo B-100 จากนันจงสงเขากระแสเลอด แลว Triglyceride ใน VLDL กจะถกสลายโดย Lipoprotein Lipase เชนเดยวกับ Chylomicrons
7. เม อ Triglyceride ใน VLDL เหลอนอยลงจะรับ chlolesteryl ester กลายเปน IDLและเม อรับมากข นกกลายเปนLDL
8. LDL ทาหนาท นา Cholesterol ไปสงใหกับ peripheral tissue ท ม apo B-100 receptor หรอกลับไปท ตับ
ปรมาณ LDL ท เพ มข นในกระแสเลอดทาให - De novo ซ งทาหนาท สังเคราะห Cholesterol ลดลง - การสราง LDL ลดลง
Macrophage ท นา LDL เขา cell HDL ถาหากรับประทานอาหารท ม ไขมันมาก
ทาใหเกดการสะสมcholesteryl ester กลายเปนFoam cell
-ม apo E, apo C-II จานวนมาก-ถกสรางจากตับแลวสงเขาส กระแสเลอด เพ อไปรับCholesterol จาก peripheraltissue นากลับมาท ตับ
- จะทาให Chylomicron ในเลอดมจานวนมากเลอดจงข นหลังรับประทานอาหาร
Fatty Liver
เกดจากความไมสมดลของ Triglyceride synthesis และ การขับ VLDL ออกจาก cell ตับ สาเหตคอ Obesity,DM, ด ม alcohol, ขาด apo B-100 ทาให VLDLออกจากเซลลตับไม ได
Ketone Metabolism
- เกดข นใน mitochondria ของตับ เกดมากเม ออดอาหาร หรอในผ ป วยเบาหวานเร อรัง- โดยท fatty acid& amino acid จะถกmetabolize ได acetyl CoA และ metabolize ตอไดสารท เรยกวา ketone
bodies พวก acetoacetate, 3-hydroxybutyrate และ acetone จาก Acetyl CoA- แลวไปตามกระแสเลอดไปยัง peripheral tissue แลวถกเปล ยนกลับเปน Acetyl CoA เพ อใชเปนแหลงพลังงานใช
ใน สมอง ,กลามเน อ - โดยปกต acetyl CoA ตองเขา Kreb’s cycle แตเม อม OAA ต าจะทาให Kreb’s cycle หยดแลว
acetyl CoA ท มากเกนพอ จะถกเปล ยนเปน ketone bodies แทน- OAA จะต าเม อ
มการอดอาหารนานๆ เพราะตับจะใช OAA ในกระบวนการ gluconeogenesis มาก
ผ ป วย DM type1 ท ควบคมไมด จะม Fatty Acid Degradation เกดข นมากทาให Acetyl CoA มปรมาณมากข น สงผลให Acetyl CoA เขา Ketone Bodies Pathway มากข น
Alcoholism ภาวะน จะเกด NADH มาก ทาให NADH ไปเปล ยน OAA ไปเปน malate
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
23/25
Biochemistry & Molecular biology ● 23
- แตตับไมสามารถใช Ketone bodies เปนพลังงานไดเน องจากขาด enzyme ท จะเปล ยน Acetoacetate . ใหเปน Acetyl CoA
Ketone Bodies ในกระแสเลอดท เพ มข นจะทาใหเกดภาวะ Acidosis และหายใจออกเปนกล น Fruity เนงจากปรมาณ Acetone ท เพ มข น
Cholesterol Metabolism
Synthesis
-ม Substrate คอ HMG CoA โดยท Cholesterol เองจะเปน feed back inhibitor ของ HMG CoA reductaseDegradation
-วงแหวนของ Cholesterol ไมสามารถถกทาลายได ในรางกายมนษย มันจงถกกาจัดโดยนาไปสรางเปน Bile salt หรอหลังออกมาพรอมกับ Bile
Nucleic acid
- base + sugar = Nucleoside
- Nucleoside + phosphate group = Nucleotide
เบสท เปนสวนประกอบของนวคล โอไทดแบงได 2 กล ม
1. Purine
ม 2 ring
ไดแก Adenine(A), Guanine(G)
2. Pyrimidine ม 1 ring ไดแก Cytosine(C), Uracil (U) --- ใน RNA, Thymine(T) ---- ใน DNA
* เพ อป องกันการสับสน อาจจาวา U RNA -----> You are
- เวลาเบสจะเขาค กัน จะเปน G C ( 3H-bond) A=T (2H-bond)
Liver Blood Peripheral Tissue
Acetyl CoA
HMG CoA
Acetoacetate
3-Hydroxybutarate
Aceteone
Acetoacetate Acetoacetate
3-Hydroxybutarate
Acetyl CoA
ระเหยง าย
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
24/25
24 ● Biochemistry & Molecular biology
น วคลโอไทดและอนพันธของน วคลโอไทด o Activated substrates : UDP-Glucose
o Secondary messenger : cAMP
o Reducing power : NADH, NADPH, FADH2
o Drug : AZT, ddI,ddC
o High energy storage : ATP, GTP
o
Building block of nucleic acid : A,G,C,U,T
- ยาท ใชในโรคเอดส o AZT ม โครงสรางดังน
3’-α-azido-2’,3’-deoxythymidine
ปกตตรงตาแหนง 3 จะเปน OH- เพ อใหหม ฟอสเฟตมาตอเช อมเปน nucleic acid ได แตเม อเปน Azide group จงตอ
ไม ได
ไวรัสสราง DNAตอไปไม ได
ไวรัสเตบโตไม ได o ddI dideoxyinosine ( ไมม OH- ท 3 ทาใหสราง DNA ไม ได)
- กรดน วคลอ ก = polynucleotide ซ งเช อมตอกันโดย Phosphodiester bond
- Chromatin structure
o โครมาตน = nucleosome หลายๆ อันมารวมกัน (ตอกันเปนสายยาวพรอมกับDNA)o Nucleosome คอ หนวยยอยของ chromatin โดยม DNA พันอย กับ histone protein (H2A, H2B, H3,H4)o H1 เปนตัวเช อม nucleosome แตละอัน และเปนตัวเดยวท ไมอย ใน protein coreo
ใน mitosis DNA จะหดตัวรวมกันแนน เหนเหมอนเปนแทงปาทองโก-*- o Chromatin มแคบางสวนท active สวนใหญจะไมมgene information แตใชปกตองตัวอ นๆ จากการ mutate ของยน
- Heterochromatin : Condensed, transcriptionally inactive
- Euchromatin : Less condensed, transcriptionally active
( Eu = true, “truly transcribe”)
Nucleotide metabolism
การสังเคราะห purine nucleotide ม 2 กลไกประกอบ
- De novo synthesis
เร มตังแต R5P ถกเปล ยนจนเปน GMP& แลวเตม P อกสองตัวกจะได GTP&ATP ซ งนาไปใชเปนแหลงพลังงาน
- Salvage pathway
การเปล ยนเบส purine รวมถง Hypoxanthine ใหกลายเปน AMP ,GMP,IMP ตามลาดับเพ อ
นาไปสราง nucleotide ตอไป โดยใช enzymes APRTและHGPRT ซ งจะทาการหเกด uric acid ลดลง
Azide, N3
-
8/15/2019 01-B1.1 Priciple of Biochem
25/25
Biochemistry & Molecular biology ● 25
Hyperuricemia เกดจาก
1. มการสราง uric acid มากกวาปกต
- เกดจาก ความผดปกตของ enz. เชน Lesch-Nyhan syndrome
เปนโรคท เกดจากการขาด HPRT (HGPRT) ทาให hypoxanthine& guanine เปล ยนกลับไปเปน IMP&GMP ไดนอยลง จง
มการสราง uric acid ท มากเกน
-กนอาหารท ม nucleic acid สง ทาใหสสายตอ เปน purine ได เชน เคร องในสัตว หนอไม ยอดมะพราวสัตวปก
ผักโขม ดอกกะหล า
- ม โรคท มการทาลายเซลล เชน Leukemia ,polycythemia vera
2. มการขับ uric acid ออกจากรางกายลดลง
- เชน ภาวะขาดน า กน diuretic ภาวะacademia
Hyperuricemia สวนใหญ ไมมอาการ ถาม โรคแทรกซอน จะเกดโรค Gout คอ จะพบผลก urate ในน าไขขอ