1A.V

Biohemijamade by Anise Veledar

2010

1A.V

PEPTIDI

Peptidi nastaju spajanje aminokiselina preko peptidnih veza. Dijele se na oligopeptide (2-10 AK) i polipeptide (10-100 AK). Proteini u svom sastavu imaju preko 100 AK.

Prirodni peptidi

Oligopeptidi

1. Karnozin: dipeptid, po strukturi beta-alanil-histidin. 2. Glutation: tripeptid: glutaminska kis + cistein + glicin. U strukturi ima slobodnu tio-grupu putem koje dvije

molekule glutationa procesom dehidrogenacije daju diglutation. Smjesa glutaiona i digluationa predstavlja redoks sistem, koji čuva tio-grupe tioenzima od oksidacije. Ako tio-grupe enzimske molekule pređu u disulfid procesom oksidacije, enzim gubi katalitičku aktivnost. Glutation i vitamin C kao redoks sistemi redukuju trovalentno željezo u dvovalentno i tako reaktiviraju methemoglobin u hemoglobin.

3. Oksitocin i vazopresin: nonapeptidi, tj imaju 9 AK. Oksitocin povećava tonus glatke muskulature crijeva, mokraćne bešike, žučne kese, a naročito maternice (pospješuje porođaj). Vazopresin ili ADH izaziva skupljanje krvih sudovašto dovodi do porasta krvnog pritiska. Stimulira reapsorpciju vode iz primarnog urina u krv, pa mu poveća koncentraciju. Ako neurohipofiza luči malo vazopresina, bubrezi luče veliku količinu urina male gustine – diabetes inspidus.

4. Angiotenzin ili hipertenzin: dekapeptid; nastaje iz angiotenzinogena – protein krvne plazme iz alfa2-globulinske frakcije. Pod dejstvom enzima renina iz angiotenzinogena nastaje antiotenzin I, koji odvajanjem dipeptida histidil-leucina prelazi u angiotenzin II. To se vrši u plućima. Angiotenzin II se brzo inaktiviše pod dejstvom angiotenzinaze (u jetri, bubrezima i perifernim krvnim sudovima ekstremiteta). Poluvrijeme angiotenzina II je od 100 do 200 sekundi. Angiotenzin povećava tonus mišićnog zida arterija – povećanje krvnog pritiska – hipertenzija.

5. Bradikini: nonapeptid. Spada u plazmakinine. Djeluje suprotno angiotenzinu.

Polipeptidi

1. MSH – melanostimulirajući hormon: luči ga pars intermedia hipofize pa se još zove intermedin. Dolazi u 2 forme – alfa i beta. Alfa ima 13 a beta 18 AK. Stimulira sintezu melanina.

2. Gastrin: luče ga ćelije pars pylorica želuca, građen od 17 AK. Stimulira lučenje HCl-a iz gastričnih ćel. (tkivni hormon)

3. Sekretin: luče ga ćelije sluzokože duodenuma u krv. Kada preko krvi dospije u pankreas, stimuiše lučenje veće količine pankreasnog soka, koji je siromašan enzimima, a alkalne je reakcije. Ima 27 AK, tkivni hormon

4. Glukagon: luče ga alfa ćelije Langerhansovih otočića endokrinog pankreasa. Ima 29 AK. Za razliku od inzulina, nema cistein i cink. Aktivira dva enzima: adenilat-ciklazu i glukozo-6-fosfatazu. Aktiviranjem adenilat-ciklaze, ubrzava sintezu ciklo-AMPa, koji ubrzava aktivaciju neaktivne fosforilaze koja procesom fosfofolize razlaže glikogen. Aktivacijom g-6-fosfataze ubrzava odvajanje fosforne kis iz g-6-f, a time i oslobađanje glukoze koja iz jetre odlazi u krv.

5. ACTH – adenokortikotropni hormon: luči ga adenohipofiza (prednji režan hipofize). 39 AK. Stimuliše rad kore nadbubrežne žlijezde tako što ubrzava sintezu enzima pod čijim se katalitičkim djelovanjem vrši biosinteza kortikosteroida. Povećava aktivnost adenilat-ciklaze, tako i koncentraciju ciko-AMPa, koji aktivira tkivnu lipazu i pospješuje mobilizaciju masti, odnosno povećava lipemiju.

6. Kalcitonin: luči ga paratireoidna ž. 32 AK. Luči ga i tireoidna ž, pa se taj hormon zove tireokalcitonin. Reguliše konc Ca u krvi, antagonist je parathormonu.

7. Pankreozimin: tkivni hormon, luče ga ćelije sluznice duodenuma. Preko krvi dođe u pankreas, te stimuliše sekreciju pankreasnog soka. 33AK

1A.V

8. Holecistokinin: ćelije sluzokože duodenuma. 33AK, kad preko krvi dođe do žučne kese, povećava tonus njenog zida i ubrzava izlučivanje žuči.

9. Insulin: beta-ćelije Langerhansovih ostočića pankreasa, 51 AK, sastoji se iz dva lanca – A i B. Lanac A ima 21, a B 30 AK: povezani su disulfidnim vezama. Omogućava ulazak glukoze u krv. Ako pankreas ne luči dovoljno insulina, nastaje diabetes mellitus.

10. Parat-hormon: veći polipeptid, 84 AK. Paratireoidna ž, uloga u metabolizmu Ca i P.11. Protamini: po broju AK, spadaju u polipeptide, ali budući da su prostetička grupa* nukleoproteida, onda se

svrstavaju i u proteine. Imaju 6-8 vrsta AK, od čega na diaminokarboksilne otpada preko 80% - dakle imaju bazna svojstva. Izoelektrična tačka: pH 12. Klupein – protamin sperme haringe (31 AK) najbolje proučen.

Objašnjenje prostetičke grupe: protein (sa ili bez suprakvaternarne strukture) se poveže sa neproteinskom komponentom koja mu određuje funkciju. Tada se proteinski dio zove apoprotein,a neproteinski dio prostetična ili prostetska grupa. Takav kompleks čini jednu fiziološku jedinicu, označenu kao holoprotein.

PROTEINI

Narušavanje strukture proteina: denaturacija i proteoliza.

Denaturacija – narušavanje natprimarnih stupnjeva organizacije proteina (do primarne strukture).

Denaturišući agensi: zagrijavanje, X i UV zraci, ultrazvuk, promjena pH dodavanjem kis ili baza, neki specifični agensi (urea, gvanidin-hidrohlorid) te enzimi.

Proteini denaturisani kiselinama – acid-albumini.

Djelovanjem alkalija – alkali-albuminati (velika sposobnost hidratacije).

Proteoliza – cijepanje primarne sturkture tj peptidnog lanca. Produkti su albumoze i peptoni.

Proteolitički agensi: proteolitički enzimi (pepsin, tripsin, papain), kuhanjem rastvora proteina uz dodatak mineralnih kis.

Albumoze se mogu taložiti solima lakih metala – amonij sulfat. Peptoni se ne mogu taložiti solima, ali ih precipitiraju alkaloidni reagensi (pikrinska kis, tanin, sulfosalicina kis).

Klasifikacija proteina

Prosti – proteini, složeni – proteidi

Prosti u svojoj strukturi imaju samo povezane aminokiseline, mada je podjela uslovna jer postoje prosti proteini koji u strukturi imaju i masne kiseline ili šećer. Složeni su oni koji imaju neku neproteinsku grupu u sastavu, tj prostetičku ili prostetsku grupu.

Prosti proteini:

1. Protamini i histoni2. Prolamini (glijadini) i gluteini3. Skleroproteini4. Albumini i globulini

1A.V

Protamini

-posebna skupina polipeptida koja se svrstava po nekim kriterijama i u proteine. Relativna molekulska masa 2000 – 5000, sa 14 – 20 peptidnih veza. (Da bi polipeptid bio protein treba imati molekulsku masu iznad 10 000.) Zajedno sa histonima služe kao bjelančevinasta osnova za nukleoproteide za koju se vežu nukleinske kiseline. Po tom kriteriju spadaju u prvu grupu prostih proteina.

Sadrže pretežno bazne aminokiseline – naročito arginin, te histidin i lizin. Usljed velikog postotka diaminokiselina, koncentracija azota u protaminima je 25-30%.

Pokazuju posebna svojstva zbog male molekulske mase: dobro se rastvaraju u vodi, ne talože se zagrijavanjem kao drugi proteini, pepsin želuca ih ne razgrađuje, (pepsin je endopeptidaza, cijepa samo pojedine peptidne veze, prvenstveno kod aromatskih i dikarboksilnih aminokiselina), ali razlažu se pod djelovanjem tripsina i drugih proteolitičkih enzima distalnih dijelova probavnog trakta.

Izrazito bazični, izoelektrična tačka na pH 12. Stoga su u većini rastvora u kojima su ostali proteini negativno nabijeni joni oni pozitivni, te zato imaju svojstvo da talože te bjelančevine.

Solima lahkih metala se mogu taložiti – amonijsulfat.

Nemaju tioaminokiseline, tj tirozin ni triptofan, pa ne daju cisteinsku, Millonovu ni Adamikijevićevu reakciju.

Dijele se na tri grupe: monoprotamine, diprotamine i triptoamine – prema sadržaju baznih aminokiselina.

Monoprotamini – samo arginin

Diprotamini – arginin + histidin

Triprotamini – arginin + histidin + lizin

Najpoznatiji protamini su: salmin, klupein, scombrin, percin i sturin.

Salmin – monoprotamin, izolovan iz zrele serme lososa.

Klupein – monoprotamin, iz sperme haringa

Scombrin - arginin + prolin + alanin, iz sperme skuša

Percin – diprotamin, iz grgeča i smuđa

Sturin – triptamin, iz sperme kečiga

i.v. injekcija protamina obara krvni pritisak, obustavlja disanje i u većim količinama izaziva smrt. Produžuje i vrijeme koagulacije krvi.

Neki protamini se primijenjuju u medicini. Daju se u kombinaciji s inzulinom, u sastav cink-protamin-insulina, koji se primijenjuje u liječenju diabetesa. Ovim se usporava resorpcija inzulina, a nakon jedne i.m. injekcije postiže se duže djelovanje. Ovim se izbjegava nagla hipoglikemija, koja bi mogla brže nastati ako se da čisti inzulin. Pri tome, odnos peptida prolamina i inzulina mora biti znatno u korist inzulina – 1:10, kako bi se izbjeglo veće unošenje protamina. Zato se daju dosta velike doze inzulina. Tako su prikriveni neželjeni efekti protamina.

Histoni

Histoni sa protaminima čine prostetične grupe nukleoproteina. Bazični su, bogati baznim aminokiselinama – argininom, lizinom i histidinom.

1A.V

Izoelektrična tačka pri pH 8,5.

Razlaže ih pepsin.

U većim količinama nalaze se u timusu, limfnom tkivu i spermi. Jedan od najznačajnijih histona je globin – proteinska komponenta hemoglobina. Globin je bogat histidinom.

Prolamini i glutelini

-prosti proteini biljnog porijekla, nalaze se prvenstveno u žitaricama.

Bogati su prolinom i glutaminskom kiselinom, te njenim amidom – glutaminom.

Izoelektrična tačka je pri pH 6,5, imaju slabu pufersku aktivnost.

Ne sadrže neke esencijalne aminokiseline pa ne predstavljaju punovrijednu proteinsku hranu. Imaju naročito malo lizina, arginina, histidina i triptofana. Najpoznatiji predstavnici su:

- Zein iz kukuruza,- Gliadin iz pšenice,- Hordein iz ječma.

Prolamini se dijele na dvije grupe: 1. Prolamini pšenice i sličnih žitarica, 2. Prolamini kukuruza. Imaju različita antigenska svojstva.

Gluteini, za razliku od prolamina predstavljaju punovrijednu proteinsku hranu, jer sadrže esencijalne aminokiseline. S vodom daju gustu ljepljivu masu – tijesto – koje služi za koru peciva. Najpoznatiji predstavnici su:

- Glutenin iz pšenice,- Zeanin iz kukuruza,- Orizenin iz riže, - hordenin iz ječma.

Skleroproteini ili albuminoidi

Zajedničke karakteristike:

- nerastvorljivi u vodi- otporni prema hemijskim reagensima- velika otpornost prema proteolitičkim enzimima, pogotovo tripsinu- pripadnost isključivo životinjskom carstvu.

Tu spadaju: kolageni, elastini, retikulini, fibroini, keratini.

Kolageni su proteini vezivnog tkiva. U hemijskom pogledu dominiraju glicin, prolin i oksiprolin, što znači da su malo spiralizovani. Kolageni su predstavnici fibrilarnih proteina. Nemaju esencijalnih AK. Pepsin ih razlaže, dok na temperaturi tijela ih tripsin ne razlaže.

Izrazito su hidrofilni. Ulaze u sastav tkiva hrskavica i oseina. Zagrijavanjem denaturišu i daju želatinu koja ima vrlo nisu antigenost pa se koristi kao plazma ekspander.

Elastini sadrže glicin, alanin i leucin. Razlažu ih pepsin i tripsin.

Retikulini - retikularno tkivo i žlijezde.

1A.V

Fibroini – nerastvorljivi proteinoidi, ulaze u sastav produkata nekih životinja – svila, paučina, spužva i neki koralji. Sadrži glicin, alanin i tirozin – Millonova reakcija, serin.

Keratini – izgrađuju dlake, kopita, rogove i druge rožnate strukture. Imaju tioaminokiseline, 14% cistein, bazne aminokiseine – histidin, lizin, arginin, te iminokiseline – prolin i hidroksiprolin.

Albumini i globulini

Albumin

Serum-albumin je prosti protein, molekulske mase 69 000. Nema kvaternarnu strukturu. Ima jedan polipeptidni lanac, sa 610 AK. Sadrži samo male količine lipida, uglavnom u formi slobodnih masnih kiselina. Sadržaj lipida – 0,2%, ugljikohidrata 0,1%. Ne sadrži N-acetil-neuraminsku kiselinu (sijalična), nego heksoze, prvenstveno galaktozu, manozu, te heksozamin. Ima sve esencijalne ak.

Od aminokiselina ima najviše glutaminske kis. Dominiraju dikarboksilne nad diaminokiselinama, pa albumin ima kisela svojstva – izoelektrična tačka pri pH 4,6. Sedimentaciona tačka 4,6S. Sintetiše se u jetri. Jedan dio albumina u plazmi ima jednu slobodnu tio grupu pa se zove merkaptalbumin – lahko polimerizira i gradi dimere.

Koncentracija albumina u jednom litru plazme 35 – 45 g/L.

Uloge albumina:

- regulacija volumena krvne plazme zahvaljujući velikom onkotskom pritisku (albumini su najbolje hidratisani),- transport vode,- puferska regulacija krvi- vezivanje slobodnih masnih kis u metabolizmu masti- vezuje bilirubin, dijelom i hem- predstavlja depo formu proteina i aminokiselina.

Hipoalbuminemija: javlja se pri proteinuriji, oštećenju jetre, tumori i gladovanje.

Analbuminemija – genetski uvjetovan deficit albumina.

Bisalbuminemija – pojava elektroforetski različitih frakcija albumina, rijetko – genetski usljovljeno.

Globulini – više podjela

Globulini su one proteinske frakcije tjelesnih tečnosti koje se talože amonijsulfatom.

Prealbumin – bogat alifatskih oksikiselinama – treonin i serin, sadrži još valin, triptofan, te se često zove „Triptofanom bogati prealbumin.“ Najznačajnija uloga – vezivanje tiroksina.

Alfa1 –globulini:

- alfa1 – lipoprotein – gusti lipoprotein ili HDL. - Alfa1 – kiseli glikoprotein – orosomukoid ili seromukoid- Alfa1 – antitripsin – inhibira tripsin- Gc – globulin

Alfa2 – globulini:

1A.V

- Haptoglobin (glikoproteid): vezuje hemoglobin. Na taj način se štedi Fe, jer se kompleks Hp-Hb ne izlučuje bubrezima kao što bi sam Hb.

- Alfa2 – ceruloplazmin: transport bakra Cu, vezuje 8 atoma po molekuli. Ima aktivnost oksidaze.- Alfa2 – makroglobulin: inhibitor plazmina i tripsina, a vezuje inzulin. Alfa2 HS-glikoprotein (glutaminska kis +

prolin)

Beta – globulini:

- Beta – lipoprotein: LDL, transport masti, holesterola, liposolubilnih vitamina i steroidnih hormona. Enzimska aktivnost esteraze.

- Beta1 – transferin; siderofilin: transport Fe u omjeru 1:1 ili 2:1.- Hemopeksin – glikoproteid: vezuje hem u odnosu 1:1.- Plazminogen: pretvara se u plazmin i vrši fibrolizu u koagulima.

Fibrinogen – atipični protein krvne plazme, ne može se svrstati u globuline jer mu je struktura fibrilarna. Učestvuje u koagulaciji krvi.

Gama-globulini – imunoglobulini.

Složeni proteini – proteidi

Proteidi pored proteinskog sadrže i neproteinski dio – prostetičnu grupu. Podjela proteida se vrši prema prostetičnoj grupi na hromoproteide, nukleoproteide, glikoproteide i fosfoproteide. Lipoproteini su posebna grupa.

Hromoproteidi su složene bjelančevine koje imaju obojenu prostetičku grupu. Najznačajnije su dvije podklase:

- Flavoproteidi i- Porfirinski hromoproteidi.

Flavoproteidi u sastavu imaju žuto obojene derivate izoaloksazina (riboflavin, laktoflavin). Uloga u organizmu je enzimska i tu spada niz enzima koji kao koenzim sadrže flavin-mononukleotid FMN i flavin-adenin-dinukleozid FAD.

Struktura i sastav hema

Porfirinski hromoproteidi kao prostetičnu grupu imaju derivate porfirina. Najznačajniji su hemoglobin i mioglobin. Evolucijski se prvo razvio mioglobin. Nalazi se u mišićima i predstavlja rezervu kisika. Oba ova proteida u prostetičkoj grupi imaju derivat protoporfirina 9, koji zahvaljujući prisutnosti Fe ima karakteristične funkcije. Ovaj derivat, nazvan hem, ima na protoporfirinskom prstenu vezane slobodne radikale u određenom prostornom rasporedu.

Osnovu strukture čini porfirinsko jezgro, građeno od 4 pirolova prstena. Od njih je samo pirol tipičan, (na slici označen sa II) što uslovljava karakterističan raspored dvostrukih veza između pirola i metinskih skupina. Metinska veza se označava slovima grčkog alfabeta, pri čemu se kao alfa-metinska veza označuje ona između prvog i drugog, a kao gama ona između četvrtog i prvog pirolovog prstena. Slobodni ugljici pirolovih jezgara su numerisani arapskim brojevima od 1 do 8, pri čemu br 1 nosi rubni lijevi C-atom prvog pirola. Na ovim ugljicima umjesto vodikovih atoma imamo supstituente metilne (-CH3), vinilne (-CH=CH2) i propionske kis (-CH2-CH2-COOH). U strukturi hema imamo 4 metilne skupine u položajima 1, 3, 5 i 8; dvije vinilne u položaju 2 i 4, te dva ostatka propionske kis na 6 i 7. Ovakva distribucija je posljedica asimetrične kondenzacije prekursora protoporfirina u toku biosinteze hema.

Azoti na vrhu 2 i 4 C at u protoporfirinskom prstenu nisu satuirani. Za ova dva atoma N veže se kovalentnim vezama dvovalentno Fe, čime se dobija hem. Osim kovalentnih, ima sposobnost stvaranja i labilnih koordinativnih veza. Koordinativni br željeza je 6, što znači da osim dviju glavnih (u fero obliku), ima sposobnost stvaranja 4 koordinativne veze. Ako se Fe prevede u trovalentnu formu, jedna od koordinativnih veza postaje kovalentna, što je od značaja za funkciju derivata hema.

1A.V

Hemoglobin

Adultni hemoglobin u aproteinskom dijelu ima 2 alfa i 2 beta lanca sa po 146 AK, pri čemu je dio alfa i beta lanca po aminokiselinskoj sekvenci identičan. Povezivanje apoproteina sa prostetičkom grupom vrši se tako da je hem smješten u sredini savijenog polipeptida alfa ili beta, vezan preko Fe koordinativno s po 2 histidina. Usljed toga u jednoj molekuli hemoglobina nalaze se četiri hema. To daje ovom proteinu molekulsku masu od 68 000, na šta na globin, tj apoproteinsku skupinu otpada oko 64 000.

Adultni hemoglobin nije jedina forma hemoglobina čovjeka. Kod odraslih, pored Hb-A, javlja se i manja količina Hb-A2, koji umjesto 2 lanca tipa beta ima 2 delta lanca. Aminokiselinski sastav se bitno ne razlikuje, ali se bitno mijenja afinitet prema kisiku.

Postoje i embrionalne i fetalne forme hemoglobina. Prvi oblik hemoglobina, tvz embrionalni tip, E1, ima 4 identična epsilon lanca. Kasnije se sintetišu alfa-polipeptidi, te globin hemoglobina E2 koji ima formulu 2alfa, 2 epsilon. Još kasnije se sintetišu fetalni gama-lanci. Biosinteza epsilon lanaca prestaje otprilike oko 3 mjeseca trudnoće, a već ranije se počinju stvarati alfa i gama lanci.

Biosinteza beta-lanaca je vrlo slaba gotovo do rođenja, tako da u momentu dolaska na svijet, novorođenče većim dijelom (80%) ima Hb-F. Fetalni hemoglobin se u pravilu gubi ubrzo u toku postnatalnog razvoja, a ako i dalje perzistira, može dovesti do patoloških procesa. Adultni i fetalni hemoglobin se razlikuju prema elektroforetskim pokretljivostima, afinitetu prema kisiku i nekim dr osobinama.

Uloga hemoglobina: transport kisika, sudjelovanje u transportu CO2, održavanje acido-bazne ravnoteže.

Nukleoproteidi su složeni proteini koji kao apoprotein imaju protamine i histone, a prostetična grupa su im nukleinske kiseline.

Nukleinske kiseline su građene od purinskih ili pirimidinskih baza, pentoza i fosforne kiseline.

Pentoze su aldopentoze: riboza i dezoksiriboza, koje se u nukleinskim kiselinama nalaze su poluacetalnom obliku.

Purinske baze su adenin i guanin, a pirimidinske citozin, timin i uracil.

Glikoproteidi su složeni proteini koji kao prostetinu grupu imaju oligo ili polisaharide. Glikoproteidima smatramo samo one proteine u kojima je postotak ugljičnih hidrata preko 10%. Imamo tri grupe:

a) Glikoproteidi krvne plazmeb) Mucini (mukoidi)c) Mukoproteidi

Glikoproteidi krvne plazme imaju malo ugljikohidrata. Tu spadaju antitripsin, haptoglobin, HS-glikoprotein, hemopeksin.

Mucini (mukoidi) su glikoproteidi koji se nalaze u sluzavim sekretima organizma: pljuvački, želudačnom i crijevnom soku, žuči, te cerviksu. Vrlo su viskozni. Takože se kiselinama (sirćetnom), a dobro rastvorljivi u bazama (NaOH).

Mukoproteidi su građeni iz prostog proteina i prostetičke grupe velike relativne molekulske mase. Prostetička grupa je polimer koji sadrži velike količine heksuronskih kiselina, tj kiselina nastalih oksidacijom primarnih alkoholnih grupa šećera (aldehid kiselina) i acetiliranih heksozamina. Ove dvije osnovne tvari grade disaharidne jedinice koje se dalje povezuju u veće molekule. Polisaharidni dio se povezuje s proteinskim preko OH grupa serina i treonina.

1A.V

Fosfoproteidi imaju prostetičku grupu koja sadrži velike količine fosfatne kiseline, koja je esterski vezana za oksiaminokiseline serin i treonin. Može biti vezana kao monofosfat i difosfat, pri čemu je odnos približno 2:1 u korist monofosfata. Fosfoproteidi su bogati esencijalnih aminokiselinama, a pogotovo triptofanom i tirozinom. Talože se sirćetnom kiselinom, a tope u bazama.

Predstavnik – kazein, u mlijeku ženki sisara. Koncentracija kazeina u kolostrumu žene je 2-5%, a u zrelom mlijeku 0,4 – 0,7%. To je termostabilan protein, u mlijeku rastvoren kao kalcijum-kazeinat.

Lipoproteini su građeni od lipidnog i proteinskog dijela, koji su pretežno povezani hidrofobnim silama, a manje kovalentnim. Dijele se na lipoproteine ćelijskih struktura i lipoproteine plazme.

Serumski proteini se dijele na četiri frakcije: alfa, pre-beta, beta i hilomikroni.

Hilomikroni se mogu smatrati malim kapljicama masti, koje su emulgirane i stabilizirane u vodenoj sredini plazme haptogenim opnama građenim od proteina, polipeptida i fosfolipida. Promjer im je oko 400nm. Sadrže najviše triglicerida (90%), a manje fosfolipida (10%) i holesterola (5%). Hilomikroni se brzo gube iz cirkulacije, što je najvećim dijelom posljedica brze hidrolize, koja nastaje djelovanjem lipoprotein-lipaze. U strukturi hilomikrona imamo tri proteinske komponente, označene kao A,B i C, pri čemu dominira komponenta C. Osnovna uloga je transport egzogenih triglicerida resorbovanih u GI traktu.

Poremećaji proteinskog sastava plazme

1. Promjene ukupnog sastava2. Promjene odnosa koncentracija albumina i globulina3. Promjena odnosa među pojedinim globulinskim frakcijama4. Abnormali proteini

Hiperproteinemija se javlja u slučaju dehidratacije, opekotina, u slučaju porasta koncentracija globulinskih frakcija, pa tad imaju hiperproteinemiju s disproteinemijom, u slučaju oboljenja jetre, te nekih autoimunih i sistemskih bolesti.

Hipoproteinemije nastaju zbog nedovoljne sinteze ili povećanog gubitka proteina, zbog bolesti jetre i sl. Svi se proteini plazme, s izuzetkom imunoglobulina, sintetišu u jetri. Smanjenje biosinteze proteina nastaje u slučaju perniciozne anemije, diabetes melitusa, hipertireoidizma i sl.

Lipidi

Lipidi su supstance rastvorljive u organskim rastvaračima, kao što su eter, hloroform, benzen, aceton, a nerastvorive u vodi. Njihov metabolizam je u međusobnoj vezi, kod njihove sinteze bitnu ulogu ima aktivirana sirćetna kiselina – acetil Co-A. Sve masne supstance dijele se na proste i složene.

Prosti lipidi su esteri masnih kiselina i alkohola. Dijele se na gliceride i ceride ili voskove.

Gliceridi su esteri trihidroksilnog alkohola glicerola i masnih kiselina. Ako se na glicerol veže jena masna kiselina, to su monogliceridi ili mono-acilgliceroli. Ako se vežu dvije masne kiseline, to su digliceridi, ili diacil-gliceroli, tri masne kiseline – trigliceridi ili triacil-gliceroli.

1A.V

Ako su sve masne kiseline kod triglicerida iste, onda su to homocidne masti, a ako su različite, to su heterocidne masti. Proste masti u organizmu čovjeka predstavljaju smjesu triglicerida, gdje su na glicerol esterski vezane dvije ili tri različite masne kiseline.

Glicerol + 2 molekule oleinske + 1 molekula stearinske kiseline = glicerol-dioleostearat

Glicerol + oleinska + palmitinska + stearinska kis = glicerol – oleopalmitostearat.

Proste masti se razlažu pod djelovanjem lipaze, procesom hidrolize se razlažu na glicerol i masne kis.

Mase kiseline se dijele na zasićene i nezasićene.

Zasićene ( CnH2nO2 ) se dijele na niže, srednje i više. Niže imaju 4 – 8, srednje 8 – 12, a više preko 12 C atoma. Niže su na sobnoj temperaturi tečne, srednje uljaste, više čvrste. Tu spadaju: buterna, kapronska, kaprilna, kaprinska, laurinska, palmitinska, stearinska, arahinska.

U mastima životinja i biljaka najzastupljenije su palmitinska i stearinska, a u lanolinu (mast iz vune), cerotinska kiselina.

Nezasićene masne kis imaju jednu ili više dvostrukih veza. Tu spadaju:krotonska (intermedijerno jedinjenje pri sintezi masnih kis), palmitooleinska, oleinska, linolna, linelenska, arahidonska.

Masne kis sa dvije i više dvostrukih veza: linolna, linoleinska i arahidonska su esencijalne masne kis jer ih naš organizam ne može sintetisati, i predstavljaju vitamin F.

Prostaglandini

Nalaze se u vesici seminalis te menstrualnoj tekućini. Derivati su prostanske kiseline, koja ima 20 C atoma, te ciklopentanov prsten. Prema prirodi prstena i funkcionalnih grupa, dijele se na 4 grupe: A, B, E i F, a ove grupe imaju podgrupe.

Funkcija: sniženje krvnog pritiska tako što utječu na transport vode i Na inhibicijom ADH, dijeluju antilipotički inhibicijom adenilat-ciklaze, enzima pod čijim dejstvom nastaje ciklični AMP, koji je aktivator tkivne lipaze. Tako djeluju suprotno adrenalinu i glukagonu. Izazivaju kontrakciju uterusa pa bi se mogli primijenjivati abortivno.

Osobine masti: ulja su bogata nezasićenim, a loj i druge masti koje se na sobnoj temperaturi nalaze u čvrstom stanju su bogatije zasićenim masnim kis. Koje masne kiseline ulaze u sastav masti može se odrediti ispitivanjem jodnog i saponifikacijskog broja. U mastima se nalazi i izvjesna količina slobodnih masnih kiselina, čiju količinu možemo odrediti ispitivanje kiselinskog broja.

Nezasićene masne kis u sastavu masti su podložne oksidaciji pri kontaktu sa kisikom i to na mjestu dvostrukih veza. Pri tome dugolančane prelaze u kratkolančane koje imaju karakterističan miris – užegla mast.

Masti koje sadrže nezasićene masne kis mogu se hidrogenovati na mjestu dvostrukih veza u prisustvu pogodnih katalizatora, pri čemu nezasićene prelaze u zasićene.

Hidrogenacijom oleinske, linolne i linoleinske nastaje stearinska kis, pri čemu ulja prelaze u čvrste masti. To se zove otvrđivanje masti i na njemu se zasniva proizvodnja margarina od biljnih masti.

Sapuni su soli viših masnih kiselina, a dobivaju se iz masti i ulja procesom saponifikacije. To su soli Na i K s višim masnim kiselinama koje imaju osobinu da se rastvaraju u vodi i pjene. Ako se saponifikacija vrši sa NaOH, dobije se

1A.V

čvrsti Na-sapun, a sa KOH, dobije se polučvrsti K-sapun. Sapuni su kapilar-aktivne supstance, pa igraju značajnu ulogu u stabilizaciji emulzija masti u vodenom mediju crijevnog sadržaja.

Ceridi ili voskovi umjesti glicerola imaju dugolančane alkohole. Najpoznatiji su pčelnji vosak, spermacet (dobiva se iz glave kita) i lanolin ( mast vune).

Pčelnji vosak je smjesa estera palmitinske i cerotinske kis i miricilnog alkohola.

Složene masti – Lipoidi

Dijele se u tri grupe: glicerofosfatidi, sfingolipidi i izoprenoidni lipidi.

Glicerofosfatidi u svom sastavu imaju trihidroksilni alkohol glicerol i fosfornu kiselinu. Sve glicerofosfatide možemo izvesti iz fosfatidne kiseline, gdje na slobodnoj OH grupi diglicerida ili diacil-glicerola vezana fosforna kiselina.

Redovno, masna kiselina u beta položaju je nezasićena. U glicerofosfatide spadaju: serin-fosfatidi, kefalini, lecitini, kardiolipin, plazmalogeni i inozitol-fosfatidi.

Serin- fosfatidi su jedinjenja kod kojih je na fosfornu kiselinu fosfatidne kiseline esterski vezana aminokiselina serin. Zovu se još i serin-kefalini ili fosfatidil-serini.

Kefalini ili fosfatidil – etanol – amini: na fosfornu kiselinu fosfatidne kiseline esterski je vezan holamin ili etanol-amin.

Lecitini ili fosfatidil – holini: vezana je kvaterna amonijumova baza holin.

Ovo su biogenetski srodna jedinjenja.

Serin procesom dekarboksilacije daje holamin, holamin procesom metilacije daje holin. U strukturi ovih jedinjenja na jednu molekulu fosforne kiseline dolazi jedna amino-grupa, pa je odnos fosfora i azota 1:1. Zato se još zovu i monoamino-monofosfatidi.

Od zasićenih masnih kiselina najčešće sadrže palmitinsku i stearinsku, a od nezasićenih oleinsku, linolnu, linoleinsku i arahidonsku.

Lizofosfatidi nastaju odvajanjem jedne molekule masne kiseline. Najčešće se procesom hidrolize odvaja nezasićena masna kiselina. Dobili su naziv jer izazivaju hemolizu eritrocita. Nastaju djelovanjem fosfolipaze A na lecitine i kefaline, pa se zovu i lizolecitini i lizokefalini. Fosfolipaza A se nalazi u zmijskom otrovu, pa se zato nakon ujeda zmije dešava hemoliza eritrocita.

Inozitol – fosfatidi, za razliku od prethodnih, ne sadrže azotnu bazu. Umjesto nje na fosfornu kiselinu fosfatidne kiseline se esterski veže šestohidroksilni alkohol inozitol. U zavisnosti od položaja OH grupa imamo 9 izomera. Ako se preko ovih 6 OH grupa esterski veže 6 molekula fosforne kiseline, dobijemo fitinsku kiselinu, koje ima u hrani biljnog porijekla. Fitinska kiselina spada u faktore koji otežavaju resorpciju Ca iz crijevnog sadržaja jer se znatne količine Ca vežu za fosfornu kiselinu koja ulazi u sastav fitinske kis. Inozitol-fosfatidi učestvuju u izgradnji membrana ćelijskih jedara i mitohondrija, a imaju značajnu ulogu u prenosu impulsa u simpatikusnim ganglijama.

Plazmalogeni ili acetal – fosfatidi se nalaze u nervnom sistemu, jetri i dr organima. Razlikuju se po tome što umjesto dvije molekule masnih kiselina sadrže jednu molekulu aldehida palmitinske ili stearinske kiseline. Tako jedna molekula aldehida ovih jedinjenja reaguje sa dvije alkoholne grupe, pri čemu dobijamo acetale. Na treću alkoholnu grupu veže se fosforna kiselina, a za nju holamin ili holin. Kao i ostali, oni su diesteri fosforne kiseline.

1A.V

Kardiolipini imaju dvije molekule fosfatidne kiseline esterski povezane glicerolom. Hidrolizom dobijemo 2 molekule fosforne kiseline, 3 mol glicerola i 4 molekule masnih kiselina. Izolovan je iz srčanog mišića, a nalazi se u strukturi membrane mitohondrija. Kardiolipin iz ekstrakta srčanog mišića primijenjuje se u dijagnostici sifilisa.

Sfingolipidi se razlikuju od glicerolfosfatida zato što umjesto glicerola imaju sfingozin – dugolančani dvohidroksilni alkohol. Sfingozin se preko N-acil veze povezuje sa masnom kiselinom i daje jedinjenje koje se zove ceramid. Dakle, u svim sfingolipidima se susreće ceramid, a dijele se u dvije grupe: sfingomijelini i glikolipidi.

Sfingomijelini imaju za primarnu alkoholnu grupu ceramida vezanu fosfornu kiselinu, a za nju holin. Pojedini predstavnici sfingomijelina se razlikuju prema masnoj kiselini koja ulazi u sastav ceramida. Od zasićenih, najčešća je lignocerinska, a od nezaisćenih nervonska.

Nalaze se u strukturi mijelinskih ovojnica, u CNSu, u maloj količini u jetri, slazeni, bubrezima, krvnoj plazmi i sl. Ako se nakupljaju u ćelijama retikuloendotelnog sistema i dr organima imamo bolest tezaurizmoza fosfatida ili Niemann-Pickova bolest. Sadržaj sfingomijelina se i do 10x poveća od normalnog u jetri i slazeni pri čemu dovodi do hepatosplenomegalije (trbuh nesrazmjerno uvećan zbog povećanja jetre i slazene). Prenosi se recesivnim genom. Bolest je češća kod djece čiji su roditelji u krvnom srodstvu. Liječenje se vrši potpunom zamjenom krvi, davanjem velikih doza vitamina A, kortizona i dr. Ipak, ne može se izliječiti. Javlja se u prvoj godini života, a dijete umire u drugoj ili trećoj.

Glikolipidi imaju na ceramid vezan šećer (heksoze, aminošećeri, sijalična kiselina ili kompletan oligosaharid). U glikolipide spadaju cerebrozidi, gangliozidi, sulfatidi i sl. Cerebrozidi su izolovani iz mozga. Na njihov ceramid, i to primarnu alkoholnu grupu, je vezana galaktoza. Najpoznatiji cerebrozoidi su kerazin, nervon, oksinervon i cerebron.

Pri oboljenju tezaurizmoza cerebrozida ili Morbus-Gaucher talože se cerebrozidi u ćelijama retikuloendotelnog sistema. Pri ovom oboljenju dolazi do povišenja aktivnosti kisele fosfataze u serumu i do oboljenja prostate.

Izoprenoidni lipidi u sastavu imaju izopren, kao konačno ili intermedijerno jedinjenje. U konačnom sastavu nalazi se u karotinoidima, u obliku izoprenskih lanaca; a kao intermedijer pri biosintezi steroida. Dijele se na dvije grupe: steridi i karotinoidi.

Steridi su esteri sterola i viših masnih kiselina. Esterska veza je vrlo čvrsta, pa se oni teško saponifikuju. Prema porijeklu, dijele se na zoosteride, fitosteride i mikosteride.

Steroli i njihovi derivati se jednim imenom zovu steroidi, a u njih spadaju holesterol, koprosterol, lanosterol, ergosterol, žučne kiseline i steroidni hormoni kore nadbubrežnih žlijezda, sitosterol i stigmasterol.

Steroli su ciklični, sekundarni, jednohidroksilni alkoholi. U njhovoj strukturi se susreće cikopentan i hidrirani fenantren, i to u obliku ciklopentan-perhidrofenantren.

Najjednostavnije jedinjenje koje sadrži ciklopentan-perhidrofenantren je hipotetski ugljikovodik steran (nije nađen u prirodi).

U zoosterole spadaju: holesterol, kaprosterol, lanosterol,

U fitosterole: stigmasterol i sitosterol,

U mikosterole: ergosterol.

Holesterol je kristalna bijela supstanca, nerastvoriva u vodi, rastvoriva u hloroformu. Dokazuje se prema Salkovskom i Libermanu. Optički je aktivna supstanca i spada u levogira jedinjenja.

1A.V

Uloge: ulazi u sastav ćelijskih membrana, mijelinskih ovojnica nerava, početna supstanca za sintezu žučnih kiselina i steroidnih hormona nadbubrežnih i polnih žlijezda.

U krvnom serumu, koncentracija holesterola je 4 – 6,5 mmol/L, pri čemu se javlja kao slobodni i vezani. Na slobodni holesterol otpada 70%, a vezani za masne kiseline u obliku holesterida 30%. Hiperholesterolinemija – nasljedna bolest.

Lanosterol – intermedijerno jedinjenje pri sintezi holesterola.

Koprosterol – nastaje redukcijom holesterola pod utjecajem crijevnih bakterija u GI traktu.

7 – dehidroholesterol – derivat holesterola, u velikoj koncentraciji se nalazi u koži, pod dejstvom sunčevih zraka prelazi su vitamin D3.

Ergosterol – mikosterol – provitamin je vitamina D2.

Žučne kiseline su derivati holesterola. Spadaju u zasićena jedinjenja, jer za razliku od holesterola i većine drugih sterola nemaju dvostruke veze. Njihov bočni lanac čini gama-metil-buterna kiselina. Stoga, ne spadaju u sterole već u derivate holesterola, odnosno steroide. Žučne kiseline se izvode iz holanske kiseline, koja spada u zasićene kiseline.

U žuči se sreću:

- Holna kiselina- Dezoksiholna kis- Henodezoksiholna kis- Litoholna kis.

Najviše ima holne kis, a zatim dezoksiholne i henodezoksiholne. Njihovi odnosi su 3:1:1.

U žuči su žučne kiseline konjugirane sa glicinom ili taurinom, pa se još zovu i glikoholna, odnosno tauroholna kiselina. Glicin i taurin su za žučne kiseline vezani peptidnim vezama, tj amino-grupa glicina ili taurina se veže za karboksilnu grupu žučnih kiselina.

Kod zdravih ljudi žuč je alkalne reakcije zbog Na-hidrogenkarbonata. Zato se žučne kiseline u žuči nalaze u obliku soli, tj Na-glikoholat i Na-tauroholat.

Uloge žučnih kiselina:

1. Rastvarač holesterola (inače nije topiv u vodi). Žučne kis su kapilar aktivne supstance, snižavaju silu površinskog napona vode u crijevnom sadržaju, što omogućava emulgovanje masti u duodenumu. Raspršivanjem masnih supstanci u sitne kapljice omogućava kontakt između masti kao supstrata sa lipazom – tj enzimom pankreasnog soka koji procesom hidrolize razlaže masti na masne kiseline i glicerol. Osim toga, žučne kis su aktivatori pankreasne lipaze.

2. Faktor za resorpciju masnih kis i liposolubilnih vitamina (A, D, E, K). Masne kiseline su u vodi nerastvorljive, pa pri resorpciji one prvi izreaguju sa žučnim kiselinama , pri čemu nastaju kompleksna jedinjenja topiva u vodi. Ta jedinjenja se zovu holeinske kis, a u njihov sastav ulazi 1 molekula masne kis i 8 molekula žučnih kis. Poslije resorpcije, žučne kis se odvajaju i portalnim krvotokom dolaze u jetru, a iz jetre se opet luče u duodenum u sastavu žuči. Ovo kruženje se zove enterohepatalno kruženje žučnih kis. Od ukupno izlučenih žučnih kis u sastavu žuči oko 90% se resorbuje, a 10% izluči fecesom.

Karotinoidi se nalaze u biljnom i životinjskom svijetu, ali su biljnog porijekla. Tu spada karotin iz mrkve, likopen iz patlidžana, zeaksantin iz kukuruza. Najvažniji je karotin, zastupljen u masti, mlijeku, hipofizi, retini, serumu, žutom

1A.V

tijelu, testisima i sl. Karotini su provitamina vitamina A ili akseroftola. Iz njih nastaje vitamin A u jetri. Najvažniji karotinoidi su alfa, beta i gama.

Alfa-karotin se sastoji iz jednog alfa i jednog beta-jononova prstena i fitolovog lanca. Jononovi prstenovi se razlikuju po položaju dvostruke veze od fitolovog lanca. Fitolov lanac predstavlja kondenzacioni proizvod od 6-izoprena.

Beta-karotin ima 2 beta-jononova prstena i fitolov lanac koji je identičan kod alfa-karotina.

Gama-karotin ima jedan beta-jononov prsten, dok se drugi završava sa alifatskim ostatkom s istim brojem C atoma kao i jononov prsten.

Karotini su provitamini vitamina A ili akseroftola. Iz karotina u jetri nastaje vitamin A, koji sadrži samo beta-jononov prsten i pola fitolovog lanca, koji ima 9 C at. Iz jedne molekuje beta-karotina nastaju 2 molekule vitamina A, a iz alfa i gama-karotina po jedna molekula.

UGLJIKOHODRATI ILI GLICIDI

1. Monosaharidi2. Disaharidi3. Polisaharidi

Monosaharidi

Monosaharidi su aldehidi ili ketoni polihidroksilnih alkohola, koji se procesom hidrolize ne mogu rastaviti na prostije šećere.

Oksidacija i redukcija monosaharida

Oksidacijom monosaharidi prelaze u onske, uronske ili dikarbonske oksikiseline. Onske kiseline nastaju oksidacijom aldehidne grupe u karboksilnu, a uronske oksidacijom primarne OH grupe u karboksilnu. Dikarboksilne nastaju oksidacijom aldehidne i primarne alkoholne grupe.

Od glukoze oksidacijom aldehidne grupe nastaje glukonska kiselina, oksidacijom primarne alkoholne – glukuronska kis, a oksidacijom i aldehidne i primarne alkoholne grupe – šećerna kiselina.

Po istom principu od galaktoze nastaje galaktonska, galakturonska i sluzna kiselina. Na bazi oksidacije monosaharida izvedene su reakcije dokazivanja šećera u rastvoru – Felingova reakcija. Oksidacija glukoze u glukonsku kis u Felingovoj reakciji se može ovako prikazati:

Glukoza se oksidovala u glukonsku kis, a dvovalnetni Cu iz Cu(II)hidroksida se redukovao u jednovalentni Cu u sastavu Cu(I)oksida, koji je crvene boje. Prema pojavi crvene boje znamo je li Felingova reakcija pozitivna, pri čemu se pretpostavi prisustvo glukoze ili nekog drugog redukujućeg šećera.

Monosaharidi uz prisustvo nekog redukujućeg sredstva mogu preći u odgovarajuće alkohole, pri čemu se aldehidna grupa aldoze i keto grupa ketoze redukuju. Redukcijom glukoze nastaje heksahidroksilni alkohol sorbitol, redukcijom manoze nastaje manitol, a galaktoze dulcitol.

Optička aktivnost monosaharida

Monosaharidi, budući da sadrže asimetrični C atom su optički aktivna jedinjenja koja imaju svojstvo da zakreću ravan polarizovane svijetlosti u desno ili lijevo, što se označava sa (+) ili (-). Na bazi optičke aktivnosti može se odrediti koncentracija monosaharida u nekom rastvoru. Aparati pomoću kojih se to vrši zovu se polarimetri.

1A.V

Za svaku supstancu karakterističan je ugao obrtanja ravni, tj specifični ugao. Ako se on zna, moguće je izračunati koncentraciju pomoću formula.

Konfiguracija monosaharida

Konfiguracija se označava slovima D i L, pa šećeri desne konfiguracije se označavaju D, a lijeve L. Osnova za određivanje konfiguracije je pretposljednji C atom glukoze. Svi monosaharidi koji imaju raspored H i OH grupe na posljednjem asimetričnom, tj pretposljednjem C atomu kao i D-glukoza imaju desnu konfiguraciju bez obzira da li okreću ravan polarizovane svjetlosti desno ili lijevo. Fruktoza, napr.ima desnu konfiguraciju a okreće ravan polarizovane svjetlosti u lijevo, pa se stoga zove još i levuloza.

Poluacetalni oblik monosaharida

Poluacetali su jedinjenja koja nastaju reakcijom jedne molekule nekog aldehida i jedne molekule alkohola.

Dalje, s jednom molekulom aldehida reaguju dvije molekule alkohola, pa nastaju acetali.

Slično se dešava sa monosaharidima, samo šti im se reakcija aldehidne ili keto grupe i OH grupe dešava unutar same molekule. Mehanizam reakcije se odvija ovim redom: glukoza na aldehidnu grupu, odnosno prvi C atom veže molekulu vode i dobije se hidrat-glukoze koji u sljedećoj fazi gubi molekulu vode i nastaje poluacetalni oblik glukoze.

Pri ovom procesu nastaju dvije forme – alfa i beta. Beta- oblik monosaharida je takav kod kojih je poluacetalna ili OH grupa u trans, a alfa u cis položaju u odnosu na položaj OH grupe pretposljednjeg C-atoma D-glukoze prema kojem se određuje konfiguracija monosaharida. Alfa-glukoza se sreće u škrobu, a beta u celulozi.

Pri nastanku poluacetalnog oblika, aldehidna grupa najčešće reaguje sa OH grupom četvrtog ili petog, a keto grupa s OH grupom petog ili šestog C-atoma. Poluacetalni oblici podsjećaju na heterociklična jedinjenja furan i piran, pa ih je Haworth predložio da se ovi oblici pišu u cikličnoj formi. Ako aldehidna grupa reaguje s OH grupom petog, a keto s OH grupom šestog C-atoma, nastaje šesterociklični heterociklus sličan piranu, pa se ti monosaharidi zovu piranoze. Ako aldehidna grupa reaguje s OH grupom četvrtog, a keto s OH grupom petog C-atoma, nastaje peteročlani heterociklus koji podsjeća na furan, pa se ti monosaharidi zovu furanoze.

Izomerija – izomeracija i epimerija – epimeracija monosaharida

Izomeracija je proces kojim se u organizmu, pod dejstvom enzima iz klase izomeraza, prevodi jedan izomer u drugi. Naprimjer, tako se glukozo-6-fosfat prevede u fruktozo-6-fosfat, glicerol-aldehid-fosfat u dioksiaceton-fosfat i sl. U svim ovim izomerijama se prevodi aldehidna grupa u keto i obrnuto. Za monosaharide karakteristična je optička i konfiguraciona izomerija.

Podjela monosaharida

Prema vrsti karbonilne grupe (aldehidna, tj keto-grupa) dijele se na aldoze i ketoze, a prema broju C- atoma na bioze, trioze, tetroze, pentoze, heksoze, heptoze.

Pentoze

Dijele se na aldo i keto-pentoze. Od aldo-pentoza najvažnije su riboza, dezoksiriboza, arabinoza i ksiloza, a od keto-pentoza ribuloza i ksiluloza.

Riboza se organizmu susreće kao D-riboza. U obliku ribozo-5-fosfata susreće se u ciklusu pentozo-fosfata. Ulazi u sastav RNK, slobodnih nukleotida i nukleozida, te NAD i NADP.

Heksoze su najrasprostranjeniji monosaharidi. Dolaze kao slobodne, u sastavu oligo i polisaharida i glikozida. Dijele se na aldoze i ketoze. Od aldoza najvažnije su: glukoza, galaktoza i manoza, a od ketoza – fruktoza.

1A.V

Glukoza ili grožđani šećer je najvažniji monosaharid za život čovjeka. U organizmu se susreće slobodna glukoza u koncentraciji od 3,8 – 6 mmol/L, što se naziva normoglikemija ili izoglikemija. Povećanje koncentracije iznad ove granice je hiperglikemija, a smanjenje hipoglikemija. Normoglikemija je rezultat dva suprotna procesa. Jedan je stalan dolazak glukoze u krv, bilo resorpcijom iz crijevnog sadržaja ili depolimerizacijom glikogena iz jetre kad se javlja tendencija prema hipoglikemiji. Drugi proces je odlazak glukoze iz krvi u ćelije što se zove utilizacija. U slučaju diabetes melitusa, smanjena je utilizacija, pa se u krvi javlja hiperglikemija koja može dovesti to glikozurije, odnosno lučenja glukoze preko bubrega. Pri probavi hrane koja je bogata ugljikohidratima također se javlja hiperglikemija, koju nazivamo alimetarna hiperglikemija. Glukoza služi ćelijama kao izvor energije, i to posebno za mišićni rad. Ako se unese više glukoze nego što je ćelije mogu u datom vremenu iskoristiti, višak se deponuje u jetri, mišićima i drugim organima ali u znatno manjoj količini u obliku glikogena. Jedan dio glukoze se složenim metaboličkim procesima prevodi u masti.

Glukoza se u organizmu, osim u slobodnom obliku i u vidu glikogena, javlja i u brojnim derivatima, kao što su: glukozo – 1 – fosfat ili Coriev ester, glukozo – 6 – fosfat ili Robizonov ester. Ova dva estera glukoze sa fosfornom kiselinom se javljaju kao intermedijerni produkti u procesu glukolize tj razlaganja glukoze. Glukoza u obliku glukozamina ulazi u sastav nekih glikoproteida i glikolipida. Osnovna je gradivna jedinica disaharida (maltoze, saharoze i laktoze), a i u strukturi polisaharida ( škroba, glikogena, celuloze, dekstrana).

Galaktoza se u organizmu nalazi u sastavu specifičnih supstanca krvih grupa i gangliozida, a kao galaktozamin ili hondozamin ulazi u sastav prostetičke grupe nekih glikoproteida, koja se naziva hondroitin-sumporna kiselina. U obliku aminošećera galaktozamina ulazi u sastav gangliozida. Zajedno sa glukozom gradi mliječni šećer laktozu, a sama galaktoza kao gradivna jedinica izgrađuje polisaharid agar-agar. U organizmu se glukoza prevodi u galaktozu procesom epimeracije*. Ako je proces epimeracije galaktoze u glukozu onemogućen, nastaje teško oboljenje dječijeg uzrasta koje se zove galaktozemija.

*objašnjenje: epimerija je pojava kad se dva monosaharida razlikuju prema rasporedu H i OH grupe samo na jednom C atomu, a epimeracija je proces prevođenja jednog epimera u drugi pod dejstvom odgovarajućih epimeraza iz klase izomeraza. Epimerija je posebni oblik izomerije, a uvedena je kao pojam da se lakše razlijuju brojni izomeri. Među epimere spadaju alfa i beta-glukoza, glukoza i manoza, glukoza i galaktoza, ribuloza, ksiluloza itd.

Manoza je C2 epiglukoza, a nalazi se u nekim plodovima biljaka. U ljudskom organizmu manoza u obliku monozamina reaguje s pirogrožđanom kiselinom i daje neuraminsku, koja na sebe veže sirćetnu kiselinu i to na amino-grupu monozamina i nastaje sijalična kiselina ili N-acetil-neuraminska kiselina. Sijalična kiselina nalazi se u prostetičkoj grupi nekih glikoproteida a i u strukturi gangliozida.

Fruktoza je predstavnik keto-heksoza. Ima desnu konfiguraciju, okreće ravan polarizovanog svijetla u lijevo pa se još zove i levuloza. Slobodna glukoza se susreće u voću pa se zove i voćni šećer. U organizmu se nalazi u obliku svojih estera s fosfornom kiselinom, kao fruktozo-6-fosfat ili Embden-Neubergov ester i fruktozo-1,6-difosfat ili Harden-Youngov reagens. Oba ova estera javljaju se kao intermedijerna jedinjenja u procesu glikolize. Fruktoza zajedno sa glukozom gradi saharozu, iz koje se oslobađa u probavnom traktu procesom hidrolize. Osim toga, fruktoza gradi polisaharid inulin. Fruktoza zajedno ulazi u sastav invertnog šećera. Med je prirodni invertni šećer. (Promjena smjera obrtanja ravni polarizovanog svjetla je inverzija.)

Derivati monosaharida

Tu spadaju: glukozidi, aminošećeri, oksidacioni proizvodi i esteri.

Glukozidi su jedinjenja poluacetalnog oblika monosaharida, kao glukonske komponente, sa aglukonskom komponentom koja može biti: alkohol, organska kis, aldehid, organska baza i sl.

1A.V

Ako se glukonska komponenta veže za aglukonsku preko kiseonika, onda se zovu O-glukozidi, a ako preko azota, to su N-glikozidi. Srčani glikozidi su digitalis i strofantin, koji se dobiju iz lišća Digitalis purpurea. Djeluju direktno na kontrakciju srca, povećavajući je.

Aminoglikozidi su derivati monosaharida koji umjesto OH grupe na drugom C-atomu imaju amino-grupu. U organizmu čovjeka najrasprostranjeniji su glukozamin i galaktozamin.

OLIGOSAHARIDI

Oligosaharidi nastaju spajanjem 2 – 10 monosaharida uz odgovarajući broj molekula vode. Dijele se na disaharide, trisaharide, tetrasaharide itd. Monosaharidi su u oligosaharidima povezani glukozidnim vezama. Prema tome, oligosaharidi su glikozidi.

Najvažniji oligosaharidi za život čovjeka su: maltoza, laktoza, celobioza i saharoza.

Prema načinu vezivanja monosaharida u disaharide, razlikujemo disaharide maltoznog i trehaloznog tipa veze. U maltoznom tipu reaguje poluacetalna OH grupa jednog monosaharida sa OH (nepoluacetalna) grupom drugog monosaharida, pri čemu se izdvaja molekula vode. Prema tome, u maltoznom tipu veze ostaje jedna poluacetalna OH grupa slobodna pa je Felingova reakcija pozitivna. U redukujuće šećere spadaju maltoza, laktoza i celobioza.

Kod stvaranja veze trehaloznog tipa, reaguju monosaharidi svojim poluacetalnim OH grupama pri čemu se izdvaja molekul vode. Pošto nemaju slobodne poluacetalne OH grupe, daju negativnu Felingovu reakciju. Tu spadaju trehaloza i saharoza.

Maltoza je građena iz dvije molekule alfa-D-glukoze. Ove glukoze su u obliku piranoze, pa je maltoza 1-alfa-glukopiranozoido-4alfa-glukopiranoza. Nastavak „ozido“ znači da je reagovala poluacetalna OH grupa. Pri izvođenju Felingove reakcije doći će do oksidacije maltoze, pri čemu se dobije disaharid koji se sastoji iz glukoze i glukonske kiseline. Zove se 1-alfa-glukopiranozoido-4alfa-glukonska kiselina. Maltoza ulazi u sastav polisaharida škroba i glikogena, a u probavnom traktu se iz tip polisaharida oslobađa procesom hidrolize pod djelovanjem alfa-amilaze.

Laktoza ili mliječni šećer se sastoji iz alfa-D-glukoze i beta-D-galaktoze. Po hemijskom sastavu je 1-beta-galakto-piranozoido-4alfa-glukopiranoza. Prema tome, i laktoza će redukovati Felingov reagens. Oksidacijom prelazi u disaharid laktobionsku kiselinu, koja se sastoji iz galaktoze i glukonske kis. Sadržaj glukoze u humanom mlijeku je oko 6%. U probavnom traktu se procesom hidrolize pod dejstvom beta-galaktozidaze ili laktaze razlaže na glukozu i galaktozu.

Celobioza se sastoji iz dvije molekule beta-glukoze, pa je po hemijskom sastavu 1-beta-glukopiranozido-4-beta-glukopiranoza. Nalazi se u celulozi iz koje se izdvaja u probavnom traktu biljojeda pod dejstvom enzima celulaze, procesom hidrolize.

Izomaltoza je izomer maltoze. Građena je kao i maltoza od dvije molekule alfa-D-glukoze, ali za razliku od maltoze, u izomaltozu se one povezane 1,6-glikozidnim vezama. Oslobađa se iz amilopektina škroba i glikogena u probavnom traktu pod dejstvom alfa-amilaze.

Trehaloza je kao i maltoza građena od dvije alfa-D-glukoze, ali ima alfa-1,1-glikozidnu vezu. Nalazi se u pivskom kvascu i raževoj glavici (Secale cornutum).

Saharoza ili tršćani šećer se sastoji iz alfa-D-glukoze i beta-D-fruktoze. Glukoza je u piranoznoj, a fruktoza u furanoznoj formi. Saharoza je dekstrogiri šećer, čiji specifični ugao iznosi 66,5 stepeni. Ako je zagrijavamo uz dodatak razblažene solne kiseline, dolazi do hidrolitičkog razlaganja na glukozu i fruktozu, pri čemu dođe i do promjene smjera obrtanja ravni polarizovanog svjetla (do inverzije), pa se smjesa glukoze i fruktoze zove invertni šećer.

1A.V

Fruktoza okreće ravan polarizovanog svjetla ulijevo, a glukoza udesno. U probavnom traktu, saharoza se razlaže hidrolizom na glukozu i fruktozu, pod dejstvom enzima beta-frukto-furanozidaze ili saharaze.

POLISAHARIDI

Polisahardi su ugljikohidrati koji se sastoje iz velikog broja monosaharida (10 i više). Monosaharidi su povezani kiseonikovim mostom, i to kod aldoza je prvi C atom (a kod ketoza drugi) sa 4, a može i sa 6. Ili prvim C atomom. Polisaharidi ne redukuju metalne okside jer nemaju slobodnih poluacetalnih OH grupa. Prema hemijskom sastavu dijele se na homoglikane i heteroglikane.

Homoglikani čine grupu polisaharida koji sadrže samo jedan monosaharid kao osnovnu jedinicu. Heteroglikani, za razliku od njih, imaju više monosaharida kao osnovnih jedinica (najviše 3). U homoglikane spadaju: škrob, glikogen, celuloza, dekstrani, agar-agar, inulin, hitin i dr.

Škrob je polisaharid biljnog porijekla, služi kao rezervna supstanca. Ima ga najviše u plodovima (zrna žitarica), podzemnim stablima (krompir), korijenu i dr. Čisti škrob je bijeli prah, nerastvoriv u hladnoj vodi a u toploj daje koloidan rastvor. Koloidni rastvor škroba spada u hidrofilne koloide, pa se reverzibilno taloži solima lahkih metala. S Lugolovim rastvorom daje plavu boju. Građen je iz više molekula D-glukoze.

Škrobno zrno se sastoji iz 2 polisaharida, kji se pogodnim frakcionisanjem mogu odvojiti jedan od drugog. To su amiloza i amilopektin.

Amiloza se sastoji od 100 do 300 molekula glukoze, koje su povezane alfa-1,4-glikozidnim vezama. Amiloza ima izdruženu nerazgranatu molekulu koja je spiralna.

U škrobnom zrnu amiloza se nalazi u unutrašnjosti. Ne sadrži elektrolite i ne daje škrobni ljepak. Pod dejstvom alfa ili beta-amilaze razlaže se do maltoze. Oba enzima su specifična za alfa-1,4-glikozidne veze.

Amilopektin je kao i amiloza građen od više molekula alfa-D-glukoze, povezanih alfa-1,4-glikozidnim vezama. Molekula amilopektina je razgranata. Na mjestima grananja nalazi se alfa-1,6-glikozidna veza. Prema tome, na mjestima grananja amilopektina, nalazi se disaharid izomaltoza, koja se ne susreće kod amiloze. Stepen razgranatosti na površini i unutrašnjosti nije isti. Unutar molekule se češće susreće izomaltoza, pa je razgranatost veća. Zahvaljujući činjenici da alfa-amilaza nije specifična za alfa-1,6-glikozidnu vezu, jedan dio škroba se ne razlaže do maltoze, pa ostaje u obliku graničnih dekstrina, koji služe, zajedno s drugim neresorbovanim ugljikohidratima, za egzistenciju bakterija vrenja, koji žive kao simbioniti u debelom crijevu. Bakterije daju našem organizmu neke vitamine, a naš organizam daje nerazložene i neresorbovane ugljikohidrate.

Glikogen je polisaharid životinjskog porijekla. Služi kao rezerva glukoze. Najveća koncentracija glikogena je u jetri (oko 6% ukupne tjelesne mase) i u mišićima (0,4 – 0,6%). Građen je iz više molekula alfa-D-glukoza, koje su povezane alfa-1,4 i alfa-1,6-glikozidnim vezama. Po strukturi podsjeća na amilopektin, jer je razgranat. Od amilopektina se razlikuje prema stepenu razgranatosti. Za glikogen je karakteristično da u jednom organu postoje molekule različitih relativnih molekulskih masa. Ova polidisperznost glikogena je posljedica mehanizma biosinteze.

Celuloza je biljni polisaharid. Izgrađuje potporna tkiva biljaka. Sastoji se iz više molekula beta-glukoza, koje su povezane beta-1,4-glikozidnim vezama. Nije razgranata, te podsjeća na amilozu škroba. Tretiranjem celuloze azotnom kiselinom dobije se nitroceluloza koja je jako eksplozivno jedinjenje. Rastvor nitroceluloze u eteru je kolodijum, koji se primijenjuje kao ultra-filter koji služi za odvajanje čestica koloidnih rastvora od rastvarača a i od čestica pravih rastvora.

1A.V

U organizmu čovjeka nema enzima koji razlaže celulozu, odnosno beta-1,4-glikozidnu vezu, ali je ipak značajan sastojak hrane jer daje masu otpadnim tvarima koje povećavaju tonus glatke muskulature crijeva, te time povećava peristaltiku.

Dekstrani su polisaharidi bakterijskog porijekla (Leuconostoc mesenteroides). Bakterije sintetišu dekstrane iz saharoze:

n-saharoza n-fruktoza + (glukoza)n

Fruktoza služi bakterijama kao izvor energije, a molekule glukoze polimeriziraju dajući dekstran. Građen je iz više molekula D-glukoze, koje su povezane alfa-1,6, alfa-1,3 i alfa-1,4-glikozidnim vezama. Pogodnim prekidanjem sinteze dekstrana od strane bakterija, ili pod specijalim uslovima hidrolize, mogu se dobiti dekstrani različitih relativnih molekulskih masa. Tako postoje dekstrani niskih, srednjih i visokih relativnih molekulskih masa. U krvi čovjeka ne postoji enzim specifičan za alfa-1,6-glikozidnu vezu, te zahvaljujući tome dekstrani imaju veliku primjenu u medicini.

Niskomolekularni dekstrani (10 000)se koriste za ispitivanje funkcije bubrega i zapremine ekstracelularne tečnosti, dekstrani srednjih masa se u primijenjuju u obliku 6% koncentracije u fiziološkom rastvoru kao plazma ekspander. U vodenom rastvoru su koloidni sistemi hidrofilnog tipa i budući da dobro bubre, sprječavaju filtraciju tečnosti iz krvi u intersticij.

Agar-agar je polisaharid morskih algi. Sastoji se iz D i L-galaktoza povezanih 1,3-vezama. Razlikujemo razgranatu i nerazgranatu komponentu, kao i kod škroba. Nerazgranata komponenta zove se agaroza, a razgranata agaropektin. Agaropektin uvijek sadrži izvjesnu količinu sumporne kiseline.

Agar u vreloj vodi daje sol-stanje koloidnog rastvora. Ako ga ohladimo, sol prelazi u gel zato što agar dobro bubri, i svu intermicelarnu vodu veže za sebe. Zahvaljujući tome agarni gel se primijenjuje u bakteriologiji kao podloga, u koju se dodaju hranjive tvari za razvitak bakterijskih kolonija. Osim toga, agarni gel služi za elektroforetsko razdvajanje proteina. U novije vrijeme koristi se za ispitivanje izoenzima.

Inulin je polisaharid biljnog porijekla. Hidrolizom se razlaže na više molekula fruktoze, pa je polifruktozan. Fruktoze su povezane 2,1-vezom. U organizmu čovjeka ne postoji enzim za razlaganje ove veze, pa se izlučuje neizmjenjen. U medicini se koristi za ispitivanje funkcije bubrega za ispitivanje klirensa.

Hitin je polisaharid građen od N-acetilhitozamina ili glukozamina. N-acetilhitozamin je jedinjenje aminošećera hitozamina i sirćetne kis. N-acetilhitozamini su u hitinu povezani beta-1,4-glikozidnim vezama. Ulazi u sastav egzoskeleta rakova i insekata

Pektini su polimeri galakturonskih kiselina povezanih alfa-1,4-glikozidnim vezama. Nalaze se u plodovima jabuka, krušaka, dunja i dr. Dobili su naziv jer jako bubre i daju pihtijastu masu.

Heteroglikani su derivati monosaharida sa dvije ili više osnovnih jedinica. Najvažniji su: hijaluronska kis, hondroitin-sumporna kis i heparin.

Hijaluronska kiselina je polisaharid koji predstavlja prostetičnu grupu hijaluronoproteida, složenih proteina koji ulaze u sastav intersticijske supstance koja povezuje ćelije. Ima ih u vezivnom tkivu, sinovijalnoj tečnosti, staklastom tijelu, pupčanoj vrpci i nekim tumorima. Hijaluronska kiselina je polisaharid lančane građe, nerazgranat. Hidrolizom daje hijalobiuronsku kiselinu, koja je disaharid, a sastoji se iz glukuronske kis i N-acetil-glukozamina povezanih beta-1,3-glikozidnim vezama. Disaharidi su međusobno povezani beta-1,4-glikozidnim vezama.

Hondroitin-sumporna kiselina je polisaharid lančane nerazgranate strukture. Hidrolizom daje disaharid koji se sastoji od glukuronske kis i N-acetil-galaktozamina koji su povezani beta-1,3-glikozidnom vezom. Disaharidi su između sebe povezani beta-1,4-glikozidnom vezom. Na N-acetil-hondrozamin (galaktozamin) esterski je vezana sumporna kis. U zavisnosti od C atoma na kojem je vezana, razlikujemo hondroitin-sumpornu kis A (na C4) i hondroitin-sumpornu kis

1A.V

C (na C6). Kod hondroitin-sumporne kis B umjesto glukuronske kis nalazi se iduronska kis, a sumporna kis je vezana za C4 atom.

Heparin je izolovan iz jetre, ima antikoagulaciono djelovanje. Sprječava prevođenje protrombina u trombin i fibronogena u fibrin. Hidrolizom daje glukozamin i glukuronsku kis, koje su inače povezane alfa-1,4-glikozidnim vezama. Sumporna kis se veže za amino-grupu glukozamina pa je to N-sulfonil-glukozamin. Osim toga, sumporna kis se veže esterski za OH grupu C2 at glukuronske kis i za C3 atom glukozamina. Zbog sumporne kis, heparin spada u najkiselina jedinjenja u organizmu.

Koristi se kao antikoagulans kod bolesnika koji su skloni intravaskularnoj koagulaciji krvi.

ODRŽAVANJE NORMOGLIKEMIJE

Koncentracija glukoze u arterijskoj i venskoj krvi se donekle razlikuje. U venskoj krvi koncentracija glukoze je za oko 0,08 g/L manja nego u arterijskoj, jer glukoza stalno odlazi kroz zidove krvnih kapilara u intersticij.

Normoglikemija se održava na osnovu dva suprotna procesa.

Glukoza se resorbuje iz crijevnog sadržaja u krv. Prema tome, glavni izvor glukoze je hrana. Ako se u krvi javi tendencija prema hipoglikemiji, moblizira se glukoza iz jetrenog glikogena. Istovremeno, glukoza stalno odlazi iz krvi u ćelije gdje služi prvenstveno kao izvor energije. Ako se javi tendencija prema hiperglikemiji, onda glukoza odlazi u jetru. Jedino se jetra od svih organa našeg organizma javlja i kao izvor i kao ušće glukoze. To je zato jer jetra ima enzim glukokinazu (enzim zajedniči za sve ćelije, omogućava ulazak glukoze u ćelije) i enzim glukozo-6-fosfatazu (svojstven samo hepatocitima), koji omogućava izlazak glukoze.

Na normoglikemiju utiču razni faktori, prije sve ishrana. Adrenalin, hormon srži nadbubrežne ž ubrzava razlaganje glikogena i može dovesti do hiperglikemije. Istovremeno, glikokortikosteroidi, hormoni kore nadbubrežne ž ubrzavaju glikoneogenezu, pa njihovo lučenje može dovesti do hiperglikemije. Prema tome, hiperfunkcija nadbubrežnih ž dovodi, između ostaloh i do hiperglikemije, a pri smanjenoj funkciji javlja se hipoglikemija. Dalje, štitna ž, hipofiza i pankreas također utječu na normoglikemiju.

Pri povećanom lučenju hormona štitne ž nastaje hiperglikemija, a pri smanjenoj hipoglikemija. Nasuprot tome, lučenje insulina dovodi do hipoglikemije, a u slučaju smanjenog lučena hiperglikemija.

ENZIMI ILI FERMENTI

Enzimi su katalizatori biološkog porijekla, visokomolekularni koloidi, termolabilni i vrlo specifični, a po hemijskom sastavu su prosti ili složeni proteini (proteidi).

Temelje nauci o enzimima dao je Luj Paster,Buchner je dokazao da za djelovanje enzima nije potrebna prisutnost živih ćelija, a Northrop i Sumner su pri izolovali enzim u kristalnom stanju, i to ureazu – enzim koji razlaže ureu na CO2 i NH3 – iz sjemenki tropskog graha (Canavalia ensiformis).

Hemijski sastav enzima

Enzimi su proteini koji u svom sastavu imaju posebnu strukturu – u vidu aktivnog centra, ili dodatak proteinskom dijelu enzima, koji se naziva aktivna grupa, koenzim ili agon. U prvom slučaju se radi o jednokomponentnim enzimima (protein-enzimi), a u drugom o dvokomponentnim enzimima (proteid-enzim).

Aktivni centar enzima – karakteristika prostih enzima

Aktivni centar je dio molekule enzima pomoću kojeg se enzim spaja sa supstratom. Od tog dijela enzimske molekule najviše zavise katalitička svojstva enzima. Može biti građen iz više različitih grupa.

1A.V

Iz slike se vidi da se u aktivnom centru esteraza nalazi OH grupa serina i NH grupa imidazola aminokiseline histidin. Serin i histidin ulaze u sastav polipeptidnog lanca molekule ovog enzima.

U sastavu aktivnog centra tripsina ulaze serin i dvije molekule histidina. U molekuli tripsinogena, tj neaktivne forme tripsina – proenzim, ove tri aminokiseline su udaljene jedna od druge. Tek pri aktivaciji tripsinogena, sa N-terminalnog kraja njegovog polipeptidnog lanca, odvaja se heksapeptid, što je preduslov za približavanje ovih aminokiselina i formiranje aktivnog centra. U sastav heksapeptida ulaze valin, 4 asparaginske kis i lizin.

Sastojci aktivnog centra mogu biti raspoređeni na dva ili više susjednih polipeptidnih lanaca ili na susjednim dijelovima izuvijanog polipeptidnog lanca. Aktivnost enzima zavisi od cjelokupnosti konfiguracije nativne molekule, koja obezbjeđuje raspored grupa koje čine aktivni centar. Sredstva koja narušavaju strukture proteina inaktivišu enzime. Za ispitivanje hemijskog sastava aktivnog centra specifičnim hemijskim reagensima biraju se takvi reagensi koji ne djeluju na protein kao cjelinu već na neki dio aminokiseline, na SH ili OH grupu. Ako se želi dokazti da se u aktivnom centru nekog enzima nalazi napr tio grupa, onda se dodaju reagensi koji SH grupu prevedu u disulfidni oblik. Ako dodatkom tog reagensa dođe do inaktivacije enzima, to nam govori da u aktivnom centru ima SH grupa. Joni teških metala, jod-benzoat i hlor-merkuribenzoat predstavljaju inhibitore tih enzima.

Enzimi koji u svom aktivnom centru imaju SH grupu su tio-enzimi. Tu spadaju papain, glicerol-aldehid-fosfat-dehidrogenaza, sukcinat-dehidrogenaza i dr.

Kao specifičan reagens za dokazivanje OH grupe u aktivnom centru uzima se DFF – diizopropil-fluorofosfat. On stupa u reakciju samo sa onim enzimima koji s njim mogu formirati estere. Esterska veza se stvara između OH grupe serina koji pripada enzimu i fosforne kis DFF-a.

U aktivnom centru OH grupu imaju karboksi-esteraza, holin-esteraza, tripsin, himotripsin, trombin i dr.

Dakle, aktivni centar može biti različite građe. Može biti građen od jedne aminokiseline ili od jona dvovalentnog metala. Naprimjer, Zn je kao dvovalenti jon aktivni centar karbonat-dehidrataze, karboksipeptidaze i dr.

Alosterički centar je karakteristika alosteričkih enzima. Oni mogu izmijeniti svoju aktivnost pod utjecajem nekog metabolita koji se ne spaja sa aktivnim centrom enzima nego s nekim drugim dijelom molekule, koji se naziva alosterički centar. Alosterički centar služi za specifično i reverzibilno povezivanje enzima i metabolita, pri čemu se mijenja konformacija enzimske molekule i aktivnost.

Aktivna grupa ili koenzim – karakteristika proteid-enzima

Koenzim ili koferment je neproteinske prirode, a imaju ga dvokomponentni enzimi. Proteinski dio zove se koloidni nosilac – apoenzim ili feron. Koenzim se veže za apoenzim različitim afinitetom. Dijele se na dvije grupe: koenzimi derivati vitamina i koenzimi nevitaminske prirode.

Koenzimi derivati vitamina

1. Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD). U sastav ovog koenzima ulaze dva nukleotida. Jedan nukleotid je građen od amida nikotinske kiseline, riboze i fosforne kiseline, a drugi od adenina, riboze i fosforne kis. Još se zove i kodehidrogenaza I ili DPN – difosfopiridin-nukleotid.

2. Nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfat (NADP). Ovaj koenzim nastaje umetanjem jedne molekule fosforne kiseline između dva nukleotida prethodnog koenzima. Sastoji se od tri molekule fosforne kis, dvije molekule riboze, jedne molekule adenina i jedne molekule amida nikotinske kiseline. Raniji naziv je kodehidrogenaza II ili TPN – trifosfopiridin-nukleotid.

1A.V

Aktivni dio oba ova koenzima je amid nikotinske kiseline, odnosno vitamin PP. NAD i NADP su koenzimi nikotin-amid-dehidrogenaza. Aktivni dio ovog enzima prima H od supstrata i predaje ga flavin – enzima.

3. Flavin-mononukleotid (FMN) je derivat vitamina B2 tj riboflavina. Sastoji se od jedne molekule metiliziranog izoaloksazina koji se sastoji iz benzenskog, pirazinskog i pirimidinskog prstena, jedne molekule D – ribitola i jedne molekule fosforne kiseline.

4. Flavin-adenin-dinukleotid (FAD) se, za razliku od FMN, sastoji iz dva nukleotida. Jedan nukleotid je građen od metiliranog izoaloksazina, D-ribitola i fosforne kis, a drugi iz adenina, riboze i fosforne kis.

FMN i FAD su koenzimi koji ulaze u sastav flavin-dehidrogenaza.

5. Kokarboksilaza ili tiamin-pirofosfat je derivat vitamina B1 ili aneurina. Nastaje iz njega procesom fosforilacije. Sastoji se iz pirimidinskog i tiazolskog prstena. Na bočni lanac tiazolovog prstena esterski je vezana pirofosforna kiselina. Kokarboksilaza je koenzim dekarboksilaza.

6. Koenzim A je derivat pantotenske kiseline. U sastav koenzima A ulaze adenin, ribozo-3-fosfat, pirofosforna kiselina, pantotenska kis i merkaptoetilamin.

Co-A ulazi u građu transacilaza kao njihov koenzim. Vezuje se svojom sulfohidrilnom grupom s višim masnim kis i gradi acil-Co-A koji aktivira masne kis i omogućuje njihovu oksidaciju. Sa sirćetnom kis daje acetil-Co-A, koji ima bitnu ulogu kod anabolizma masnih kis.

7. Pirodoksal-fosfat je derivat vitamina B6, piridoksina. Iz njeg nastaje oksidacijom, a potom fosforilacijom. Koenzim je transaminaza i u procesu transaminacije prelazi u piridoksamin-fosfat. Osim transaminaza, koenzim je nekih dekarboksilaza, napr dekarboksilaza glutaminske kis, tirozina, histidina i dr.

Koenzimi nevitaminske prirode

1. Koenzim derivat porfirina je po hemijskom sastavu identičan hemu hemoglobina. Ulazi u sastav hemin-fermenta, citohroma, peroksidaze i katalaze.

2. Uridin-trifosfat (UTP) je koenzim u sastavu heksoizomeraza, te enzima koji učestvuju u anabolizmu glikogena.

3. Citidin-trifosfat (CTP) je koenzim u sastavu enzima koji učestvuju u biosintezi fosfatida. CTP prenosi fosfoholin na digliceride.

Mehanizam enzimskih reakcija se odvija prema općeprihvaćenoj Mihaelis-Mentenovoj teoriji. Reakcija se odvija u dvije faze. U prvoj fazi enzim se spaja sa supstratom, pri čemu se supstrat aktivira i formira se intermedijerno jedinjenje. U drugoj dolazi do razlaganja ili sinteze, pri čemu enzim iz reakcije izlazi nepromijenjen. Enzimi ubrzavaju hemijsku reakciju tako što smanjuju energiju aktivacije same reakcije. Tako omogućavaju da se kompleksne reakcije u organizmu vrše na niskoj temperaturi, tj temperaturi organizma.

Specifičnost enzima

Razlikujemo više vrsta specifičnosti:

1. Optička ili stereohemijska specifičnost. Većina hemijskih supstanci koje se sintetišu ili razlažu u toku metaboličkih procesa su optički aktivne (šećeri ili aminokiseline). Zahvaljujući činjenici da pojedini enzimi djeluju samo na određeni optički izomer, u organizmu se javljaju samo dekstrogira ili levoriga jedinjenja. Napr, ako smjesi destrogire i levogire

1A.V

vinske kiseline dodamo enzim iz buđi (Penicillum glaucum), razlaže se samo dekstrogira, što znači da taj enzim ima optičku specifičnost. Primjer stereohemijske specifičnosti može se vidjeti kod arginaze i laktat-dehidrogenaze.

Ako se u smjesi nađu L i D-arginin, arginaza će razložiti samo L-arginin na L-ornitin i ureu. Isti je slučaj sa laktat dehidrogenazom. Ona djeluje samo na mliječnu kiselinu lijeve konfiguracije, koju procesom oksidacije prevodi u pirogrožđanu kiselinu.

2. Niska specifičnost. Ovaj tip specifičnosti imaju oni enzimi koji su specifični za vrstu veze između monomera. (Jedan monomer odgovara jednom polipeptidnom lancu.) Ti enzimi djeluju na peptidnu, estersku ili glikozidnu vezu. Tu spada lipaza, koja razlaže samo estersku vezu, bez obzira koji alkohol i kiselina je grade.

3. Grupna specifičnost. Ovaj tip zahtjeva, osim određenog tipa veze između monomera, da jedan od monomera bude onaj „pravi.“ To se može vidjeti kod alfa-glukozidaze ili maltaze. Ovaj enzim djeluje na sve alfa-glukozide, a uslov je da jedan od monomera bude alfa-D-glukoza i prisutnost alfa-glikozidne veze.

4. Apsolutna specifičnost. Enzimi sa ovim tipom specifičnosti djeluju samo na jedno jedinjenje. Napr, ako uzmemo 4 jedinjenja slične građe: L-arginin, alfa-N-metil-arginin, delta-N-metil-arginin i agmatin te ih podvrgnemo djelovanju arginaze, dolazi do hidrolize samo L-arginina. Osim arginaze, ovakvu specifičnost ima i sukcinat-dehidrogenaza koja oksidira samo jantarnu (ćilibarnu) kiselinu.

Faktori koji utječu na enzimsku aktivnost

1. Temperatura. Prema Vant Hoffu, za svakih 10 stepeni brzina hemijske reakcije se poveća za 2-3 puta.

2. pH

3. Koncentracija enzima

4. Koncentracija supstrata

5. Aktivatori hemijskih reakcija. U enzimskim reakcijama supstrata i enzima potrebno je i prisustvo trećeg faktora bez kojeg reakcija nije moguća. To je aktivator enzima. Supstrat, enzim i aktivator enzima čine reaktivni sistem i ako nedostaje jedna komponenta, reakcija se neće odvijati. Postoji više tipova aktivatora enzima:

a) aktivatori koji demaskiranjem aktivnog centra pretvaraju proenzime u enzime. Neki enzimi iz grupe proteinaza luče se u proenzimskoj formi. Lučenje i sinteza proteinaza u proenzimskoj formi je zaštita organizma od autodigestije. Kad proenzimi dođu na svoje mjesto, procesom demaskiranja prelaze u aktivne enzime. Primjer: pepsin, tripsin i himotripsin.

Pepsin luče glavne stanice sluzokože želuca u formi pepsinogena.

Mehanizam pretvaranja pepsinogena u pepsin se vrši u dvije faze.

U prvoj fazi se, procesom hidrolize, pod dejstvom pepsina odvaja od pepsinogena 5 peptida i to od njegovog N-terminalnog kraja, i nastane kompleks inhibitor-pepsin.

U drugoj fazi, ako je pH manji od 5,5 dolazi do odvajanja inhibitora i nastaje aktivni pepsin. Inhibitor se pod dejstvom pepsina razlaže na 4 peptida.

N-terminalni kraj polipeptidnog lanca pepsina i pepsinogena je različit, kod pepsina je to izoleucin, a kod pepsinogena je leucin. C-terminalni kraj i pepsina i pepsinogena je alanin.

Tripsin se sintetiše u pankreasu u formi tripsinogena i kao takav dolazi u duodenum. Može se aktivirati na dva načina: autokatalitički, pod dejstvom tragova tripsina i pod dejstvom specifičnog aktivatora – enteropeptidaza. N-

1A.V

terminalni kraj tripsina i tripsinogena se razlikuju, kod tripsina je to izoleucin, a kod tripsinogena valin. Pod dejstvom tripsina ili enterokinaze od tripsinogena se odvaja heksapeptid s njegovog N-terminalnog kraja. Heksapeptid se sastoji od valina, lizina i 4 molekule asparaginske kis.

Himotripsin se javlja u dvije forme – A i B i u približno jednakim količinama. Obje forme se aktiviraju tripsinom. Himotripsinogen se ne pretvara autokatalitički u himotripsin. Pri aktivaciji himotripsinogena A dobijemo više formi himotripsina – alfa, beta, gama i delta. Himotripsinogen B se pri aktivaciji pretvara u himotripsin B.

6. Aktivacija enzima jonima metala. Na, K, Mg, Ca, Zn, Cd, Cr, Cu, Mn, Fe2+, Co, Ni, Al, NH4 na jedne enzime djeluju kao inhibitori a na druge kao aktivatori.

7. Inhibitori enzimskih reakcija se dijele u nekoliko grupa: nespecifični, specifični i kompetetivni.

Nespecifični – soli teških metala, kiseline, baze, povišena temperatura i dr.

Specifični – antifermenti

Kompetetivni – ako rastvoru ćilibarne i malonske kis dodamo sukcinat-dehidrogenazu, koja je specifična za ćilibarnu kis, ona je neće oksidirati jer će se umjesto nje na enzim vezati malonska kis.

IZOENZIMI

Izoenzimi su multiple forme izodinamskih enzima koji se susreću u organizmima iste vrste. Najbolje su proučeni na primjenu laktat-dehidrogenaze LDH, čija se molekula sastoji od 4 polipeptidna lanca ili 4 monomera, pa predstavlja tetramer. Monomeri se javljaju u dva različita oblika. Prvi monomer dominira u sastavu LDH u sastavu srca, pa se zove H-podjedinica, a drugi u skeletnim mišićima, pa se zove M-podjedinica. Kombinacijom ovih 5 monomera dobije se pet izoenzima laktat-dehidrogenaze.

Izoenzim LDH1 je homotetramer – sastoji se od H4 monomera.

Izoenzim LDH2 je heterotetramer – od H3M1

Izoenzim LDH3 – heterotetramer – od H2M2

Izoenzim LDH4 – heterotetramer – od H1M3

Izoenzim LDH5 – homotetramer – od M4.

U srčanom mišiću najveću aktivnost ima LDH1, a u skeletnim mišićima LDH5.

Redoks sistemi su smjese dvije supstance sposobnih da reverzibilno prelaze jedna u drugu procesom oksidacije, odnosno redukcije. Mliječna i pirogrožđana kiselina čine jedan takav redoks sistem. Mliječna kiselina je sposobna da redukuje neku supstancu pri čemu se ona sama oksidira i prelazi u pirogrožđanu kiselinu. Pirogrožđana kiselina, obrnuto, može oksidovati neku supstancu primivši od nje dva H atoma pri čemu prelazi u mliječnu kiselinu.

OKSIDOREDUKTAZE

Imamo više vrsta oksidoreduktaza.

1. Oksidoreduktaze koje djeluju na CH-OH grupu

1A.V

a) Alkohol-dehidrogenaza. To je proteid enzim čiji je koenzim NAD. Enzim uzima 2 H od alkohola i prebacuje ih na svoj koenzim, pri čemu se alkohol oksidira u aldehid. Za sve proteid enzima sa NAD koenzimom za aktivnost treba Zn.

b) Glicerol-fosfat-dehidrogenaza je enzim koji oduzima 2 H od drugog C atoma glicerol-3-fosfata pri čemu nastaje dioksiaceton-fosfat. Koenzim je NAD koji pređe u NADH2. Nastali dioksiaceton-fosfat se uključuje u metabolizam ugljikohidrata i služi za sintezu glikogena. Pri njegovom katabolizmu nastaje mliječna kiselina preko niza intermedijernih jedinjenja.

c) Laktat-dehidrogenaza LDH katalizira oksidaciju mliječne kiseline u pirogrožđanu, tj redukciju pirogrožđane u mliječnu kis. To je proteid enzim čiji je koenzim NAD. Značajan je u metabolizmu glukoze.

d) β-hidroksiacil-KoA-dehidrogenaza je proteid enzim, koenzim NAD. Katabolizuje prevođenje beta-hidroksiacil-KoA u beta-ketoacil KoA. To je jedna od faza beta-oksidacije masnih kiselina.

e) Acetoacetil-KoA-reduktaza učestvuje u biosintezi masnih kis. Koenzim je NADP. Pod utjecajem ovog enzima procesom redukcije prelazi beta-keto-oblik masne kis u beta-hidroksi oblik.

f) Malat-dehidrogenaza MDH, koenzim NAD. Katalizira oksidaciju jabučne u oksalsirćetnu kiselinu i ima bitnu ulogu u Krebsovom ciklusu.

g) Malat-dehidrogenaza MDH ima identičan naziv kao prethodni enzim, ali drugačiju ulogu. Katalizira oksidacionu dekarboksilaciju jabučne kis pri čemu nastaje pirogrožđana kis i CO2. Razlikuje se od prethodne i po koenzimu, ovdje je to NADP. Za aktivnost je potreban jon Mn.

h) Izocitrat-dehidrogenaza katalizuje oksidacionu dekarboksilaciju izolimunske kis pri čemu nastaje alfa-ketoglutarna kis i CO2. Koenzim je NAD.

i) Izocitrat-dehidrogenaza ima isti naziv kao prethodna, koenzim je NADP, a uloga je ista.

j) Fosfoglukonat-dehidrogenaza je proteid enzim, koenzim NADP. Vrši oksidacionu dekarboksilaciju 6-fosfo-glukonske kis pri čemu nastaje ribulozo-5-fosfat. Ovaj proces je značajan kod ciklusa pentozo-fosfata.

k) Glukozo-6-fosfat-dehidrogenaza je proteid enzim, koenzim NADP. Započinje ciklus pentozo-fosfata prevođenjem g-6-f u 6-fosfoglukonolakton.

2. Oksidoreduktaze koje djeluju na aldehidnu ili keto grupu

a) Aldehid-dehidrogenaza, proteid enzim, koenzim NAD, katalizuje oksidaciju aldehida u kiseline.

Aldehid + NAD + H2O = kiselina + NAD . H2

b)Glicerol-aldehid-fosfat-dehidrogenaza, proteid enzim, koenzim NAD. Katalizuje fosforilacionu oksidaciju glicerol-aldehid-3-fosfata u difosfoglicerolsku kis.

c) Ksantin-oksidaza , proteid enzim, koenzim FAD. Katalizuje oksidaciju ksantina u mokraćnu kis. Treba Mo i Fe kao aktivatore.

d) Piruvat-dehidrogenaza, proteid enzim, koenzim NAD. Učestvuje u prevođenju pirogrožđane kis u acetil-Co-A. (str 274)

e) α-ketoglutarat-dehidrogenaza učestvuje u prevođenju alfa-ketoglutarne kis u sukcinil CoA. (Krebsov ciklus)

3. Oksidoreduktaze koje djeluju na CH-CH grupu

1A.V

a) Sukcinat-dehidrogenaza, spada u grupu flavin-dehidrogenaza jer je koenzim FAD. Katalizuje dehidrogenaciju ćilibarne, odnosno sukcinalne kis u fumarnu. Treba Fe za odvijanje.

b) Acil-CoA-dehidrogenaza je flavin-dehidrogenaza koja započinje beta-oksidaciju aktivirane masne kis. Oduzete H i njihove elektrone daje respiratornom lancu.

c) Glutamat-dehidrogenaza je proteid enzim, koenzim NAD. Katalizuje oksidativnu dezaminaciju glutaminske kis i daje alfa-ketoglutarnu kis, koja se uključuje u Krebsov ciklus, uz izdvajanje NH3.

d) Glutamat-dehidrogenaza je proteid enzim, koenzim NADP. Funkcija ista kao kd prethodnog enzima.

e) Oksidaza L-aminokiselina je proteid enzim, koenzim FAD. Katalizuje oksidativnu dezaminaciju aminokiselina pri čemu, uz izdvajanje NH3, nastaju alfa-ketokiseline.

4. Oksidoreduktaze koje djeluju na NAD . H2 ILI NADP . H2

1. NAD . H2- citohrom-c-reduktaza je flavin-dehidrogenaza koja djeluje na redukovani oblik nikotin-amid-dehidrogenaza. Kao akceptor elektrona služi Fe(III)oblik citohroma c, pri čemu Fe prelazi u II formu.

Citohrom-c-reduktaza je prenosnik elektrona i vodika. Aktivirani H predaje aktiviranom kisiku, a kisik aktivira citohromoksidaza.

2. NAD . H2-citohrom-b5-reduktaza je flavin-dehidrogenaza koja se aktivira sa Mg. Djeluje kao i prethodni enzim. Na ovaj način se oksidira nikotin-amid-dehidrogenaza koja opet može da djeluje na supstrat. Elektrone oduzete od vodika predaje citohromu b5, a aktivirani H daje njegovom glavnom akceptoru – aktiviranom kisiku.

3. NAD . H2-diaforaza je flavin-dehidrogenaza, oksiduje redukovanu formu nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfata.

5. Oksidoreduktaze koje djeluju na hem grupu

Citohromoksidaza – citohrom a3, proteid enzim čiji je koenzim derivat hema, u čijoj strukturi se nalazi Fe koje u prisustvu molekularnog kisika prelazi iz II u III formu. To svojstvo citohromoksidaze zove se autooksidabilnost, a posljedica je činjenice da kisik i citohromoksidaza imaju različit oksidacioni potencijal.

6. Oksidoreduktaze koje djeluju na H2O2

a) Katalaza, proteid enzim, 4 feriprotoporfirinske grupe, razlaže vodikov peroksid na vodu i molekularni kisik.

b) peroksidaza, proteid enzim, 1 feriprotoporfirinska grupa, katalizuje oksidaciju vodikovim peroksidom.

Biološke oksidacije

U prirodi se u stalnom kontaktu nalaze molekularni kisik O2 iz atmosfere i H koji se nalazi u sastavu organskih jedinjenja. Međutim, do reakcije neće doći spontano uprkos visokom hemijskom potencijalu. Neophodno ih je prethodno aktivirati. Nikotinamid-dehidrogenaze procesom dehidrogenacije odvajaju H od supstrata i na taj način ga oksidiraju. Aktivirane H i elektrone nikotinamid-dehidrogenaza predaje flavin-dehidrogenazama. (str 366)

TRANSFERAZE

Transferaze su enzimi koji katalizuju prenos raznih hemijskih grupa s jednog jedinjenja na drugo.

Glukozil-transferaze: fosforilaza

1A.V

Fosforilaza je enzim koji katalizira katabolizam glikogena, specifična je za α-1,4-glikozidne veze. Cijepanjem te veze nastaju g-1-p i molekula glikogena manja za jednu molekulu glukoze. Za ovu reakciju neophodna je fosforna kis. Jedan H iz fosforne kis se veže za O na kraju glikozidnog lanca glikogena, a ostatak glukoze u produkt g-1-p. Taj proces se zove fosforoliza.

Budući da u molekulama glikogena imamo i α-1,6-glikozidnu vezu na mjestu grananja, fosforilaza može samo djelomično razgraditi glikogen. Njen posao dovrši dekstrin-1,6-glukozidaza.

HIDROLAZE

U klasu hidrolaza spadaju enzimi koji katalizuju anhidracionu sintezu i hidrolitičko razlaganje supstanci.

1. Hidrolaze koje djeluju na estere

1. Lipaza katalizuje hidrolizu prostih masti na glicerol i masne kis. Pokazuje brže djelovanje na α nego na β estersku vezu i zbog toga razlaganje se vrši postepeno. Prvo se trigliceridi razlože na digliceride, potom na monogliceride, a onda se razlažu monogliceridi. Aktivator lipaze je Ca. Pankreasnu lipazu aktiviraju soli žučnih kis.

2. Fosfolipaza se nalazi u zmijskom otrovu, otrovu škorpiona i ose. Katalizuje hidrolizu lecitina na lizolecitin i molekul masne kis. Lizolecitin ima jako hemolitičko dejstvo.

3. Fosfolipaza B je lizofosfolipaza, djeluje na lizolecitin i razlaže ga na glicero-fosfoholin i molekul masne kis.

4. Acetil-holin-esteraza ili holin-esteraza djeluje na razne estere sirćetne kis. Supstrat je acetil-holin. Funkcija je odstranjivanje acetil-holina s membrane mišićnih ćel, što je neophodno za repolarizaciju membrane i primanje novog impulsa.

5. Holesterol-esteraza vrši hidrolizu holesterola i masnih kis.

Ester holesterola + voda = holesterol + kiselina

6. Glukonolaktonaza učestvuje u ciklusu pentozo-fosfata, katalizuje prevođenje 6-fosfoglukonolaktona u 6-fosfoglukonsku kis.

7. Alkalna fosfataza vrši hidrolizu monoestera ortofosforne kis.

Monoester ortofosforne kis + voda = alkohol + H3PO4

Optimalna pH za djelovanje alkalne fosfataze je oko 9. Sintetiše se u jetri i kostima. Vitamin D je aktivator fosfataze u kostima. Ima dijagnostički značaj:

- Povećana konc u serumu kod rahitisa, osteomalacije, raznih osteitisa i tumora kostiju,- Ako se isključe koštana oboljenja, porast fosfataze u serumu uvjetuju opstrukcija žučnih puteva i

funkcionalno stanje jetre. U slučaju opstrukcije žučnih puteva javlja se retencija i povećana konc u krvi.

Spada u grupno specifične enzime, za njeno funkcionisanje potrebna je esterska veza u čijoj izgradnji učestvuje fosforna kis. Koji alkohol je vezan esterski za fosfornu kis je nebitno.

8. Kisela fosfataza djeluje ma monoestere fosforne kis kao i prethodna fosfataza. Aktivira se pri pH 5. Luči je epitel prostate.

9. Glukozo-6-fosfataza katalizira hidrolizu g-6-p.

D-g-6-p + voda = D-glukoza + H3PO4

1A.V

Na ovaj način se omogućava odlazak glukoze iz hepatocita u krv.

2. Hidrolaze koje djeluju na glukozil – jedinjenja, tj karbohidraze

Karbohidraze katalizuju hidrolizu oligo i polisaharida. Vrši se hidroliza glikozidnih veza između -monosaharida koji grade oligo i polisaharide.

1. α-amilaza vrši hidrolizu škroba i glikogena. Karakteristična je za α-1,4-glikozidnu vezu. Budući da ova jedinjenja imaju i α-1,6-glikozidnu vezu, α-amilaza ne razlaže ta mjesta, ali ih može preskočiti i nastaviti dalje razlaganje.

2. β-amilaza ili egzoamilaza ima istu funkciju kao i α-amilaza s tim što ne može preskočiti mjesto α-1,6-glikozidne veze. Stoga razlaže samo površinske veze. Glavni produkt djelovanja β-amilaze na škrob je maltoza. Zato se zove još saharogen-amilaza.

3. Celulaza vrši hidrolizu celuloze. Karakteristična je za β-1,4-glikozidnu vezu.

4. Dekstrin-1,6-glukozidaza ili amilo-1,6-glukozidaza hidrolizira α-1,6-glikozidnu vezu i omogućuje fosforilazi potpunu razgradnju graničnih dekstrina.

5. Hijaluronidaza vrši hidrolizu hijaluronične kis na disaharid hialobiuroničnu kis.

6. α-glukozidaza ili maltaza katalizuje hidrolizu α-glukozida. Glavni supstrat crijevne α-glukozidaze je maltoza, koja nastaje pri razgradnji škroba pod dejstvom α-amilaze. α-glukozidaza razloži maltozu na dvije molekule α-glukoze.

7. β-glukozidaza ili celobiaza katalizuje hidrolizu β-glikozida, glavni supstrat je disaharid celobioza, koju razloži na dvije molekule β-glukoze.

8. β-galaktozidaza ili laktaza katalizuje hidrolizu laktoze pri čemu nastaje jedna molekula α-glukoze i jedna mol β-galaktoze.

9. β-fruktofuranozidaza ili saharaza ili invertaza hidrolizuje saharozu na α-glukozu i β-fruktozu. Grupno je specifični enzim, treba joj β-glukozidna veza i β-fruktoza u obliku furanoze kao supstrat.

3. Hidrolaze koje djeluju na peptidne veze – peptid hidrolaze

Peptid-hidrolaze katalizuju hidrolizu proteina i peptida na niže produkte.

1. Aminopeptidaza vrši razgradnju nižih peptida na aminokiseline. Započinje hidrolizu peptidnog lanca s N-terminalnog kraja, tj onog kraja na kome se nalazi slobodna amino-grupa.

2. Karboksipeptidaza A se nalazi u pankreasnom soku u vidu prokarboksipeptidaze A koja u duodenumu pređe u aktivnu formu. Vrši hidrolizu peptida od C-terminalnog kraja.

3. Karboksipeptidaza B je također u pankreasnom soku, vrši hidrolizu peptida od C-terminalnog kraja ako se na njemu nalazi L-arginin ili L-lizin.

4. Pepsin A luče glavne ćelije želuca u obliju pepsinogena. U kiseloj sredini želuca prelazi u pepsin, aktivnu formu, koji hidrolizira proteine koji su denaturisani pod dejstvom HCl-a u acidalbumine. On hidrolizira prvenstveno peptidne veze između aromatskih i dikarbonskih aminokis. Produkt djelovanja su peptidi različite složenosti.

5. Himozin se nalazi u želudačnom soku, aktivira se pri pH5, prevodi kazein u parakazein.

6. Tripsin se u obliku tripsinogena sintetiše u ćelijama egzokrinog pankreasa, dolazi u duodenum i tu bude aktiviran. Tripsin hidrolizuje proteine do nižih proteida različite složenosti. Optimalna pH za aktivaciju je 8. Hidrilizira samo one peptidne veze u čiju izgradnju ulazi karboksilna grupa lizina ili arginina.

1A.V

7. Himotripsin sintetišu ćelije egzokrinog pankreasa u formi himotripsinogena, koji prelazi u aktivni oblik pod dejstvom tripsina. Katalizuje hidrolizu peptidnih veza koje nastaju od karboksilne grupe jedne aromatske aminokiseline i amino-grupe bilo koje druge aminokiseline. Djeluje i na složene estere i neke amide.

8. Enteropeptidaza ili enterokinaza je specifični aktivator tripsinogena.

9. Katepsin C spada u grupu intracelularnih enzima. Po mehanizmu djelovanja sličan je pepsinu jer hidrolizira peptidne veze u čijoj izgradnji učestvuju aromatske aminokis. Optimalna pH 5.

10. Trombin pretvara krvni protein fibrinogen u fibrin. U krvi se nalazi u proenzimskoj formi kao protrombin, a aktivira se autokatalitički ili pod dejstvom specifičnog aktivatora tromboplastina, za čiju aktivnost su neophodni joni Ca.

11. Plazmin ili fibrinolizin u plazmi se nalazi u formi plazminogena. Djeluje na fibrin, koji formira krvne ugruške, a ponekad djeluje i na fibrinogen. Aktivatori nepoznati.

12. Renin je enzim u bubrezima, odlazi u krv i tamo ispoljava djelovanje.

4. Hidrolaze koje djeluju na C-N vezu

1. Amidaza djeluje na amide monokarbonskih kiselina, pri čemu nastaju amonijak i monokarbonska kis.

Amid monokarbonske kis + voda = monokarbonska kis + NH3

2. Ureaza djeluje na ureu. Urea se sintetiše u jetri iz NH3 i CO2 u Krebsovom ciklusu preko aminokiselina ornitina, citrulina i arginina. Ureaze, koja katalizuje razlaganje uree na 1 CO2 i 2 NH3 , nema u organizmu sisara.

3. Penicilinaza vrši hidrolizu penicilina na penicilansku kis.

4. Arginaza djeluje na arginin i razlaže ga na ornitin i ureu. To je završna faza Krebsovog ciklusa.

5. Hidrolaze koje djeluju na kiselinsko-anhidracionu vezu

ATP-aza vrši hidrolitičko razlaganje ATP na ADP i molekul fosforne kis.

LIAZE

Djeluju na intramolekularne veze između C atoma, C i O, C i N, C i S, C i halogenih elemenara. Kod većine je izraženo reverzibilno djelovanje.

1. Liaze koje djeluju na C-C veze

1. Piruvat-dekarboksilaza katalizuje dekarboksilaciju pirogrožđane kis. To je proteid enzim, koenzim je tiamin-pirofosfat (derivat vitamina B1).

2. Ornitin-dekarboksilaza katalizuje dekarboksilaciju ornitina u diamin-putrescin. To je proteid enzim, koenzim pirodoksal – fosfat.

3. DOPA-dekarboksilaza katalizuje dekarboksilaciju dioksifenil-alanina (DOPA).

DOPA = dioksifenil-etilamin + CO2

1A.V

4. Citrat-sintaza katalizuje sintezu limunske kis iz oksalsirćetne i acetil-Co-A. To je prvi član ciklusa trikarbonskih kis po Krebsu.

2. Liaze koje djeluju na C-O vezu

1. Karbonat-dehidrataza ili karboanhidraza katalizuje razgradnju ugljične kis. Posebno je značajna karboanhidraza eritrocita.

2. Fumarat-hidrataza katalizuje prevođenje fumarne u jabučnu kis i obratno. Pri ovoj reakciji od jabučne kis odvaja se molekul vode i ona prelazi u fumarnu, i obrnuto, fumarna veže molekul vode i prelazi u jabučnu. To je jedna od faza Krebsovog ciklusa.

3. Akonitat-hidrataza katalizuje prevođenje limunske kis u izolimunsku kis preko cis-akonitske kis. To se vrši u dvije faze: prvo akonitat-hidrataza od limunske kis odvaja molekul vode i pretvara je u cis-akonitsku, a u drugoj fazi taj isti enzim daje molekul vode cis-akonitskoj i pretvara je u izolimunsku. To je jedna od faza Krebsovog ciklusa.

4. Fosfopiruvat-hidrataza ili enolaza pretvara 2-fosfo-glicerolsku kis u 2-fosfo-pirogrožđanu kis. To je značajna faza u mliječno-kiselinskom vrenju. Organizam koristi 2-fosfo-pirogrožđanu kis, kao jedinjenje bogato energijom, za sintezu ATPa od ADPa.

5. Enoil-Co-A-hidrataza učestvuje u β-oksidaciji masnih kis. Vrši adiciju molekule vode na dvostruku vezu između α i β C-atoma acil-Co-A. (više na str 355 i 357)

IZOMERAZE: Racemaze i epimeraze

1. UDP-glukozo-epimeraza je proteid enzim, koenzim NAD, katalizuje prevođenje glukoze u njen epimer galaktozu. Za ovu reakciju potrebna je aktivirana forma glukoze u obliku uridin-difosfat-glukoze UDP.

UDP nastaje iz g-1-p i uridin-trifosfata UTP pod dejstvom glukozo-1-fosfat-uridil-transferaze.

Epimeri su šećeri koji se razlikuju po rasporedu H i OH grupe samo na jednom C atomu. Glukoza se od galaktoze razlijuje prema H i OH rasporedu na 4-tom C atomu.

LIGAZE koje obrazuju C-S veze

1. Acetil-CoA-sintetaza katalizuje sintezu acetil-koenzima A. Sinteza se vrši u dvije faze. Prvo se aktivira sirćetna kis i za to se koristi energija ATP-a. Kao produkt nastaje acetil-adenozin-monofosfat i pirofosfat. U drugoj fazi acetil-adenozin-monofosfat djeluje sa Co-A i daje acetil-CoA, uz izdvajanje AMP-a.

I faza: ATP + acetat = aceti-AMP + pirofosfat

II faza: acetil-AMP + CoA = acetil-CoA + AMP

Ova reakcija je bitna za metabolizam ugljikohidrata. (str 319)

2. Sukcinil-CoA-sintetaza katalizuje sintezu sukcinil-CoA i koristi energiju od GTP-a. Aktivator enzima je Mg.

GTP + sukcinat + CoA = GDP + ortofosfat + sukcinil-CoA

Ligaze koje obrazuju C-C vezu

1A.V

1. Piruvat-karboksilaza katalizuje proces karboksilacije pirogrožđane kis pri čemu nastaje oksalsirćetna kis. Energiju daje ATP. Aktivator je Mg. Kofaktor je vitamin H ili biotin. Ovako nastala oksalsirćetna kis dalje reaguje sa acetil-CoA i daje limunsku kis. Proces katalizuje enzim citrat-sintaza. Ovako se povezuje metabolizam masti i ugljičnih hidrata.

2. Acetil-CoA-karboksilaza vrši karboksilaciju acetil-CoA pri čemu nastaje malonil-CoA. Ovaj proces je ovisan od ATP-a i biotina. Energija od ATP-a se koristi za aktivaciju CO2 tj stvaranje aktivnog karboksida – karboksibiotina. Ovo je prva reakcija u biosintezi masnih kis koja se odvija na multienzimskom kompleksu.

METABOLIZMI

U kliničkoj praksi se najviše ispituje promet energije pod bazalnim uslovima, a to su uslovi pri kojima je isključen mišićni, nervni (koliko je moguće), čulni i digestivni rad kao i termolregulacija. Energetski metabolizam koji se odvija pri bazalnim uslovima zovemo bazalni metabolizam.

Respiratorni količnik je odnos volumena izbačenog CO2 i volumena unesenog O2 u jedinici vremena.

RQ = Vol CO2 / Vol O2

U metaboličkoj acidozi RQ se povećava a pri alkalozi se smanjuje.

Metabolizam ugljičnih hidrata

Probava i resorpcija ugljičnih hidrata

Probava ugljičnih hidrata, masti i bjelančevina vrši se u probavnom traktu pod katalitičkim dejstvom enzima iz klase kiselih hidrolaza.

Razlaganje škroba počinje u usnoj duplji, pod dejstvom α-amilaze (ptijalin), koju luče pljuvačne žlijezde. α-amilaza je specifična za α-1,4-glikozidne veze. Hidroliza škroba pod dejstvom α-amilaze zove se amiloliza. Djelovanje α-amilaze na škrob u usnoj duplji traje oko 0,5 – 1 min, a nastavlja se u želucu, dok se želudačni sok ne zakiseli ispod pH 5. α-amilaza se u želucu, pod djelovanjem HCl-a, denaturiše i postaje supstrat na koji djeluje pepsin. Kod zdravih ljudi α-amilaza ne može proći do duodenuma. Probava škroba se dalje nastavlja u duodenumu, djelovanjem pankreasne i crijevne α-amilaze, koje su također specifične za α-1,4-glikozidnu vezu. Pošto kod škroba, na mjestima grananja imamo i α-1,6-glikozidnu vezu, potpuno razlaganje se ne može izvršiti ovim enzimom. Ovako se razloži oko 80% škroba. Glavni produkt djelovanja amilaze na škrob je maltoza, a osim nje mogu se naći i granični dekstrini koji zajedno sa neresorbovanim šećerima se koriste pri bakterijskom vrenju u debelom crijevu.

Na maltozu djeluje maltaza ili α-glukozidaza, i nastaju dvije molekule α-D-glukoze.

U svakodnevnoj ishrani čovjek koristi i disaharide – saharozu i laktozu. Saharoza se u tankom crijevu pod dejstvom saharaze razlaće na molekulu glukoze i fruktoze. Laktoza se pod djelovanjem laktaze ili β-galaktozidaze razloži na galaktozu i glukozu.

Glukoza i galaktoza se u sluzokoži tankog crijeva fosforilišu, tj za sebe vežu fosfatnu kis, št ubrzava resorpciju.

Ciklus pentozo-fosfata ili pentozo-fosfatni šant

U organizmu čovjeka moguća je mešusobna transformacija jednih monosaharida u druge. Od posebnog značaja je pretvaranje glukoze u ribozu, što se vrši za vrijeme rasta organizma. Riboza ulazi u sastav RNK, slobodnih nukleotida i nukleozida.

Značaj ovog ciklusa:

1A.V

- Osigurava organizmu dovoljno pentozo-fosfata koji se koriste u biosintezi nukleinskih kis i slobodnih nukleotida i nukleozida,

- Daje organizmu redukovanu formu nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfata (NADPH + H+) koji se koristi za biosintezu masnih kis i holesterola,

- Višak pentozo-fosfata, zahvaljujući reverzibilnosti reakcija, može se prevesti u heksozo-fosfat.

Proces počinje od glukozo-6-fosfata.

g-6-f-dehidrogenaza vrši dehidrogenaciju i nastaje 6-fosfat-glukonolakton.

6-fosfo-glukonolakton se hidratacijom, uz prisustvo Mg i Mn, a pod dejstvom glukonolaktonaze, prevodi u 6-fosfat-glukonsku kis.

Dalje se ta kiselina oksidativnom dekarboksilacijom, pod dejstvom fosfoglukonat-dehidrogenaze, prevodi u ribulozo-5-fosfat.

To je prvi niz reakcija u kome nastaje redukovana forma NADPH + H+.

Drugi niz reakcija dominira za vrijeme rasta.

Dolazi do izomeracije g-6-p u fruktozo-6-fosfat pod dejstvom glukozo-fosfat-izomeraze.

Transketolaznom reakcijom se prebacuje C2 fragment ili aktivni gliko-aldehid sa f-6-p na glicerol-aldehid-fosfat, a kao produkt reakcije nastaje ksilulozo-5-fosfat i eritrozo-4-fosfat.

Na transketolaznu reakciju nastavlja se transaldolazna, kojom se prebacuje C3 fragment s f-6-p na eritrozo-4-fosfat, pri čemu nastaje sedoheptulozo-7-fosfat i glicerol-aldehid-fosfat.

Dalje se opet vrši transketolazna reakcija, a donor aktivnog gilkol-aldehida je sedoheptulozo-7-fosfat, a akceptor glicerol-aldehid-fosfat.

U ovoj reakciji nastaju dvije molekule pentozo-fosfata: ribozo -5-fosfat i ksilulozo -5-fosfat.

Ksilulozo-5-fosfat epimeracijom, pod dejstvom ribulozo-fosfat-epimeraze prelazi u ribulozo-5-fosfat, koji procesom izomeracije daje ribozo-5-fosfat.

Ukupno enzima: 8

KATABOLIZAM GLUKOZE I GLIKOGENA

Razlaganje glukoze naziva se glikoliza, a razlaganje glikogena glikogenoliza. Ako se razlaganje glukoze vrši bez prisustva kisika, to je anaerobna, a uz prisustvo kisika – aerobna glikoliza.

Kao produkt anaerobne glikolize u organizmu čovjeka je mliječna kis, a taj proces se još zove mliječno-kiselinsko vrenje.

Konačni produkt anaerobne glikolize u ćelijama kvasca je etanol, pa se taj proces zove alkoholno vrenje.

Glikogenoliza je razgradnja glikogena do glukoze. Odvija se pod dejstvom fosforilaze i dekstrin-1,6-glukozidaze. Fosforilaza je karakteristična za α-1,4-glikozidne veze, a dekstrin-1,6-glukozidaza za α-1,6-glikozidne veze. Glukoza se pod dejstvom fosforilaze razlaže do neredukujućeg kraja glikogena procesom fosforolize. Kao produkt nastaje glukozo-1-fosfat ili Corijev ester. Na mjestima grananja, u strukturi glikogena, nalaze se i α-1,6-glikozidne veze koje hidrolizira dekstrin-1,6-glukozidaza. Naizmjeničnim djelovanjem ova dva enzima dolazi do potpunog razlaganja, a kao produkti javljaju se g-1-p i slobodna glukoza.

1A.V

Mliječno-kiselinsko vrenje ili anaerobna glikoliza

Proces počinje od slobodne glukoze koja se u jetri i mišićima fosforiliše pod dejstvom glukokinaze. Energiju i fosfornu kis daje ATP. Nastaje g-1-p.

g-1-p prelazi u g-6-p pod dejstvom fosfoglukomutaze.

g-6-p pod dejstvom glukozofosfat-izomeraze u jetri i mišićima prelazi u fruktozo-6-fosfat. Za razliku od mišića, u jetri se nalazi g-6-fosfataza koja hidrolizira g-6-p na slobodnu glukozu i fosfornu kis. Taj proces omogućava odlazak glukoze iz hepatocita u krv.

f-6-p se fosforiliše pod dejstvom fosfofruktokinaze i prelazi u fruktozo-1,6-difosfat.

Fruktozo-1,6-difosfat se razlaže na dioksiaceton-fosfat i glicerol-aldehid fosfat pod dejstvom fruktozo-difosfat-aldolaze.

Dioksiaceton-fosfat može nastati i iz glicerola. Glicerol se pod dejstvom glicerol-kinaze fosforiliše i prelazi u glicerol-3-fosfat, koji pod dejstvom glicerol-fosfat-dehidrogenaze prelazi u dioksi-aceton-fosfat. Ovaj proces je jedna od spona u metabolizmu masti i ugljičnih hidrata. Dioksiaceton-fosfat nastao iz glicerola se uključuje u glikolizu ili sintezu glukoze i glikogena, u zavisnosti od funkcionalnog stanja u organizmu.

Dalje, dioksiaceton-fosfat prelazi u glicerol-aldehid-fosfat pod dejstvom triozo-fosfat-izomeraze.

Glicerol-aldehid-fosfat se oksidiše, veže za sebe fosfornu kis i daje 1,3-difosfoglicerinsku kis, pod dejstvom glicerol-aldehid-fosfat-dehidrogenaze. S energetskog stanovišta, ovo je najvažnija reakcija glikolize jer je 1,3-difosfoglicerinska kis bogata energijom. Ona se u narednoj fazi koristi za sintezu ATP-a iz ADP i fosforne kis. Prebacivanje fosforne kis sa 1,3-difosfoglicerinske kis na ADP se vrši pod dejstvom fosfoglicerat-kinaze, a pri tom od 1,3-difosfoglicerinske kis nastaje 3-fosfoglicerinska kis.

3-fosfoglicerinska kis prelazi u 2-fosfoglicerinsku kis pod dejstvom fosfoglicerol-mutaze.

2-fosfoglicerolska kis dehidratacijom, pod dejstvom fosfopiruvat-hidrataze, daje fosfoenol-pirogrožđanu kis.

Fosfoenol-pirogrožđana kis je, kao enol-ester, bogata energijom. Ta energija se koristi za sintezu ATP-a iz ADP-a i fosforne kis. Tu reakciju katalizuje piruvat-kinaza. ATP koji ovako nastaje koristi se za fosforilaciju glukoze i fruktozo-6-fosfata.

Fosfoenol-pirogrožđana kis daje svoju fosfornu kis i energiju ADP-u, a od nje nastaje pirogrožđana kis.

Pirogrožđana kis prelazi u mliječnu kis, pod dejstvom laktat-dehidrogenaze. Tu završava proces mliječno-kiselinskog vrenja.

Laktat-dehidrogenaza je proteid enzim koji u procesu prevođenja pirogrožđane u mliječnu kis koristi redukovanu formu nikotinamid-adenin-dinukleotida NADH + H+. Redukovana forma ovog koenzima nastaje oksidacijom glicerol-aldehid-fosfata.

Ukupno enzima u cijelom procesu: 19

Alkoholno vrenje

1A.V

Odvija se u ćelijama kvaščevih gljivica, do pirogrožđane kis, ide preko istih intermedijernih jedinjenja i pod dejstvom istih enzima. Pirogrožđana kis prilikom alkoholnog vrenja procesom dekarboksilacije, a pod dejstvom piruvat-dekarboksilaze, prevodi se u acetaldehid.

Na acetaldehid djeluje alkohol-dehidrogenaza pri čemu on procesom redukcije prelazi u etanol.

Alkohol dehidrogenaza kao i laktat-dehidrogenaza ima isti koenzim.

Šema: glukoza = etanol + 2CO2

Energetski efekt anaerobne glikolize

Anaerobna glikoliza, koja se odvija u citoplazmi mišićnih ćelija, služi kao izvor energije za mišićne kontrakcije. Samo onaj dio energije koji se oslobađa u toku anaerobne glikolize, a prethodno se deponuje u ATP-u, koristi se za kontrakciju mišićnu kontrakciju. ATP je neposredni donator energije. U toku anaerobne glikolize on se i sintetiše, ali i troši.

REAKCIJE Molova ATP-aGlukoza + ATP = g-6-p + ADP -1

f-6-p + ATP = fruktozo-1,6-difosfat + ADP -1Fosfoenol-piruvat + ADP = piruvat + ATP +2

1,3-difosfoglicerat + ADP = 3-fosfoglicerat + ATP +2Čisti prinos po molu glukoze je: 2 ATP-a

AEROBNA GLIKOLIZA

Aerobna glikoliza je razlaganje glukoze uz prisustvo kisika, a odvija se u onim organima koji su dobro snadbjeveni kisikom. Odvija se preko istih intermedijernih jedinjenja kao i anaerobna do pirogrožđane kis. Jedina razlika je u ulozi redukovane forme nikotinamid-adenin-dinukleotida NADH+H+, koji nastaje oksidacijom glicerol-aldehid-fosfata. Redukovana forma ovog koenzima služi kod anaerobne glikolize za redukciju pirogrožđane kis.

Kod aerobne glikolize redukovana forma ovog koenzima odlazi u respiratorni lanac, gdje predaje vodike, a koenzim se reoksiduje. Vodici koji se predaju služe za sintezu ATP-a.

Prema tome, razlika između aerobne i anaerobne glikolize do pirogrožđane kis je u energetskom efektu, odnosno u prinosu ATP-a.

Po jednom molu redukovane forme koenzima u respiratornom lancu se sintetišu 3 mola ATP-a. Pošto iz jednog mola glukoze nastaju 2 mola redukovanog koenzima, u respiratornom lancu se sintetiše 6 molova ATP-a. Prema tome, aerobna glikoliza do pirogrožđane kis, direktno ili kroz respiratorni lanac, daje energiju za sintezu 8 molova ATP-a.

Pirogrožđana kis koja nastaje aerobnom glikolizom može ući u različite reakcije. Najvažniji put je njena oksidaciona dekarboksilacija na multienzimskom kompleksu u mitohondrijama uz prisustvo liponske kis i koenzima A. (o tome na str 274)

REAKCIJA Molovi ATP-aProces glikolize +2

Oksidacija glicerol-aldehid fosfata(respiratorni lanac)

+6

Oksidaciona dekarboksilacija pirogrožđane kis (respiratorni lanac)

+6

Čisti prinos molova ATP-a aerobnom glikolizom po jednom molu glikolize je

+14

1A.V

BIOSINTEZA (ANABOLIZAM) GLUKOZE I GLIKOGENA

Sinteza glukoze iz drugih ugljičnih hidrata (fruktoza, galaktoza, manoza) zove se glikogeneza, a sinteza glukoze iz nešećernih supstanci (mliječna i pirogrožđana kis, glicerol, većina aminokiselina) naziva se glikoneogeneza.

Sinteza glikogena zove se glikogenogeneza. Može se vršiti iz heksoza, pentoza, trioza, mliječne i pirogrožđane kis, glicerola i većine aminokiselina. Sve ove supstance zovu se glikogenoplastične ili glikogenogene. Glikogen ima najveću koncentraciju u jetri, a ima ga dosta i u poprečno-prugastim mišićima.

Mliječnokiselinskim vrenjem u mišićima nastaje mnogo mliječne kiseline, koja potom odlazi u jetru. Oko 70-80% mliječne kis u jetri odlazi u glikoneogenezu, a ostatak se razlaže u Krebsovom citratnom ciklusu.

Sinteza glukoze i glikogena iz mliječne kis se odvija preko niza intermedijernih jedinjenja. Ako uporedimo proces sinteze i razgradnje glukoze, možemo vidjeti da se ova dva suprotna procesa odvijaju pod dejstvom istih enzima. To su reverzibilne reakcije čiji smjer zavisi od funkcionalnog stanja organizma. Ako organizam miruje, dominiraju procesi glikoneogeneze, a ako se kreće, vrši se glikoliza koja daje energiju za mišićnu kontrakciju.

Mliječna kis u glikoneogenezi pod dejstvom laktat-dehidrogenaze prelazi u pirogrožđanu kis. Ova reakcija je reverzibilna. Prevođenje pirogrožđane kis u fosfoenol-pirogrožđanu se ne odvija pod dejstvom piruvat-kinaze jer je razlaganje fosfoenol-pirogrožđane kis egzergonična reakcija koja je praktično ireverzibilna.

Prevođenje pirogrožđane u fosfoenol-pirogrožđanu se vrši preko oksalsirćetne kis. Naime, pod dejstvom piruvat karboksilaze, uz prisustvo biotina i ATP-a, dolazi do karboksilacije pirogrožđane kis, pri čemu nastaje oksalsirćetna kis.

Potom dolazi do dekarboksilacije i fosforilacije oksalsirćetne kis pod dejstvom fosfoenol-piruvat-karboksilaze. Fosforna kis i energija se dobije od GTP-a.

Od fosfoenol-pirogrožđane kis do g-1-p glikogeneza se odvija preko istih intermedijernih jedinjenja, i pod djelovanjem istih enzima kao i proces glikolize, samo obrnutim smjerom.

Ukupno enzima u cijelom procesu: 19

METABOLIZAM FRUKTOZE

Fruktoza se u procesu glikolize javlja u obliku estera sa fosfornom kiselinom (f-6-p i f-1,6-difosfat).

Svakodnevno se unosi u organizam u sastavu saharoze, te voća. U probavnom traktu saharoza se pod dejstvom saharaze razlaže na glukozu i fruktozu. Fruktoza se daleko sporije resorbuje iz crijevnog sadržaja u krv od glukoze, jer se to vrši difuzijom, a glukoza aktivnim transportom.

Fruktoza se pod dejstvom keto-heksokinaze fosforiliše, pri čemu daje f-1-p. Energiju i fosfornu kis dobije od ATP-a.

f-1-p pod dejstvom 1-fosfofruktoaldoze se razlaže na dioksiaceton-fosfat i glicerol-aldehid. Dioksiaceton-fosfat se direktno uključuje u glikolizu. Glicerol aldehid ima više pravaca.

Prvi pravac: fosforilacija glicerol-aldehida uz prisustvo ATP-a, u glicerol-aldehid-3-fosfat, čime je omogućen ulazak glicerol-aldehida u glikolizu ili glikoneogenezu.

Drugi pravac: glicerol-aldehid se u manjoj mjeri redukuje pod dejstvom alkohol-dehidrogenaze, uz prisustvo redukovane forme nikotinamid-dinukleotida NADH + H+ u glicerol, koji ulazi u sastav glicerida.

1A.V

Treći pravac: oksidacija glicerol-aldehida u glicerolsku kis, koja se fosforiliše u 3-fosfoglicerolsku kis i uključuje u metabolizam glukoze.

METABOLIZAM GALAKTOZE

Galaktoza se unosi u organizam u sastavu laktoze. U probavnom traktu laktoza se pod dejstvom β-galaktozidaze razlaže na glukozu i galaktozu. Galaktoza se nešto brže resorbuje od glukoze. Pri resorpciji se, kao i glukoza, fosforiliše uz prisustvo ATP-a.

Galaktoza kao epimer glukoze može u jetri nastati procesom epimeracije iz glukoze. U organizmu ima više pravaca metabolizma.

Prvi pravac: epimeracijom se prevodi u glukozu i uključuje u metabolizam glukoze. Osim toga, služi za sintezu hondrozamina, i na kraju, u mlječnim žlijezdama za vrijeme laktacije se spaja s glukozom i daje laktozu.

Prevođenje galaktoze u glukozu se odvija u 3 faze:

1. Faza: galaktoza + ATP = galaktozo-1-fosfat + ADP2. Faza: galaktozo-1-p + UDP-glukoza = g-1-p + UDP-galaktoza3. Faza: UDP-galaktoza = UDP-glukoza

Galaktoza se pod dejstvom galaktokinaze (1) uz ATP fosforiliše u galaktoza-1-fosfat, pri čemu se izdvoji ADP. U drugoj fazi galaktozo-1-p reaguje s aktiviranom glukozom (UDP-glukoza) pod dejstvom galaktozo-1-fosfat-uridil-transferaze, pri čemu nastaje aktivirana galaktoza i g-1-p. U trećoj fazi aktivirana galaktoza pod dejstvom UDP-glukozo-epimeraze prelazi u UDP-glukozu.

POREMEĆAJI PROMETA UGLJIKOHIDRATA

Anomalije u metabolizmu glikogena – glikogenoze

Glikogenoze su nasljedna oboljenja pri kojima se javlja nagomilavanje glikogena u pojedinim organima. To su enzimopatije, tj posljedica su nedostatka pojedinih enzima koji učestvuju u metabolizmu glikogena.

1. Glikogenoza tipa I ili von Gierkova bolest javlja se kao posljedica nedostatka glukozo-6-fosfataze. Ovaj enzim je karakterističan samo za hepatocite. Ako ga nema, dolazi do nagomilavanja g-6-p u hepatocitima.

2. Glikogenoza tipa II ili Pompeova bolest je generalizirana bolest, dolazi do nagomilavanja glikogena u svim organima, a naročito u srcu. Posljedica je nedostatka α-glukozidaze. To je najteži tip bolesti, uzrokuje smrt u najranijoj životnoj dobi.

3. Glikogenoza tipa III ili Corijeva bolest ili granična dekstrinoza je posljedica nedostatka genetskog koda za sintezu enzima dekstrin-1,6-glukozidaze. Zato ne dolazi do razgradnje graničnih dekstrina, a struktura glikogena je abnormalna. Letalna je bolest.

4. Glikogenoza tipa AV, Andersenova bolest ili amilopektinoza je pojava atipičnog glikogena koji podsjeća na amilopektin škroba. Znači, jako je razgranat. Posljedica je nedostatka Q-enzima, koji vrši razgranjavanje molekule pretvarajući α-1,4- u β-1,6-glikozidne veze.

5. Glikogenoza tipa V je vrlo rijetka bolest nagomilavanja glikogena u mišićnim ćelijama. Posljedica ne nedostatka mišićne fosforilaze.

1A.V

6. Glikogenoza tipa VI ili Hersova bolest – nedostatak ili jako snižena aktivnost jetrene fosforilaze.

METABOLIZAM MASTI

Probava i resorpcija masti

Probava masti započinje u duodenumu pod dejstvom pankreasne lipaze. Lipaza se u želudačnom soku sreće samo u tragu, pa je njen značaj za probavu masti mali. Za djelovanje lipaze potrebno je prisustvo žučnih kiselina. Soli žučnih kiselina aktiviraju lipazu i vrše emulgovanje masti, čime omogućuju kontakt između masti i lipaze.

U želudačnom soku nema soli žučnih kis, pa želudačna lipaza može razgraditi samo one masti koje u hrani dolazi u obliku emulzija. To su masti mlijeka i žumanceta jaja.

Pankreasna lipaza hidrolizira esterske veze između glicerola i masnih kiselina i to pretežno u α- i α1- položaju. Lipaza iz crijevnog soka djeluje na esterske veze kao i pankreasna lipaza, ali pri družem kontaktu razlaže i estersku vezu u β-položaju. Trigliceridi se pod dejstvom lipaze sukcesivno razlažu do diglicerida i monoglicerida, odnosno do masnih kis i trihidroksilnog alkohola glicerola.

Glicerol je rastvorljiv u vodi i lahko se resorbuje. Masne kis nisu rastvorljive u vodi, i one se resorbuju na više načina:

1. Najveći dio masnih kis se resorbuje u obliku β-monoglicerida.2. Jedan dio masnih kis sa žučnih kis gradi kompleksa jedinjenja – holeinske kis, koja su rastvorljiva u vodi i tako

se resorbuju. U epitelu sluznice ova jedinjenja se razlažu na masne kis, koje reaguju sa monogliceridima i digliceridima, daju trigliceride, a žučne kis preko krvi odlaze u jetru, a zatim preko žuči opet u duodenum. To je enterohepatalno kruženje žučnih kis.

3. Drugi dio masnih kis gradi estere sa holesterolom i u tom obliku se resorbuju.

Nakon resorpcije i resinteze, u obliku sitnih kapljica, najvećim dijelom odlaze u centralni limfni sinus crijevnih resica, a zatim preko limfnih sudova Ductus thoracicusa u vensku krv. U krvi se masti nalaze u obliku sitnih kapljica, hilomikrona.

Mast se deponuje u masne depoe (potkožno masno tkivo, omentum), a manji dio poslije resorpcije odlazi portalnim krvotokom u jetru.

Mast služi kao rezervna tvar zahvaljujući velikoj kaloričnoj vrijednosti i nerastvorljivosti u vodi. Kalorična vrijednost masti je 38,929 MJ/kg, a ugljikohidrata i proteina 17,162 MJ/kg.

Zahvaljujući nerastvorljivosti u vodi, masti deponovane u organizmu ne remete tjelesne homeostaze.

Mast se u ćelijama razlaže na glicerol i masne kis, pod dejstvom ćelijske lipaze. Glicerol se uključuje u metabolizam glukoze, a masne kis odlaze u krv, gdje se vežu za proteine i transportuju u jetru. Aktivator ćelijske lipaze je ciklični adenozin-monofosfat 3,5-ciko-AMP. Adrenalin aktiviranjem adenilat-ciklaze ubrzava sintezu cAMP i tako djeluje lipolitički.

β-OKSIDACIJA MASNIH KISELINA – katabolizam

U jetri se masne kis razlažu procesom β-oksidacije. β-oksidaciji prethodi aktiviranje masnih kis koju katalizira acil-CoA-sintetaza. Aktivacija se vrši u dvije faze, a energiju daje ATP.

I faza: masna kis + ATP = acil-AMP + pirofosforna kis

1A.V

II faza: acil-AMP + CoA = acil-CoA + AMP

Na aktiviranu masnu kis, tj acil-CoA, djeluje acil-CoA-dehidrogenaza (proteid enzim, koenzim FAD). Odvajanjem 2 vodika nastaje nezasićena masna kis sa dvostrukom vezom između α i β C atoma.

Potom se adira molekula vode pod dejstvom enoil-CoA-hidrataze i nastaje β-hidroksi-acil-CoA.

Od β-hidroksi-acil-CoA, pod dejstvom β-hidroksi-acil-CoA-dehidrogenaze, nastaje β-keto-acil-CoA, koji je za 2 C atoma kraći od masne kis koja je ušla u β-oksidaciju.

Na nastali acil-CoA ponovo djeluje acil-CoA-dehidrogenaza, i proces se nastavlja sve dok se masna kis ne razloži na konačni produkt β-oksidacije, a to je acetil-CoA.

Energetski efekat β-oksidacije je vezan za respiratorni lanac. Konačni prinos je 34 mola ATP-a.

Anabolizam masnih kis odvija se u citoplazmi ćelija na multienzimskom kompleksu.

KREBS-MARTIUSOV CITRATNI CIKLUS

Krebsov citratni ciklus je sistem reakcija kojima se dovršava razlaganje šećera, masnih kis i nekih aminokiselina. Prema tome, ovaj ciklus se nastavlja na glikolizu, β-oksidaciju masnih kis i oksidacionu dezaminaciju nekih aminokiselina.

Prvi član ciklusa je limunska kis, koja nastaje od acetil-CoA i oksalsirćetne kis pod dejstvom citrat-sintaze.

Acetil-CoA može nastati iz glukoze, masnih kis i aminokiselina (triptofan, izoleucin, leucin, fenil-alanin, tirozin i lizin). Služi za sintezu holesterola i masnih kis, a kod Diabetes melitusa za sintezu acetonskih tijela (aceton, acetosirćetna i β-oksibuterna kis).

Limunska kis pod dejstvom akonitat hidrataze prelazi preko cis-akonitske u izolimunsku kis.

Sve ove kis imaju po tri karboksilne grupe, pa se po njima Krebsov ciklus zove i ciklus trikarboksilnih kis.

Izolimunska kiselina dekarboksilacijom i oksidacijom, pod dejstvom izocitrat-dehidrogenaze prelazi u α-keto-glutarnu kis.

α-keto-glutarna kis složenim hemijskim procesom (str 275) pod dejstvom multienzimskog kompleksa uz prisustvo CoA, liponske kis i tiamin-pirofosfata, prelazi u sukcinil-CoA, jedinjenje bogato energijom.

Sukcinil-CoA, zajedno sa glicinom, služi za biosintezu hema.

Sukcinil-CoA prelazi u sukcinalnu ili ćilibarnu kis, pod dejstvom sukcinil-CoA-sintetaze, uz prisustvo GDP-a i fosforne kis. Energija koja se dobije razlaganjem sukcinil-CoA koristi se za sintezu GTP-a.

Sukcinalna ili ćilibarna kis može nastati i iz metionina, valina i izoleucina.

Sukcinalna kis prelazi u fumarnu pod dejstvom sukcinat-dehidrogenaze.

Fumarna kis može nastati iz fenil-alanin i tirozina, a oslobađa se kao intermedijerno jedinjenje u Krebsovom ornitinskom ciklusu.

1A.V

Fumarna kis veže molekulu vode pod dejstvom fumarat-hidrataze i prelazi u jabučnu kis.

Jabučna kis pod djelovanjem malat-dehidrogenaze prelazi u oksalsirćetnu kis, i time se završava Krebsov citratni ciklus.

Energetski prinos: po jednom molu glukoze sintetiše se 24 mola ATP-a, a po molu palmitinske kis ili 8 molova acetil-CoA, koji nastaju β-oksidacijom, sintetiše se 96 molova ATP-a.

Veza Krebsovog citratnog ciklusa i glikolize. Najviše mliječne kis nastaje anaerobnog glikolizom za vrijeme mišićnog rada. Iz mišićnih ćelija mliječna kis odlazi u jetru, gdje se dalje metaboliše. Jedan ido odlazi preko pirogrožđane kis u citratni ciklus, a drugi (70%) služi za resintezu glukoze (glukoneogeneza). Jedan dio pirogrožđane kis karboksilacijom prelazi u oksal-sirćetnu kis, a drugi se prevodi u acetil-CoA. Spajanjem acetil-CoA i oksalsirćetne kis, pod dejstvom citrat-sintaze, nastaje limunska kis i time počinje Krebsov ciklus. Prema tome, Krebsov citratni ciklus se nastavlja na glikolizu i služi za dovršavanje razgradnje glukoze do CO2 i vode. CO2 se oslobađa dekarboksilacijom u citratnom ciklusu. Voda nastaje u respiratornom lancu, od vodika iz citratnog ciklusa, i udahnutog kisika.

Veza citratnog ciklusa i β-oksidacije masnih kiselina. Kao konačni produkt β-oksidacije masnih kis nastaje acetil-CoA. Acetil-CoA reaguje sa oksal-sirćetnom kis, koja nastaje karboksilacijom pirogrožđane kis. Iz ove reakcije se oslobađa limunska kis. Prema tome, uslov za konačno razlaganje masnih kiselina u citratnom ciklusu je prisustvo dovoljne količine oksal-sirćetne kiseline, odnosno normalan metabolizam ugljičinih hidrata. Stoga se kaže da „Masti sagorijevaju na vetri ugljičnih hidrata.“

Kod bolesnika sa šećernom bolesti u krvi postoji višak glukoze – hiperglikemija, a u ćelijama fali glukoze. Zbog toga, citratni ciklus je insuficijentan, pa se u organizmu nagomilava acetil-CoA, koji odlazi u proces ketogeneze, tj sinteze acetonskih tijela: acetona, aceto-sirćetne kis i β-oksibuterne kis. Nagomijavanje acetonskih tijela u krvi zove se ketonemija, a njihova pojava u mokraći, ketonurija.

Krebsov ciklus, β-oksidacija masnih kis i respiratorni lanac odvijaju se u mitohondrijama. Zahvaljujući prisustvu enzima koji kataliziraju ove složene enzimske reakcije na relativno malom prostoru, omogućen je kontakt između ovih procesa i prenošenje vodika koji nastaje od masnih kiselina β-oksidacijom i nekih kiselina citratnog ciklusa u respiratorni lanac.

Veza Krebsovog citratnog ciklusa i metabolizma aminokiselina***

METABOLIZAM HOLESTEROLA

Holesterol u organizmu je uglavnom endogenog porijekla, tj sintetiše se jetri, kori nadbubrežne žlijezde, testisima, koži i aorti. U manjoj mjeri ima egzogeno porijeklo – unosi se preko hrane životinjskog porijeka.

Holesterol služi kao početna supstanca za sintezu steroidnih hormona kore nadbubrežne žlijezde (kortikosteroidi) i hormona polnih žlijezda, a djelomično služi kao početno jedinjenje za sintezu žučnih kiselina, a djelomično se i razgrađuje, pri čemu od holesterola nastaju masne kiseline.

Holesterol se u sastavu žuči luči u tanko crijevo. Veći dio se ponovo resorbuje, a manji dio pod utjecajem crijevne flore se redukuje u koprosterol i u sastavu fecesa se izbacuje iz organizma.

Početna supstanca za sintezu holesterola je acetil-CoA, koji najveći dijelom nastaje β-oksidacijom masnih kiselina.

Spajaju se 2 molekule acetil-CoA uz izdvajanje jedne molekule CoA, i nastaje acetoaceti-CoA.

Acetoaceti-CoA djeluje sa trećom molekulom acetil-CoA i uz izdvajanje CoA daje β-hidroksi- β-metil-glutaril-CoA.

1A.V

β-hidroksi- β-metil-glutaril-CoA se uz izdvajanje CoA redukuje u mevalonsku kiselinu. Za ovu redukciju se iskoriste 2 mola redukovane forme NADPH + H+ po molu β-hidroksi- β-metil-glutaril-CoA.

Mevalonska kis se fosforiliše pod dejstvom mevalonat-kinaze uz utrošak 2 mola ATP-a po molu mevalonske kis i nastaje difosfat mevalonske kis.

Difosfat mevalonske kis dekarboksilacijom i dehidratacijom, uz utrošak 1 mola ATP-a daje izopentenil-pirofosfat ili aktivni izopren.

Aktivni izopren je nezasićeno jedinjenje od 5 C atoma, gdje su 4 u osnovnom lancu, a peti u bočno postavljenoj metilnoj grupi.

Aktivni izopren izomeracijom prelazi u dimetil-alil-pirofosfat.

Dimetil-alil-pirofosfat u reakciji sa novom molekulom aktivnom izoprena daje geranil pirofosfat, uz izdvajanje pirofosforne kis.

Geranil u svojoj strukturi sadrži 2 izoprena, tj 10 C atoma.

Geranil-pirofosfat reaguje sa trećom molekulom aktivnog izoprena pri čemu daje farnezil-pirofosfat, uz izdvajanje pirosforne kiseline.

Farnezil-pirofosfat je građen od 3 izoprena, a sadrži 15 C atoma.

Dvije molekule farnezil-pirofosfata reaguju i daju skvalen, jedinjenje od 30 C atoma. Kao sporedni produkt izdvaja se pirofosforna kiselina.

Zatvaranjem ciklo-pentano-perhidro-fenantrenskog prstena, skvalen prelazi u prvo diklično jedinjenje – lanosterol.

Lanosterol ima 3 metilne grupe više od holesterola i jednu dvostruku vezu na bočnom lancu. Prevođenje lanosterola u holesterol vrši se preko zimosterola i desmosterola.

Zimosterol iz lanosterola nastaje izdvajanjem 3 metilne grupe procesom oksidacije pri čemu one prelaze u CO2.

Izomeracijom zimosterol prelazi u desmosterol pri čemu se promijeni položaj dvostruke veze.

Desmosterol redukcijom, tj vezivanjem dva vodikova atoma na dvostruku vezu, pod dejstvom desmosterol-reduktaze (proteid enzim, koenzim NADPH + H+), prelazi u holesterol.

BIOSINTEZA ŽUČNIH KISELINA

Početna supstanca je holesterol. Sinteza se odvija u jetri.

Prva reakcija je hidroksilacija C atoma u položaju 7 pri čemu holesterol prelazi u 7-hidroksiholesterol.

Nakon toga se vrši redukcija i pošto se izgubi dvostruka veza, 7-hidroksiholesterol prelazi u 3,7-dihidroksi-koprostan.

Manjim dijelom dihidroksi-koprostan prelazi u henodezoksiholnu kiselinu prevođenjem bočnog lanca, koji je po hemijskom sastavu trimetil-pentan, u izovalerijansku kiselinu.

1A.V

Većim dijelom dihidroksi-koprostan podliježe hidroksilaciji u položaju 12 pa daje 3,7,12-trihidroksi-koprostan. Nakon toga se transformiše bočni lanac u holnu kiselinu.

Redukcijom holne kiseline nastaje dezoksiholna i litoholna kiselina. Žučne kiseline konjugiraju sa taurinom ili glicinom uz utrošak ATP-a i učešće koenzima A, formirajući:

- S holnom – tauroholnu ili glikoholnu kiselinu,- S dezoksiholnom – taurodezoksiholnu ili glikodezoksiholnu kiselinu.

U žuči se konjugirane žučne kiseline nalaze u obliku soli sa Na, kao Na-tauroholat, Na-glikoholat.

Žučne kis se sa taurinom odnosno glicinom povezuju peptidnom vezom. Prije toga se aktiviraju i prelaze u hohil-CoA.

Soli žučnih kis su površinski aktivne tvari, služe za emulziju masti, a i aktivatori su lipaze. Spajaju se sa masnim kiselinama i daju kompleksno jedinjenje – holeinsku kiselinu koja je rastvorljiva u vodi, te služe kao rastvarač holesterola.

POREMEĆAJU INTERMEDIJERNOG METABOLIZMA LIPIDA

Ketogeneza

Ketogeneza je sinteza acetonskih tijela. Tu spadaju aceton, β-oksi-buterna kiselina i aceto-sirćetna kiselina. Nagomilavanje acetonskih tijela u organizmu naziva se ketoza, a javlja se u slučaju diabetes mellitusa i gladovanja. Uzrok ketoze je nedostatak ugljičnih hidrata, i to prije svega glukoze u ćelijama. Manjak glukoze u ćelijama prilikom gladovanja je posljedica neunošenja hrane, a kod šećerne bolesti, zbog nedostatka inzulina, usporen je transport glukoze iz krvi u ćelije. U krvi se javlja hiperglikemija koja dovodi do glikozurije. Glikozurija, tj pojava glukoze u urinu, izaziva povećano unošenje vode, odnosno polidipsiju. Kao posjedica gubitka glukoze, javlja se polifagija, tj povećano unošenje hrane, a i povećana razgradnja masti. Konačni produkt razlaganja masnih kiselina β-oksidacijom je acetil-CoA. Acetil-CoA nastaje i pri katabolizmu nekih aminokiselina koje se zovu ketogene ili ketoplastične. Aceti-CoA ima više pravaca daljeg metabolizma. Jedan dio se spaja sa oksal-sirćetnom kiselinom i odlazi u Krebsov ciklus, drugi služi kao početna supstanca za anabolizam masnih kiselina, a treći služi za sintezu holesterola, a preko njega i za sintezu žučnih kis i steroidnih hormona.

U uslovima šećerne bolesti ili gladovanja, zbog nedostatka glukoze u ćelijama, nema dovoljno pirogrožđane i oksalsirćetne kiseine, pa je smanjen kapacitet Krebs-Martiusovog citratnog ciklusa. Zato se nagomilava aceti-CoA i odlazi u ketogenezu.

Ketogeneza u bubrezima i jetri se razlikuju. U bubrezima, 2 molekule acetil-CoA, uz izdvajanje CoA, daju acetocetil-CoA.

Acetoacetil-CoA stupa u reakciju s ćilibarnom kis i daje sukcinil-CoA, koji se uključuje u citratni ciklus, i acetosirćetnu kiselinu, kao prvo acetonsko tijelo.

Dekarboksilacijom acetosirćetne kis dobije se aceton, a njegovom redukcijom oksibuterna kis.

U jetri, također, reaguju 2 molekule acetil-CoA i daju acetoacetil-CoA.

Dalje acetoacetil-CoA reaguje sa trećom molekulom acetil-CoA i daje β-hidroksi- β-metil-glutaril-CoA.

Do ove faze ketogeneza i sinteza holesterola se odvijaju preko istih intermedijernih produkata.

Dalje se izdvaja molekula aceti-CoA i dobije se acetosirćetna kis, koja dekarboksilacijom prelazi u aceton, a redukcijom u β-oksibuternu kis.

1A.V

Nagomilavanje acetonskih tijela dovodi do acidoze i drugih toksičnih pojava, koje mogu dovesti do diabetičke kome i smrti.

METABOLIZAM BJELANČEVINA

Hranljive tvari biljnog porijekla, kao što su: krompir, kupus, mrkva i cvekla, te hljeb, sadrže malo bjelančevina. Najviše bjelančeina se nalazi se soji, grašku, mesu, ribi i siru.

Bilans azota je razlika između količine azota unesenog u organizam u sastavu hrane, i količine azota izlučenog iz organizma u obliku raspadnih produkata. Može biti pozitivan, negativan i uravnotežen.

Uravnotežen bilans susrećemo kod organizama kod kojih se izluči onoliko azota koliko se unese, tj kod zdravih odraslih ljudi.

Pozitivan bilans susrećemo kod organizama kod kojih se izluči manje azota nego što se unese hranom. Pozitivan bilans imaju mladi u razvoju, tokom intenzivnog rasta, žene za vrijeme trudnoće, te ljudi u peridu oporavka poslije preležane teže bolesti.

Negativan bilans susrećemo kod organizama kod kojih se izluči više azota nego što se hranom unese. Negativan bilans govori o povećanom razlaganju bjelančevina u organizmu, što se ne može kompenzirati bjelančevinama iz hrane. To se javlja u slučaju nekih bolesti i gladovanja.

Minimalna količina bjelančevina koju treba unijeti hranom da bi se održala azotna ravnoteža zove se proteinski minimum – 1 – 1,5 g / kg tjelesne mase dnevno, kod djece od 1-3 god 3,5 g/kg, kod mladih od 15 – 17 god te kod žena u drugoj polovini trudnoće 2g/kg.

Probava proteina i resorpcija aminokiselina

Probava proteina počinje u želucu, pod dejstvom pepsina, kojeg luče glavne ćelije gastričnih žlijezda u proenzimskoj ili zimogenoj formi – pepsinogen. Aktivacija pepsinogena se vrši autokatalitički pod djelovanjem pepsina, uz prisustvo HCl-a, pri čemu se oslobađa 9 peptida. Brzina aktivacije zavisi od pH želuca, najbrža je pri pH od 1,5 – 2, što je ujedno i optimalna pH za aktivaciju pepsina. Pepsin je po djelovanju endopeptidaza koja razlaže peptidne veze unutar molekule proteina. Pepsin najbrže razlaže peptidne veze koje su građene od amino-grupe aromatskih i karboksilne grupe dikarboksilnih aminokiselina. Pepsin djeluje na bjelančevine koje su denaturisane pod djelovanjem solne kiseline, a produkti su smjese peptida – albumoze i peptoni. Pri djelovanju pepsina ne oslobađaju se aminokiseline.

Osim pepsina, u želudanom soku nalazi se i enzim himozin ili renin, koji procesom hidrolize prevodi kazein u parakazein. Optimalna pH himozina je 5.

Hrana u želucu se zadržava 1-4 sata. To je kiselo varenje. Po završetku kiselog varenja, hrana odlazi u duodenum, gdje se nastavlja probava proteina u alkalnoj sredini pod djelovanjem tripsina i himotripsina. Alkalnu sredinu osiguravaju NaHCO3 iz pankreasnog, crijevnog soka te žuči. Tripsin i himotripsin su kao i pepsin po djelovajnju endopeptidaze, a luče iz egzokrini pankreas u proenzimskoj ili zimogenoj formi – tripsinogen tj himotripsinogen.

Tripsinogen se aktivira na dva načina: autokatalitički pod djelovanjem tripsina iz želuca i pod dejstvom enteropeptidaze, enzima koji luči sluzokoža tankog crijeva.

Himotripsinogen prelazi u aktivnu formu djelovanjem tripsina. Optimalna pH za njihovo djelovanje je 8. Tripsin katalizuje hidrolizu peptidne veze u čijoj izgradnji učestvuje karboksilna grupa lizina ili arginina, a himotripsin razlaže

1A.V

peptidne veze u čijoj izgradnji učestvuje karboksilna grupa jedne aromatske aminokiseline. Kao produkti njihovog djelovanja oslobađa se smjesa peptida, ali i slobodne aminokiseline.

Na raspadne produkte proteina nastalih djelovanjem pepsina, tripsina i himotripsina djeluju egzopeptidaze: karboksipeptidaza, aminopeptidaza i dipeptidaza.

Karboksipeptidaza djeluje na peptidne veze u čiju izgradnju ulazi amino-grupa C-terminalne aminokiseline, a aminopeptidaza na peptidne veze u čijoj izgradnji učestvuje karboksilna grupa N-terminalne aminokiseline. Dipeptidaza razlaže dipeptide cijepajući ih na dvije aminokiseline.

U toku dana u prosjeku se probavi oko 100g proteina koje se unesu ishranom, a probavi se i oko 140g proteina iz digestivnih sokova (pljuvačka, želudačni, pankreasni i crijevni sok, te žuč).

Aminokiseline se iz crijevnog sadržaja resorbuju aktivnim transportom. Pri nekim crijevnim oboljenjima kroz oštećenu sluzokožu se mogu resorbovati i proteini, što može dovesti do enteralne senzibilizacije organizma.

OSNOVNI PROCESI U METABOLIZMU AMINOKISELINA

To su: dekarboksilacija, dezaminacija i transaminacija.

Dekarboksilacijom nastaju biogeni amini i CO2. Ovaj proces se vrši pod dejstvom odgovarajućih dekarboksilaza, čiji je koenzim piridoksal-fosfat. Piridoksal-fosfat s aminokiselinama staa intermedijerno jedinjenje koje se zove Schiffova baza. Dekarboksilacijom Schiffova baza prelazi u mezomerni oblik, a potom hidrolizom se razlaže na biogeni amin i piridoksal-fosfat.

Biogeni amini imaju značajne uloge kao što su farmakološko djelovanje i sirovine su za biosintezu hormona ili koenzima.

U debelom crijevu, procesima truljenja koji obuhvataju dekarboksilaciju aminokiselina, od ornitina nastaje putrescin, od lizina kadaverin, od histidina histamin, od tirozina tiramin, od metionina spermidin i spermin.

Histamin i tiramin su tkivni hormoni, putrescin i kadaverin se nalaze u ribosomima, a spermin i spermidin se nalaze u sjemenoj tekućini i ribosomima. Od spermina i spermidina potječe karakterističan miris ejakulata.

Dezaminacija je odvajanje amino-grupe od aminokiselina. Razlikuju se 3 tipa: oksidaciona, redukciona i hidrolitička. Kod sva tri tipa amino-grupa se odvaja u obliku amonijaka.

Oksidativnom dezaminacijom osim amonijaka nastaje i α-keto-kiselina, a redukcionom odgovarajuća organska kis s istim brojem C atoma kao i polazna aminokiselina, a hidrolitičkom nastaje α-oksikiselina.

Za čovječiji organizam najvažnija je oksidaciona dezaminacija. Dezaminaciji podliježu i amini. Nastali produkti imaju različite puteve daljeg metabolizma. Jedni odlaze u Krebsov citratni ciklus i razlažu se do CO2 i vode, drugi odlaze u proces glikoneogeneze i služe za sintezu glikogena i glukoze, pa se još zovu i glikogenoplastične aminokiseline. Treći ulaze u proces transaminacije kao akceptori amino-grupa i služe za ponovnu sintezu aminokiselina. Konačno, jedan dio produkata preko acetil-CoA se uključuju ili u citratni ciklus ili u metabolizam masti.

Transaminacija je prenošenje amino-grupe od donatora na akceptora. Donatori su aminokiseline, a akceptori odgovarajuće α-keto-kiseline. Transaminacijom se mogu sintetizirati one aminokiseline za koje postoji odgovarajuća α-keto-kiselina. Napr, amino-grupa raznih aminokiselina se prenosi na α-keto-glutarnu kiselinu, pri čemu nastaje glutaminska kis. Glutaminska kis dezaminacijom ponovo prelazi u α-keto-glutarnu kis, a amonijak odlazi u Krebsov ornitinski ciklus sinteze uree. Ovaj smjer procesa se odvija ako u organizmu dominira katabolizam navedenih aminokiselina.

1A.V

KREBS-HENSELEITOV ORNITINSKI CIKLUS SINTEZE UREE

Dezaminacijom nastaje amonijak. Najviše amonijaka nastaje dezaminacijom glutaminske kis, koja se pod djelovanjem glutamat-dehidrogenaze razlaže na α-keto-glutarnu kiselinu i amonijak. Kod odraslog čovjeka dezaminacijom u toku dana nastaje oko 20 g amonijaka.

Ako bi se svih 20 g lučilo u takvom obliku u sastovu mokraće, ona bi bila jako alkalna i djelovala bi korozivno na urinarni trakt. Stoga se složenim enzimskim procesom prevodi amonijak u ureu, koja je amfoterna. Sinteza uree se odvija u mitohondrijama hepatocita. Ako je jetra oštećena, raste koncentracija amonijaka u krvi, a uree opada. Svih 20 g amonijaka ne odlazi u ureu. Manji dio se izluči mokraćom u obliku amonijum-soli raznih kiselina, pogotovo organskih. Odnos amonijaka koji odlazi u ureu i amonijaka koji se luči u obliku amonijum-soli kod čovjeka u mirovanju je 20:1.

Kod zdravih ljudi u toku dana se luči manje od 1g amonijaka u obliku soli. U slučaju acidoze lučenje se povećava, jer se smanjuje aktivnost arginaze i usporava brzina odvijanja ornitinskog ciklusa. Pri tome se odnos mijenja na 10:1. Kod alkaloze aktivnost arginaze raste, jer je optimalna pH ovog enzima 9,8. Odnos se mijenja na 30:1.

Amonijak i CO2 pod dejstvom karbamil-fosfat sintaze se spajaju uz utrošak 2 mola ATP-a i daju karbamil-fosfat. Karbamil-fosfat je jedinjenje bogato energijom koju dobije od ATP-a.

Karbamil-grupa se prenosi na aminokiselinu ornitin i nastaje citrulin. To katalizira ornitin-karbamil-trasferaza.

Dalje, iz citrulina i asparaginske kis, uz utrošak 1 mola ATP-a i uz arginin-sukcinat-sintetazu, nastaje arginin-sukcinat.

Argini-sukcinat se razlaže na arginin i fumarnu kis pod dejstvom arginin-sukcinat-liaze.

Fumarna kis se uključuje u Krebsov citratni ciklus, a argini se hidrolizira na ornitin i ureu pod dejstvom arginaze.

Ornitin opet stupa u reakciju sa karbamil-fosfatom i tako se amonijak prevodi u ureu.

Kod zdravih ljudi u krvi ima 2,5-6,7 mmol/L uree.

METABOLIZAM GLICINA

Glicin je najjednostavnija aminokiselina. U organizmu može nastati iz sarkozina, glioksalne kis i serina. Sarkozin (metil-glicin) se razlaže na glicin i formaldehid pod dejstvom sarkozin-oksidaze.

Formaldehid prelazi u aktivni formijat pod dejstvom formaldehid-dehidrogenaze, koji služi za mnoge organske sinteze.

Glicin može nastati iz glioksalne kis pod dejstvom glicin-aminotrasferaze. Ova reakcija je reverzibilna. Kao donator amino-grupe služi glutaminska kis. Glioksalna kis se može oksidirati u oksalnu kis pod dejstvom glioksalat-oksidaze. Oksalna kis dekarboksilacijom također daje aktivni formijat.

Glavni izvor glicina u organizmu je aminokiselina serin. Razlaganje serina na glicin i aktivni formijat je reverzibilan proces koji se odvija pod dejstvom serin-hidroksimetil-transferaze. Tu učestvuje vitamin tetrahidrogolna kis, koja na sebe prima aktivni formijat i prelazi u metilentetrahidrofolnu kis.

Biosinteza kreatina

Za biosintezu kreatina koristi se glicin i arginin. Pod dejstvom glicin-amidino-transferaze prenosi se amidinska grupa sa arginina na glicin, dajući gvanidino-sirćetnu kis i ornitin.

1A.V

Gvanidino-sirćetna kis se metilira, a donor metilne grupe je metionin, koji prelazi u homocistein. Metilacijom nastaje kreatin, koji pod dejstvom kreatin-kinaze, uz ATP, prelazi u kreatin-fosfat.

Kreatin-fosfat je bogat energijom, nalazi se u mišićima, CNS-u i dr. Koncentracija u krvi iznosti 14,1 – 35,3 µmol/L. Do puberteta izlučuje se putem bubrega, uglavnom nepromijenjen, a poslije najvećim dijelom prelazi u kreatinin, tj anhidrid kreatina čija je konc kod odraslih ljudi 53-107 µmol/L.

Biosinteza glutationa

Glutation je tripeptid u čijoj izgradnji učestvuju glutaminska kis, cistein i glicin. Sinteza se odvija u dvije faze.

U prvoj fazi nastaje dipeptid glutaminil-cistein, pod dejstvom glutaminil-cistein-sintetaze, uz ATP.

U drugoj fazi ovaj dipeptid djeluje sa glicinom, uz glutation-sintetazu, pri čemu nastaje glutation ili glutaminil-cisteil-glicin.

Glutation u organizmu je značajan redox sistem, koji dehidrogenacijom prelazi u diglutation. Glutationi u diglutationu su povezani bisulfidnom vezom.

Poremećaji u Krebsovom ornitinskom ciklusu – enzimopatije

1. Hiperamonijemija – nedostatak karbamil-fosfat-sintaze i ornitin-karbanil-transferaze. Posljedica: povećanje koncentracije amonijaka u tjelesnim tečnostima.

2. Citrulinemija – nedostatak arginin-sukcinat-sintetaze. Posljedica: visoka konc citrulina u tjelesnim tečnostima.

3. Argininsukcinurija – nedostatak arginin-sukcinat-liaze. Posljedica: nagomilavanje arginin-sukcinata, mentalna retardacija.

4. Argininemija – nedostatak arginaze. Posljedica: nagomilavanje arginina u tjelesnim tečnostima.5. Hiperlizinemija – blok u katabolizmu lizina. Nagomilava se lizin, koji je inhibitor arginaze, pa se u tjelesnim

tečnostima nagomilavaju lizin, arginin i amonijak. (mentalna retardacija)

METABOLIZAM HEMOGLOBINA

Anabolizam hemoglobina

Osnovna mjesta sinteze hemoglobina su hematopoetski organi i jetra. Metabolički put sinteze hema je serija ireverzibilnih reakcija, od kojih se jedne odvijaju u mitohondrijama, a druge u citoplazmi ćelija.

Prva reakcija je kondenzacija sukcinil-CoA i glicina, pri čemu nastane α-amino-β-keto-adipinska kiselina, uz izdvajanje CoA.

α-amino-β-keto-adipinska kiselina dekarboksilacijom prelazi u δ-aminolevulinsku kiselinu. Reakciju katalizira δ-aminolevulinat-sintaza. To je proteid enzim, koenzim je piridoksal-fosfat.

Sinteza δ-aminolevulinske kis se odvija u matriksu mitohondrija. δ-aminolevulinat-sintaza pokazuje mnogo manju aktivnost od ostalih enzima koji učestvuju u sintezi hema, pa od aktivnosti tog enzima zavisi brzina sinteze hema. Njegovu aktivnost inhibira hem. Prema tome, brzina sinteze hema je regulisana negativnom povratnom spregom između koncentracije hema i aktivnosti δ-aminolevulinat-sintaze.

Delta-aminolevulinska kis difunduje iz mitohondrija u citoplazmu, gdje se 2 molekule, uz izdvajanje vode, kondenzuju u monopirol – porfobilinogen. To katalizuje porfobilinogen-sintaza (metalo-enzim, aktivnost zavisi od zinka).

1A.V

Dalje reaguju 4 molekule porfobilinogena uz izdvajanje 4 molekule amonijaka (dezaminacija) i dolazi do simetrične kondenzacije 4 pirolova prstena, pri čemu nastaje hidroksimetilbilan. To katalizuje porfobilinogen-amonijak-liaza.

Na hidroksimetilbilan djeluje enzim uroporfirinogen-III-sintaza, koji obezbjeđuje asimetričnu kondenzaciju, i nastaje uroporfirinogen III. Pri asimetričnoj kondenzaciji četvrta molekula porfobilinogena se zaokrene za 180 stepeni.

Uroporfirinogen III dekarboksilacijom prelazi u koproporfirinogen III. To katalizuje uroporfirinogen-dekarboksilaza.

Koproporfirinogen III ulazi u mitohondrije, gdje se prevodi u protoporfirinogen III, pod dejstvom koproporfirinogen-oksidaze.

Protoporfirinogen prelazi u protoporfirin djelovanjem protoporfirinogen-oksidaze uz prisustvo molekularnog kisika. Pri tome se odvaja 6 atoma vodika, a dvostruke veze zauzimaju položaj kao kod hema.

Dalje protoporfirin veže za sebe dvovalentno Fe, pod dejstvom ferohelataze, i prelazi u hem.

Proteinski dio hemoglobina je globin. Sastoji se od 4 polipeptidna lanca, 2α i 2β. Na svaki polipeptidni lanac veže se po jedan hem, tako da molekula hemoglobina sadrži 4 lanca i 4 hema.

Proces sinteze hemoglobina se odvija u okviru sazrijevanja eritrocita. Za to je potrebno više faktora: Fe, aminokiseline za sintezu globina, vitamin B12 i folna kis.

Za normalnu resorpciju Fe potrebna je normohlorhidrija želudačnog soka i vitamin C, koji redukuju trovalentno gvožđe hrane u dvovalentnu formu, u kojoj se i resorbuje. Neophodan je protein ćelija crijevne sluznice – apoferitin, koji za sebe veže gvožđe i prelazi u feritin. Feritin predaje Fe β-globulinskoj frakciji krvnih proteina, i to transferinu i siderofilinu. Transferin transportuje resorbovano Fe od crijevnog trakta do koštane srži.

Katabolizam hemoglobina

Eritrociti iz koštane srži po završetku razvitka dolaze u krv. U krvi cirkulišu oko 120 dana, a zatim dolazi do njenog razaranja u slazeni i jetri. Kad eritrocit ostari, membrana postaje krhka i jednog momenta, pri potiskivanju eritrocita kroz krvnu kapilaru, dokazi do njegovog raspadanja na više fragmenata. U fizološkim uslovima eritrociti se najviše raspadaju u retikuloendotelnom sistemu slazene.

Po izlasku hemoglobina iz eritrocita, vrši se oksidacija α-metinske grupe porfirinskog prstena. Uz izdvajanje CO hemoglobin prelazi u pseudohemoglobin. Kod pseudohemoglobina porfirinski prsten je otvoren, ali on još uvijek sadrži Fe i globin.

Dalje pseudohemoglobin gubi Fe i globin i prelazi u žučnu boju zelene boje biliverdin. Biliverdin redukcijom prelazi u bilirubin. Bilirubin se postepeno otpušta iz ćelija retikuloendotelnog sistema u krv. Bilirubin je nerastvorljiv u vodi i pri prelasku u krv veže se za serumske albumine.

Potom dospije u jetru, hepatociti ocjepljuju bilirubin od proteina, i vrši se konjugacija sa glukuronskom kiselinom, pri čemu nastaju bilirubin monoglukuronid i diglukuronid.

Po izlasku iz hepatocita, jedan od bilirubin-glukuronida dolazi u krv, a drugi ide u sastav žuči i luči se u duodenum.

U crijevima se bilirubin-gukuronid razlaže na glukuronsku kis i bilirubin koji redukcijom daje mezobilirubin. Mezobilirubin se također redukuje na 2 načina, pri čemu daje d-urobilinogen (koji oksidacijom da d-urobilin) i mezobilirubinogen ili urobilinogen. Ove dvije žučne boje se nalaze u fecesu.

Dalje se mezobilirubinogen metabolizira na više načina:

1A.V

- Jedan dio se iz crijevnog sadržaja resorbuje, portalnim krvotokom dođe u jetru, gdje se jedan dio oksidira u bilirubin, a drugi se luči u žuč i ponovo dospjeva u crijevni trakt. Ovo kruženje žučnih boja između crijeva i jetre zove se enterohepatalni ciklus žučnih boja. Drugi dio iz jetre preko krvi odlazi u bubrege, gdje jednim dijelom odlazi u sastavu urina gdje se oksidira u urobilin, a drugim dijelom se iz bubrega vraća u jetru. Ovo kruženje žučnih boja od crijeva preko jetre do bubrega i nazad se zove enterhepatorenalno kruženje. Urobilinogen i urobilin su fiziološki sastojci urina i od njih zavisi boja urina.

- Mezobilirubinogen koji ostaje u crijevnom traktu neizmijenjen se fecesom izbacuje iz organizma ili se pod dejstvom crijevne flore redukuje u sterkobilinogen. Sterkobilinogen i mezobilirubinogen (ili urobilinogen) se nalaze u fecesu, a kada fekalne mase dođu u kontakt sa kisikom iz zraka, sterkobilinogen se oksidira u sterkobilin, a urobilinogen u urobilin.

Kod zdravih ljudi u fecesu nema bilirubina.

Poremećaji u metabolizmu hemoglobina

Porfirije – bolesti koje nastaju zbog poremećaja enzima u metabolizmu hemoglobina.

Eritropoetska porfirija – umjesto uroporfirinogena tipa III, nalazi se uroporfirinogen tipa I.

Hepatična i akutna porfirija – pojava porfobilinogena i delta-aminovalerijanske kis u mokraći.

Kožni tip porfirije

Ikterus ili žutica – poremećaj u katabolizmu hemoglobina.