biochÉmia - fsport.uniba.sk · • biochémia – hraničná vedná disciplína • chemické deje...
TRANSCRIPT
• Biochémia – hraničná vedná disciplína
• Chemické deje
• Podstata základných životných procesovMetabolizmus, rast, pohyb, dráždivosť, rozmnožovanie
• Biochémia – vedy o športe – 30. roky 20. storočia
• Laktát, kreatínfosfát, ATP• Vplyv telesného zaťaženia na živočíšne
organizmy• Zmeny v pracujúcich svaloch• Hormonálna regulácia telesného
zaťaženia
ZÁKLADY BIOCHÉMIE
Chemické zlúčeninynízkomolekulové – monoméry
makromolekulové - polyméryChemické prvky a ich väzbové vlastnosti
Makroergické väzby – 20-50 kJ.mol-1 ~
Makroergické väzby
• Difosfátová – ATP (GTP, UTP)• Enolfosfátová – fosfoenolpyrohroznová• Acylfosfátová - k.1,3 bisfosfoglycerová• Guanidínfosfátová –CrP• Tioesterová – acetyl KoA
Reakcie v živých systémoch
• Energetická bariéra – bráni prebehnutiu reakcie
• Látky reagujú pri presne stanovených reakčných podmienkach
• Katabolické reakcie – exergonické• Syntetické reakcie – endergonické
katalyzátory – enzýmy – znižujú aktivačnúenergiu
• Oxidačno - redukčné reakcie• Spôsoby oxidácie látok:• Oxidácia – odovzdávanie elektrónov
(odovzdávanie vodíkov)• Oxidácia - dehydrogenácia• Redukcia – prijímanie elektrónov
(prijímanie vodíkov – hydrogenácia)• A + XH2 → AH2 + X
Biochemické reakcie
• Reakčné celky• substrát• Produkt• Enzým• Smer – obojstranný – vratné• Konečný produkt – metabolická dráha • Metabolický cyklus
Biologické zlúčeniny
• A: CukryB: Tuky
• C: Bielkoviny• D: Vitamíny• E: Enzýmy• F: Hormóny
G:Nukleotidy
Sacharidy (glycidy, cukry)
• Energetické látky• Produkty fotosyntézy• 6CO2 + 6 H2O → 6 O2+ C6H12O6
• Polyhydroxidy aldehydov a ketónov• Najjednoduchší 3C• Glyceraldehyd – predlžovanie C reťazca• Spájanie navzájom – glykozidové väzby
Lipidy
• Estery alkoholov a vyšších karboxylových kyselín
• Tuky – estery glycerolu a VKK • Zložené lipidy (k. fosforečná, cukry)• VKK – párny počet C (jednoduché i dvojité
väzby)• Nasýtené – nenasýtené - niektoré esenciálne• Úloha – zdroje energie, mechanická a tepelná
ochrana, membrány
Bielkoviny• Stavebnými
jednotkami súaminokyseliny –
• peptidové väzby –
medzi C - OH a H- NII IO H
Biologické funkcie:
• Enzýmová katalýza• Koordinovaný pohyb• Transport a
uskladňovanie• Mechanická podpora• Imunitná ochrana • Regulácia
biochemických pochodov
• (Zdroj energie)
Vitamíny
• Nízkomolekulové látky – v stopových množstvách pre rast a funkcie
• Rozpustné vo vode – hlavne
• B – súčasť štruktúr koenzýmov• C – oxidoredukčné deje
• Rozpustné v tukoch – A, D, E, K
• A – z β karoténu – význam pre zrak• D – metabolizmus Ca• E – významný antioxidant• K - zrážanie krvi
Hypo –hypervitamióza – metabolické poruchy
Enzýmy
• Vysokomolekulové katalyzátory biochemických reakcií
• Zníženie aktivačnej energie• Vysoká špecificita• Mechanizmus účinku - prechodný
komplex substrát - enzým• Aktívne miesto – zámka –(enzým)• kľúč - substrát
• Rýchlosť ovplyvňuje :• pH• teplota• Koncentrácia E a S• Aktivátory a inhibítory• Mg, Ca, Mn, Cl• Ťažké kovy – Hg, Pb, Cu – enzýmové jedy
Kofaktory
• Súčasť molekuly enzýmov –nizkomolekulové nebielkovinové
• Koenzým• Kofaktory oxidoreduktáz -• NAD, NADP• FMN, FAD – súčasťou je vitamín B• Kofaktory transferáz – ATP, koenzým A
Názvoslovie enzýmov
• Typ reakcie – áza• Oxidoreduktázy• Transferázy – prenos skupín• Hydrolázy –• Izomerázy – priestorové a štrukturálne
premeny • Syntetázy -
Nukleové kyseliny a nukleotidy• NK - informácie – k existencii bunky• V jadre – chromozómy• Sú tvorené z nukleotidov
Nukleotid: 1. 5C cukor – ribóza, dezoxyribóza2. dusíkatá báza (adenín, guanín, cytozín,
tymín, uracyl)3. k. fosforečná
Nukleozid: báza + sacharid (adenozín, guanozín, tymidín, cytidín, uridín)
DNA
• DNA – nositeľ genetickej informácie pre priebeh všetkých životných procesov -zakódovanej v sekvencii nukleotidov
• Dezoxiribóza + A,G,C,T• Poradie nukleotidov určuje poradie AK v
bielkovinách• Úsek –kóduje 1 bielkovinu –gén – genóm
• Primárna, sekundárna a terciárna štruktúra
RNA
• Ribóza + A,G,C,U• m RNA – informačná –prenáša genetickú
informáciu z jadra do cytoplazmy
• t RNA – prenos AK na ribozómy pri syntéze bielkovín
• r RNA – vytvára štruktúru ribozómov
Nukleotidy• Stavebná zložka NK • Voľné• ATP – primárny zdroj energie v bunke• 2 vysokoenergické väzby – makroergické• Hydrolýzou – veľké množstvo energie• GDP, GTP• Cyklické nukleotidy – c AMP• Nukleotidové koenzýmy – NAD, NADP, FAD,
FMN, koenzým A
METABOLIZMUS SACHARIDOV
• Hlavný energetický zdroj – oxidácia
• Zásobná forma – glykogén
• Zdroj uhlíka pre syntézu lipidov a uhlíkovej kostry aminokyselín
• Potrava – denný príjem 500g• Polysacharidy – škrob, glykogén• Disacharidy – sacharóza (30%)• laktóza (10%)• Monosacharidy – glukóza, fruktóza• Dominantný zdroj – škrob (60%) zemiaky,
obiloviny
• Glukóza – najdôležitejší sacharid pre bunky
• Využitie v troch hlavných metabolických cestách:
• 1. Syntéza glykogénu• 2. Glykolýza• 3. Pentózový cyklus
Metabolizmus glykogénu
• Syntéza• Odbúranie• Regulácia• Pečeň (10% hmotnosti) • a • svaly (1% hmotnosti)
Funkcia pečeňového glykogénu
• Dopĺňanie glukózy do krvného riečiska• Štiepenie – tvorba (podľa hladiny glukózy
v krvi)
Využitie svalového glykogénu
• Je zdrojom energie iba pre svalovú bunku
• Nemôže sa využiť na zvýšenie hladiny krvnej glukózy! (chýba enzým glukóza 6-fosfatáza)
Syntéza glykogénu
• Glukóza• Pred vstupom do pochodov syntézy –
fosforylácia – (hexokináza) – glukóza 6-fosfát (ATP)
• Premena na glukóza 1-fosfát • Reakcia s UTP- UDPG• Lineárne časti – glykogénsyntáza• Vetvenie – vetviaci enzým
Odbúranie glykogénu
• 1. Vstup H3PO4 a štiepenie glykozidovejväzby α1-4
• Vznik G 1-fosfátu (glykogénfosforyláza)• Premena na G-6 fosfát • Štiepenie na G a P – (G 6-fosfatáza) len v
pečeni!
Regulácia metabolizmu glykogénu
• Glykogén – základný energetický substrát, základná rezerva glukózy
• Tvorba – degradácia glykogénu – podľa potrieb organizmu
• Štiepenie glykogénu:• A) pokles hladiny glukózy• B) potreba mobilizovať energetické rezervy• Syntéza glykogénu –pri dostatočnom príjme
• Inzulín - glykogenosyntézu• Glukagón a adrenalín – glykogenolýzu
• Glukagón a adrenalín –aktivujú fosforylázuinhibujú syntázu
Prostredníctvom proteínkináz –spustenie kaskádovej fosforylácieenzýmov
• Fosforylovaná syntáza – neaktívna• Fosforylovaná fosforyláza – aktívna• Adrenalín a glukagón – glykogenolýza
Metabolická regulácia tvorby a degradácie glykogénu
• Pokles glukózy –spojený s poklesom ATP • a vzostupom AMP• AMP aktivuje fosforylázu – zvýšená
degradácia glykogénu• (ATP tento účinok odstraňuje)
Glykolýza
• Základná metabolická cesta odbúrania glukózy v bunkách
• Za aeróbnych podmienok – konečný produkt pyruvát
• Za anaeróbnych podmienok – konečný produkt laktát
• 3 fázy:
• 1. a) aktivácia (glukóza 6-fosfát)• b) izomerácia (fruktóza 6-fosfát)• c) vznik 2 trióz
• 3-fosfoglyceraldehyd dihydroxiacetónfosfát
2. fáza• oxidoredukčná reakcia –• 1,3 bisfosfoglycerát• (NAD+ → NADH + H+)
• Vznik ATP substrátovou fosforyláciou• 3-fosfoglycerát
Glykolýza za aeróbnych a anaaeróbnych podmienok
• Aeróbne podmienky – vo väčšine buniek• (výnimka –kostrový sval, Ery)• K zabezpečeniu glykolýzy – nevyhnutná• REGENERÁCIA koenzýmu NADH – oxidácia • Za aeróbnych podmienok v mitochondrii –
terminálna oxidácia• za anaeróbnych podmienok - redukciou
pyruvátu – vznik laktátu
Energetická bilancia glykolýzy
• Sumárna reakcia:• anaeróbne podmienky:• C6H12O6 → 2 C3H6O3 + 2 ATP+ 2 H2O• V 1. fáze – spotreba 2 ATP -2 ATP• 2x vytvorenie 2 ATP +4 ATP• +2 ATP
• Aeróbne pomienky:• C6H1206→2 C3H4O3 +2NADH +H+ 2 ATP • +2H2O• Bilancia: po pyruvát 2 ATP• 2x NADH 2x3 = 6 ATP• 8 ATP• Po prechode pyruvátu do mitochondrie –
Krebsov cyklus – spolu čistá bilancia z 1 mol glukózy - 38 mol ATP
Energetická bilancia glykolýzy
• 2x1 NADH2 ..................................6 ATP2 ATP po pyruvát.............................2 ATPPyruvát - Acetyl CoA ... 2 NADH2= 6 ATP
Krebsov cyklus 2x12 24 ATP• 38 ATP
Glukoneogenéza• Glukóza – základný (pre niektoré bunky
jediný) zdroj energie• Glukoneogenéza – syntéza glukózy z :• Pyruvátu• Oxalacetátu• Pečeň (obličky)• 2 základné zdroje: • laktát• aminokyseliny
• Aminokyseliny – deaminačné a transaminačné reakcie
• Tuky – malý význam pre tvorbu glukózy:
• Premena pyruvátu na acetylKoA je nevratná!
• Iba glycerol
Reakcie glukoneogenézy• Obrátená cesta glykolýzy, rovnaké
enzýmy• 3 nevratné reakcie glykolýzy – iné enzýmy• okrem:
• pyruvát → fosfoenolpyruvát• fruktóza 1,6 bisfosfát →fruktóza 6-fosfát• glukóza 6-fosfát → glukóza
• 1. pyruvát –fosfoenolpyruvát
• a) karboxylácia na oxalacetát
• b) fosforylácia na fosfoenolpyruvát(cez malát)
• 2. • fruktóza 1,6- bisfosfát - fruktóza 6-fosfát • (fruktóza 1,6 bisfofatáza) hydrolytické
odštiepenie fosfátu• 3. glukóza 6-fosfát – glukóza• (glukóza 6-fosfatáza)
Udržiavanie fyziologickej koncentrácie glukózy v krvi
• Funkcie pečene• Pokles glukózy–• štiepenie glykogénu• glukoneogenéza• Vzostup glukózy-• syntéza glykogénu• glykolýza• premena na tuky
Coriho cyklus
• Laktát - sval – krv – pečeň
• Vznik pyruvátu – oxidáciou
• Z pyruvátu glukoneogenézou – glukóza
• Glukóza – pečeň – krv - sval
Pentózový cyklus
• Oxidácia glukózy• Oxidácia a dekarboxylácia glukózy-vznik pentóz• Vzájomná premena pentóz – vznik hexóz• Význam :• Tvorba redukovaných koenzýmov NADPH• (hydroxylačné a detoxikačné reakcie a
syntetické pochody)• Tvorba pentóz pre nukleové kyseliny
Najvýznamnejší cyklus produkujúci energiu - v mitochondriáchSubstráty vstupujú do K. cyklu vo forme acetyl KoASubstráty podliehajú oxidácii, vznikáenergia vo forme ATP
• Elektróny sú prenášané na NAD a FAD• Postupne prechádzajú na O2 (elektrón
transportný reťazec)• V procese oxidatívnej fosforylácie vzniká z
ADP - ATP
Reakcie Krebsovho cyklu
1. AcetylKoA+ oxaloacetát – citrát
2. Izomerizácia – izocitrát
3. Oxidácia –oxoglutarát (NADH, CO2)
4. Oxid.dekarboxylácia – sukcinylKoA(NADH, CO2)
• 5. Štiepenie – sukcinát – fosforyláciaGDP-GTP
• 6. Oxidácia – fumarát (FADH2)
• 7. + H2O – malát
• 8. Oxidácia – oxalát (NADH)
Energetická bilancia Krebsovhocyklu (Acetyl CoA)
• 3x NADH2 ..........3x 3 ATP = 9 ATP
• 1x FADH2 ...........1x 2 ATP = 2 ATP
• 1x GTP (= 1 ATP) 1 ATP• 12 ATP
Lipidy• Estery alkoholov a vyšších karboxylových
kyselín• Tuky –estery glycerolu a VKK • k. fosforečná, cukry – fosfolipidy, glykolipidy• lipoproteíny• VKK – párny počet C (jednoduché i dvojité
väzby)• Nasýtené – nenasýtené
• Niektoré esenciálne
Triacylglyceroly (neutrálne tuky)
• Estery glycerolu a VKK
• Metabolizmus VKK
• β - oxidácia – 2C zvyšky k. octovej + KoA-AcetylKoA
• Transport VKK do mitochodnrií - karnitín
• Energetická bilancia:• Každý cyklus β-oxidácie –• 1 mol FADH2, 1 mol NADH2,
1mol acetylKoA a 1 acylKoA• Príklad – k. palmitová 16 C – 8 x 2C -• 7x cyklus
• 7 NADH2 - 7x3 +21• 7 FADH2 - 7x2 +14• 8 AcetylKoA v K. cykle 8x12 +96• +131
ATP• aktivácia k. palmitovej - 1
+130 ATP
Syntéza VKK
• z AcetylKoA• Zdroje : Cukry, tuky, AK• Syntéza VKK v cytozole• acetyl KoA – oxidačnou dekarboxyláciou• pyruvátu• β-oxidáciou VKK
• 1. Karboxylácia AcetylKoA – malonyl KoA• 2. postupné spájanie a redukcia 2C
zvyškov • Predlžovanie reťazca – obrátené reakcie β- oxidácie s výnimkou redukcie (nie FAD ale NADPH)
Význam acetylKoA v metabolizme
• 2C zvyšok k. octovej – aktivovaná k. octová• Metabolizácia 2C zvyškov z oxidácie cukrov,
tukov a bielkovín• Strata špecifickosti molekúl, z ktorých vzniká• Oxidácia C- CO2
• Oxidácia H2 – H2O• K.cyklus – spoločná metabolická dráha hlavných
zdrojov energie
• Využitím acetylKoA v K. cykle –rozhodujúca časť energetického zisku
• 1 mol glukózy – 38 mol ATP, z toho 24 z K. cyklu
• 1 mol k. palmitovej – 130 mol ATP, z toho 96 z K. cyklu
• hlavne oxidovaním redukovaných NADH a FADH 2 – terminálna oxidácia + oxidačnáfosforylácia
• Intermediáty K. cyklu
• K. cyklus spája metabolizmus cukrov, tukov a bielkovín a umožňuje vzájomnépremeny
Vznik acetylKoA
• 1. tuky: β-oxidácia VKK
• 2. cukry: oxidačná dekyrboxyláciapyruvátu
• 3. AK: ketogénne priamo• glukogénne cez glukózu
Využitie acetyl KoA
• 1. K. cyklus – na CO2 a H2O + energia• 2. syntéza VKK• 3. tvorba ketolátok• Podiel tvorby acetyl KoA z jednotlivých
živín – závisí od potravy a práce• Bielkoviny – význam najmä pri vyčerpaní
glykogénových zásob
Posúdenie miery využívania cukrov a tukov
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
• RQ= CO2O2
RQ cukry =1• Energetická hodnota – množstvo
energie – spálením 1g látky• Cukry : 4,1 kcal (17,2 kJ)
• Energetický ekvivalent kyslíka –množstvo energie – pri využití 1 litra kyslíka
• Cukry: 5, kcal (20,6 kJ)• Obmedzené zásoby
• 2 C51H98 O6 + 145 O2 → 102 CO2 + 98 H2O •• RQ tuky = 0,7• Energetická hodnota: 9 kcal (37,9 kJ)• Energetický ekvivalent kyslíka: 4,7 kcal • (19,7 kJ)
Regulácia využitia glukózy
• Glukóza – pre väčšinu tkanív hlavný zdroj acetyl KoA
• CNS• Fyziologická hladina glukózy: 3,3-5,6
mmol/l• Neurohumorálna – katecholaminy• Hormonálna – glukagón a inzulín
Situácia: glukóza znížená
• Potreba: zvýšiť glukózu• Mechanizmy:• 1. Zvýšiť prívod z GIT • 2. Glykogenolýza v pečeni• 3. tvorba z necukrových látok -
glukoneogenéza
Situácia: glukóza zvýšená
• Potreba: znížiť glukózu• Mechanizmy:• 1.zvýšiť oxidáciu glukózy – glykolýza a
pentózový cyklus • 2.inhibovať glukoneogenézu• 3. zvýšiť syntézu glykogénu• 4. zvýšiť premenu na tuky
Zvýšiť hladinu glykémie
• Glukagón – pečeň glykogenolýza, inhibícia glykolýzy, glukoneogenéza
• Adrenalín • (svalový glykogén nie je zdrojom glukózy
pre krv – len pre sval)
• ACTH – glukokortikoidy (kortizol)-glukoneogenéza
• STH – aktivuje oxidáciu tukov-šetríglukózu, glukoneogenézu
Znížiť hladinu glukózy
• Inzulín – zvyšuje• 1. priepustnosť b. membrán pre glukózu• 2. syntézu glykogénu• 3. premenu na tuky• 4. znižuje štiepenie tukov
• Vylúčiť močom
Ketolátky (ketónové látky)
k. β-hydroximaslovák. acetoctováacetón(historický názov)• keto = oxo• Vznik v pečeni z nespotrebovaného acetyl KoA• Využívanie v iných tkanivách (sval, srdce, obličky,
CNS)
Tvorba a využívanie ketolátok
• Kondenzácia acetylKoA - k.acetoctováredukcia – k. β- hydroximaslová
• dekarboxylácia – acetón• Premena na acetoacetylKoA –štiepenie na• acetyl KoA –vstup do K. cyklu• Pečeň nemá enzým – tvorbu
acetoacetylKoA – využívanie ketolátok• v extrahepatálnych tkanivách
Význam ketolátok
• Zdroje energie pri nedostatku glukózy –glykogenolýza , lipolýza, ketogenéza
• pohotové, vo vode ľahko rozpustné palivo
• CNS – za fyziol. podmienok – glukóza• (nevie využiť mastné kyseliny)
• Všetky orgány (okrem CNS a Ery) lipidy
• Dlhšie trvajúci nedostatok glukózy - CNS -ketolátky
• Signál pre tvorbu ketolátok –hypoglykémia – zníženie konc. inzulínu –zvýšená lipolýza v tukovom tkanive
• Karboxylové kyseliny-zdroj energie a • faktor stimulácie ketogenézy v pečeni• normálne podmienky – hladovanie -
diabetes
• Spätná regulácia -zvýšené množstvo ketolátok a karboxyl. kyselín - stimuluje výdaj inzulínu
• Inzulín inhibuje lipolýzu v tukovom tkanive a tvorbu ketolátok
Bielkoviny - Proteíny
• Stavebnými jednotkami sú aminokyseliny –peptidové väzby• Štrukturálna báza všetkých tkanív a orgánov
• Biologické funkcie:• Enzýmová katalýza• Koordinovaný pohyb• Transport• Mechanická podpora• Imunitná ochrana • Regulácia biochemických pochodov – hormóny, receptory
• (Zdroj energie)
Aminokyseliny
• NH2 – aminoskupinaCOOH- karboxylová skupinaProteíny – lineárny reťazec aminokyselín20 AK - dipeptidy, polypeptidy, proteíny C, H, O, N (S)Esenciálne –neesenciálne
Štruktúra proteínov
• - lineárna sekvencia AK• genetická informácia v DNA (poradie
nukleotidových báz)Primárna, sekundárna, terciálna, (kvartérna) – viac subjednotiekterc. a kvart. štruk. – citlivé na zmeny pH a tIrreverzibil. zmeny > 45 º C - denaturácia
Obrat bielkovín• Rovnováha medzi anabolickými reakciami• (syntéza) a katabolickými (degradácia)• narušenie – cvičenie, infekcia• Efekt silového tréningu – anabolický stav• Anabolické hormóny:• STH (GH) – v pečeni → IGF-1 a -2 –peptidy s
anabolickým efektom• inzulín, • testosteron – zdrav. riziká• pohybová aktivita - ↓degradácie
Proteíny ako enzýmy
• v malých množstvách (nie súkonzumované)
• Enzým – aktívne miesta• E + S → ES → E + P• Enzymatická aktivita - citlivá na t• teles. t - 37ºC – sval >40 ºC • rozcvičenie!
• zmeny pH• Každý enzým – svoje optimum• Sval – veľké zmeny (od 7,1 – < 6,5)• Koenzýmy, prostetické skupiny• regenerácia
Charakteristické reakcie:1. Deaminácia2. Dekarboxylácia3. Transaminácia – výmena aminoskupiny
za oxoskupinu s oxokyselinami4. Kondenzácia –vzájomné zlučovanie AK
– dipeptidy až polypeptidy
Zapojenie AK do intermediárnehometabolizmu
• Po odstránení aminoskupiny - uhlíkovákostra– zapojenie do metabolických dráh
• 1.Glykolýza, K. cyklus
• 2. Glukoneogenéza – z glukogénnych AK• (z ktorých vzniká pyruvát alebo
medziprodukty K. cyklu)
•
Zapojenie AK do glukoneogenézy
• Pečeň a oblička – glukóza z látok necukrovej povahy
• Úloha glukózy• Podstata glukoneogenézy – zapojenie
uhlíkovej kostry AK do procesu tvorby glukózy – obrátenie glykolýzy okrem 3 reakcií
• vznik fosfoenolpyruvátu• defosforylácia fruktóza 1,6 bisfosfátu• defosforylácia glukóza 6-fosfátu
• 3 metabolické procesy:
• Pyruvát – oxalacetát – fosfoenolpyruvát
• Transaminácia - výmena aminoskupinyza oxoskupinu s oxokyselinami
• Kľúčovú úlohu v odstraňovaní dusíka z AK má glutamát
• Zbiera N z iných AK transaminačnýmireakciami
• Poskytuje N pre syntézu mnohých AK
Metabolizmus aminodusíka
• Uvoľňovanie amoniaku:• Nepriama deaminácia AK:• 1. transaminácia• 2. priama deaminácia• k.glutámovej
• 1. fáza - prenos aminoskupiny• z AK na 2- oxoglutárovú• z AK→ príslušná oxokyselina• z oxoglutarovej → glutámová• 2. fáza – oxidačná deaminácia• k. glutámovej – uvoľnenie amoniaku a
regenerácia k. 2-oxoglutárovej
1.fázaCOOH COOHI I transamináza
CH-NH2 + C=O –––––-→I IR CH2
Iaminokyselina CH2
ICOOH
2-oxoglutárová
2.fázaCOOH COOHI I CH-NH2 C=OI ICH2 + H2O –––→ CH2 + NH 3I NAD/NADH2 ICH2 CH2I ICOOH COOH
glutámová 2-oxoglutarová
• Alanín – pyruvát - oxalacatát• Aspartát – oxalacetát• Glutamát – oxoglutarát – oxalacetát• Cez alanín tryptofán• Cez aspartát asparagín• Cez glutamát prolín, arginín, histidín,
glutamín
• Ketogénne – tie, z ktorých vzniká acetylCoA, alebo acetoacetyl CoA
• Tvorba karboxylových kyselín alebo ketokyselín
Tvorba močoviny• NH3 – veľmi toxický (CNS) – premena
na močovinu (urea)
• Hlavným miestom tvorby je pečeň• NH3+ CO2 + aspartát + 3ATP + 2H2O→
močovina + fumarát + 3ADP + 3 H3PO4
Pečeň- obličky - moč
• Lipidy naviazané na proteíny (apoproteiny)• Centrálne umiestnené hydrofóbne
molekuly(triglyceridy a estery cholesterolu)• Delenie:• CM – chylomikróny – v tenkom čreve – transport
exogénnych lipidov• VLDL• LDL• HDL
• Endogénne lipidy – v pečeni – VLDL – IDL – LDL
• CM a VLDL – zdroj triacylglycerolov a VKK • LDL – poskytujú cholesterol pre výstavbu
membrán• Pri metabolizme LDL môže dôjsť k
akumulácii cholesterolu v tkanivách a v intime ciev
HDL
• Syntetizuje sa v pečeni
Častice HDL majú schopnosť vychytávaťvoľný cholesterol a esterifikovať ho –antisklerotický efekt
Hormóny
• základné charakteristika vyšších organizmov – koordinačná funkcia
• Účelná súhra – nervová a humorálnaregulácia
• Rýchle regulačné zásahy – NS• Dlhodobejšie udržiavanie homeostázy –
systém vnútornej sekrécie
• Hormón – chemická zlúčenina – špecifický účinok v iných orgánoch (cieľové tkanivá)
• Rozdelenie – podľa chemického zloženia:• 1. peptidy a proteohormóny• 2. modifikované AK• 3. steroidné• 4. iné
• podľa funkčných aspektov:• 1.prestavba metabolizmu, rýchly účinok –
(inzulín, glukagón, katecholaminy)• 2. rast a diferenciácia tkanív (rastový
hormón, hormóny štítnej žľazy, pohlavnéhormóny)
• 3. metabolizmus Ca a P (parathormón)• 4. hospodárenie s vodou a minerálmi
(aldosterón, ADH)
Mechanizmus účinku hormónov
• Ovplyvňovanie metabolických procesov –nie priame pôsobenie na subcelulárneštruktúry – receptorová teória
• Receptor: zariadenie, ktoré signál zachytía rozpozná
• Bielkovinová makromolekula (glykoproteín): rozpoznať
• viazať (reverzibilne)• sprostredkovať účinok
Receptory
• Membránové – (peptidové, proteohormóny, katecholaminy) – tvorba druhého posla – séria fosforylačnýchreakcií – uvádza do chodu ďalšie chemické reakcie
• Intracelulárne – (lipofilné) - v cytozolealebo v jadre – naviazanie na DNA –regulácia génovej expresie
Spôsob účinku hormónov• Biochemické účinky v cieľových tkanivách –
zvýšenie syntézy špecifických bielkovín, zvýšenie aktivity enzýmov
• 1. účinky na membrány (zmena permeabillity alebo transportné mechanizmy)
• 2. syntéza druhých poslov (zvýšenie aktivity efektorového systému – syntéza vnútrobunkových signálnych molekúl – aktivácia proteínkináz –fosforylácia cieľových enzýmov a bielkovín
• 3. účinky na syntézu bielkovín (steroidy)-zvýšenie obsahu a aktivity enzýmov –ovplyvnenie biochemických reakcií
• 4. účinky na diferenciáciu buniek –usmernenie expresie génov :každá bunka rovnakú sadu génov –expresia génov
Mechanizmus regulácie bunkových funkcií
• FOSFORYLÁCIA BIELKOVÍN (reverzibilná)• Fosforylačné a defosforylačné pochody –
základný mechanizmus regulácie bunkových funkcií extracelulárnymi signálmi
• Katalyzované – proteínkinázami a proteínfosfatázami (aktivácia vnútrobunkovými signálmi – 2. posol)
• Konformačná zmena – zmena aktivity
• Aktivácia receptor –adenylátcyklázového komplexu –vytvorenie cAMP – aktivácia špecifickej proteínkinázy
• Aktivácia komplexu receptor-fosfolipáza – vytvorenie IP3 a DAG –aktivácia proteínkinázy C
G proteíny
• GTP viažúce proteíny – súčasťmembránových efektorovýchkomplexov – prenášače signálov z receptoru na efektor a zosilňovače
Adenylátcyklázový systém
• Receptory (stimulačné alebo inhibičné)• Aktivujú G proteín – mení aktivitu
adenylátcyklázy (membránový glykoproteín)
• Tvorba cAMP – aktivuje proteínkinázuA – fosforylácia proteínov
• Fosfodiesteráza
Systém inozitolfosfatidy -fosfolipáza
• Uvoľňovanie Ca iónov z intracelulárnych zásob (endoplazamické retikulum)
• Pôsobenie Ca prostredníctvom proteínu kalmodulín - väzba na efektorové enzýmy a ich aktivácia
Receptory s G proteínmi
• Účinok adenylátcykláza adenylátcykláza fosfolipidázaC
Aktivácia inhibícia aktivácia
• Efekt ↑3,5, cAMP ↓3,5, cAMP ↑ DAG ↑IP3
• Adrenalín β1 β2 α 2 α 1
• NA β α 2 α 1
VITAMÍNY A ICH ÚLOHA V METABOLICKÝCH
PROCESOCH• Vitamín B1, tiamín
• Aktívnou formou je tiamíndifosfát (TDP) –v čreve
• svaly, pečeň, oblička, NS• Zdroje –• obilniny, strukoviny, vnútornosti, chudé
mäso
• Funkcia: • Koenzým procesov oxidačnej
dekarboxylácie 2-oxo kyselín (pyruváta oxoglutarát)
• Pyruvát: zapojenie cukrov do K. cyklu, syntéza karboxylových kyselín (tvorba lipidov z cukrov)
• Oxoglutarát: vznik dôležitých medziproduktov v K. cykle, oxidácia cukrov, lipidov, bielkovín – energia
• Aj v metabolizme aminokyselín • Význam pre prenos vzruchu (TTP)• Nedostatok B 1 – hlavne tkanivá :
mozog, srdce, obličky
Vitamín B2, riboflavín
• Aktívna forma FMN a FAD • Zdroje: mlieko, vajcia, pečeň, listová
zelenina, baktérie v čreve• Funkcia: súčasť enzýmov
katalyzujúcich oxidáciu alebo redukciu• Súčasť dehydrogenáz, úloha v procese
terminálnej oxidácie, v K. cykle, odbúraní a syntéze KK
Vitamín B3, k. nikotínová, niacín
• Aktívna forma NAD, NADP
• Zdroje: obilie, strukoviny, kvasnice, mlieko, pečeň, aj v pečeni z tryptofánu
• Funkcia: NAD -súčasťoxidoredukčných prenášačových systémov , koenzým dehydrogenáz(glykolýza, K. cyklus, β-oxidácie KK, deaminácie AK, terminálna oxidácia –energia
• NADP – vzniká v pentózovom cykle , význam pre syntézu KK, steroidov...
Vitamín B6, pyridoxín
• Najdôležitejšia aktívna forma pyridoxalfosfát
• Zdroje: kvasnice, obilie, orechy, pečeň, mlieko, vajcia, zelenina, mäso, strukoviny, aj baktérie v GIT
• Funkcia: koenzým enzýmov metabolizmu AK (transaminázy, dekarboxylázy, metabolizmus
• amoniaku...)
Kyselina pantoténová
• Zdroje: rastlinná a živočíšna potrava –vaječný žĺtok, vnútornosti, kvasnice, obilniny a strukoviny, aj baktérie črevnej flóry
• Funkcia: súčasť KoA• Metabolizmus, cukrov, tukov, bielkovín,
premena cukrov na tuky, tvorba ketolátok
Biotín
• Zdroje: vnútornosti, mäso, mliečne produkty, obilie, ovocie, zelenina, aj baktérie GIT
• Funkcia: koenzým karboxylačnýchreakcií – prenášač aktivovaného oxidu uhličitého
• syntéza VKK• glukoneogenéza (AK –pyruvát)
• Intenzívny tréning – vysoký príjem kyslíka - tvorba vysoko reaktívnych molekúl
(voľné radikály) → poškodenie buniek a tkanívSuperoxidový radikál – pri prechode elektrónov cez dýchací reťazecTvorba aj v tkanivách aktivovanými fagocytmi
• Voľné radikály – molekuly s nepárnym elektrónom – reakcia s bunkovými zložkami (esenciálne MK, proteíny, DNA) – irreverzibilné poškodenie
• Tréning – nerovnováhu medzi hladinou oxidantov a antioxidantov – oxidatívny stres
Antioxidatívna obrana
• Potláčanie voľných radikálovV organizme:• Glutation, Koenzým Q• Enzýmy: (superoxiddizmutáza, kataláza,
glutationperoxidáza)V potrave:• Antioxidatívne látky: vit. E, C, β-karotén,
Se
• Nie sú dôkazy o zlepšení výkonnosti –vysoké dávky antioxidantov – suplementy(ak nie je deficit)
• Zlepšenie antioxidačného obranného systému cvičením
• Zdroje antioxidantov v potrave: ovocie, zelenina, orechy